【2019年整理】超临界机组的综述new

3.机组主要结构形式
（1）炉型 大型超临界煤粉锅炉的整体布置主要 采用 Π 型布置和塔式布置，也有 T 型布置 方式。
锅炉布置型式 （a）Π形布置；(b)无水平烟道Π形；(c)双折焰角Π形；(d)箱形布置 (e)塔形布置；(f)半塔形布置
Π 形布置 Π 形布置的主要优点是： （1）锅炉的排烟口在下部，因此，转动机械和笨重 设备，如送风机，引风机及除尘器都可布置在地 面上，可以减轻厂房和锅炉构架的负载。 （2）锅炉及厂房的高度较低。 （3）在水平烟道中可以采用支吊方式比较简单的悬 吊式受热面。
超临界火电机组锅炉综述
一、超临界机组的优越性 二、超临界锅炉的技术特点 三、超临界锅炉机组运行 四、超临界火电机组的发展概况
超临界、超超临界机组定义
水的临界压力：22.12 MPa， 临界温度：374.15 ℃ • 常规的亚临界机组: 16.7MPa，温度为 538/538℃ • 超临界机组：一般主汽压力24MPa及以上,主汽和 再热汽温度540-560℃ • 超超临界机组：一般主汽压力28MPa及以上或主
苏尔寿型
拉姆辛型
本生型
本生型直流锅炉发源于德国，早期本生型锅炉的 炉膛蒸发受热面管子是多次上升垂直管屏，用中间混 合联箱与不受热的下降管互相串联。 通用压力型锅炉（UP炉）是拔柏葛公司在本生炉 基础上加以改进的一种炉型，所谓通用压力型锅炉是 指无论亚临界或超临界参数，均可采用的炉型。UP炉 的主要特点是采用全焊膜式水冷壁，工质一次或二次 上升，连接管多次混合，每个回路焓增较小，并有较 高的质量流速，可保持水冷壁可靠的冷却。采用内螺 纹管以防止蒸发段产生膜态沸腾。对于UP炉来说一般 用于大型超临界压力直流炉，以确保水冷壁管内的质 量流速。
8 6 4 2 0 10 15 20 25 30 35 40 主蒸汽压力，MPa
•常规的亚临界机组发电效率为 38%左右； •常规超临界机组的效率为40%左 右； •目前燃煤机组效率最高为47%( 海水冷却)。 •欧洲计划用10年至15年的时间 将发电效率提高到52～55% 。
连线
超 超）临界机组的可靠性
对于墙式对冲燃烧方式Π型锅炉要易于解决， 其炉膛截面可布置为长方形，则炉膛出口也会 高度降低呈长方形。 对四角燃烧方式，采用塔式布置，则前述问题 也不存在。 另一个方案是切向燃烧仍用Π型布置，采取一 种不带双面水冷壁的单炉膛双切圆燃烧方式。 这种布置方式使炉膛为长方形，而且改变了炉 膛出口烟气能量的分布。
汽和再热汽温度580℃以上
一、超临界机组的优越性
经济性
可靠性 环保特性
超（超）临界机组的热效率
蒸汽参数与效率的关系 10
热效率提高，%
530/538 538/538 566/538 566/566 538/552/566(两级再热） 538/552/566 566/566/566 593/566/566 650/593/593
考虑到我国地区及电网的差异及条件，常规 超临界（24.2MPa/566 ℃/566 ℃ ）600MW机组， 以及600MW等级超超临界机组，更能适应我国 广大内陆地区的低背压条件、适用于国内各个 电网条件，适用于现有的设备运输条件，并可 与1000MW等级容量机组形成系列化。 600MW 等级超临界、超超临界机组将成为 我国电力工业的主力机组。
1.30GW超临界机组创造过连续安全运行607天的 记录。 日本 早期的超临界机组可用率大多数在99%以上。 德国机组的可靠性数据 表明，机组可靠性与可用率 与参数之间没有必然的联系。 我国华能石洞口二厂两台600MW超临界机组投运 后第二年可用系数可达到90.8%和93.97%。
目前超临界机组的可用率与亚临界机组相当。
美国初期 蒸汽参数过高，当时冶金工业 难以提供满足 31MPa，621/566/566℃的合理钢材，投运后事故 频繁，可靠性、可用率低，后降低参数运行，取得了 比较满意的业绩。
原苏联在发展超临界机组的初期，因缺少经验和选用 参数过高，使其可靠性低。 经改进和完善，超临界机 组的可用率与亚临界机组差别不大。 1980年美国公布的71台超临界机组和27台亚临界机 组运行统计数据表明，两类机组可用率已没有差别。
在无双面水冷壁的单炉膛双切向燃烧锅炉中， 如果正确选择切圆的旋向，将两个相对独立燃 烧系统的对流热偏差与整体单一火焰辐射系统 的辐射热偏差进行合理的搭配和补偿，则炉膛 出口区域总的烟气热偏差将有可能大大降低。 如果是采用双炉膛双切圆的布置方式，则 两个炉膛的辐射场也是独立的，不可能取得辐 射与对流偏差互补的效果，其结果只相当于锅 炉容量减小一半，热偏差略有下降。可见，双 切圆燃烧锅炉取消双面水冷壁不仅仅是为了简 化制造工艺，更重要的是应从消除热偏差的性 能设计来考虑。
（ 4 ）在尾部垂直下降烟道中，受热面易布置成 逆流传热方式，强化对流传热。 （ 5 ）下降烟道中，气流向下流动，吹灰容易并 有自吹灰作用。 （6）尾部受热面检修方便。 （ 7 ）锅炉本身以及锅炉和汽轮机之间的连接管 道都不太长。
但这种型式也有缺点，主要有： （1）占地面积大。 （2）由于有水平烟道，使锅炉构架复杂，而且不能 充分利用其所有空间来布置受热面。 （3）烟气在炉内流动要经两次转弯，造成烟气在炉 内的速度场、温度场和飞灰浓度场不均匀，影响 传热效果，并导致对流受热面局部飞灰磨损严重。 （4）大容量锅炉中，在尾部烟道中要布置足够的尾 部受热面有困难，特别是在燃用低发热值的劣质 煤时更显得突出。
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液化
其他清洁技术
二、超临界机组的技术特点
容量 参数 结构 炉型 燃烧方式 水冷壁型式
1.容量
从技术可行性、设计制造模式、国外业绩 及与国外合作问题、技术经济等问题考虑，超 临界锅炉选择 1000MW及以下容量都是可行的。 一般采用 1000MW和 600MW两个容量等级。 1000MW 等级超超临界机组方案具有效率 高、单位千瓦投资省、人员少、维护费用低及 同容量电厂建设周期短，建筑用地少等综合优 点，同时也适应我国电力工业的发展和符合电 网对机组容量的需求，将成为反映我国电力工 业技术水平的代表性机组。
切向燃烧锅炉超大型化后的发展趋势
锅炉向超大容量发展，仍采用单火球 Π 型炉， 则要求炉膛出口高度增大，这样除了炉膛出口后 的左、右侧存在烟气能量不平衡外，上、下方向 也会出现同样问题，另外过高的管屏内外圈管吸 热量差异加大，外圈管受热行程长，则易过热。 尤其对超超临界参数，主汽及再热汽温将会高达 580 ℃ ～ 600℃，即便选用新型奥氏体钢，也还 是须考虑管屏下部迎火管段的超温问题。
W 型火焰燃烧方式对难燃的贫煤 及无烟煤在燃烧稳定性上优于四角 和墙式燃烧方式， 其下炉膛的截面 积偏大，且四周敷设卫燃带，可使 煤粉火焰具有较高温度，而又不易 冲墙，减少结渣的危险；但是，由 于炉膛截面积大，形状复杂，锅炉 本体造价大致要增加 15 ％～ 25 ％。 另外，形成和控制 W 型火焰使充满整 个炉膛，要求成熟的设计经验和较 高的运行水平。
Γ 形布置 Γ 形布置实质上是 Π 形布置的一种改进，只 是取消了 Π 形布置中的水平烟道，其他则大致相 同。布置紧凑，可以节省钢材，而且占地面积小； 但尾部受热内的检修不方便。大容量锅炉如果采 用管式空气预热器时，因为不便支吊，而且尾部 烟道高度不够，就不宜采用这种布置。但如果采 用回转式空气预热器时，则采用这种布置型式比 较适宜。 如果要采用管式空气预热器，为解决尾部受 热内布置不下的困难，也可将尾部烟道对称地分 成左右两个，形成T形布置 。
但这种方案也有如下缺点： l）锅炉本体高度很高，过热器、省煤器、再热器等 对流受热面都布置在很高位置，连接的汽水管道 较长。 2）空气预热器、送风机、引风机及除尘器等笨重设 备都布置在锅炉顶部，加重了锅炉构架和厂房的 负载，因而使造价增大。 3）安装及检修均较复杂。
半塔形布置
锅炉整体布置型式的选择
塔形布置 塔形布置方案，下部为炉膛，对流烟道就布 置在炉膛上方，锅炉本体形成一个塔形，它的优 点如下： （1）占地面积小。 （2）取消了不宜布置受热面的转弯室，烟气流动方 向一直向上不变，可以大大减轻对流受热面的局 部磨损，因此，对燃用多灰分燃料特别有利。 （3）锅炉本身有自身通风作用，烟气流动阻力也较 小。 （4）对流受热面可以全部水平布置，在炉 膛的辐射受热面的结构型式上相继采用螺旋型 上升管圈。管圈自炉膛底部沿炉膛四周盘旋上 升至炉膛折焰角处，炉膛上部管屏改变为垂直 上升管屏，以利于管子穿墙及悬吊结构的布置。 螺旋管圈除进出口联箱外，中间不设置混合联 箱，这种管圈的优点是热偏差小，且因无中间 混合联箱，不会产生混合物的不均匀分配的问 题，因此可做成全焊接的膜式水冷壁管圈，这 是本生型锅炉的一大改革。
超(超)临界机组的特点
运行效率高，可靠性好，环保指标先进 可复合滑压或纯滑压运行，调峰性能好
超(超)临界机组最佳适用条件:

大容量:≥600MW 燃料价格较高时,技术经济性能更佳；
9 8 余热锅炉 e 4 汽轮机
燃烧室
3
发电机 G ~
压 气 机 1
2 燃气 轮机 G ~ 发电机 给水 加热器 水泵 7 5
超临界机组锅炉有如下五种燃烧方式与锅炉布置 型式搭配可适应： 四角单切圆Π 式布置； 四角单切圆塔式布置； 单炉膛双切圆Π 型布置； 墙式对冲塔式布置； 墙式对冲Π 型布置。
（4）水冷壁管圈型式
早期直流锅炉蒸发受热面的形式:
本生型 : 蒸发受热面型式为多次垂直上升管屏 苏尔寿型: 蒸发受热面型式为多行程迂回管屏 拉姆辛型: 蒸发受热面型式为水平围绕管屏
2.超临界机组蒸汽参数
超临界机组的热效率比亚临界机组的高 2 ％～ 3 ％左右，而超超临界机组的热效率比常 规超临界机组的高4％左右。 在超超临界机组参数范围的条件下主蒸汽压 力提高1MPa，机组的热耗率就可下降0.13％～ 0.15%; 主蒸汽温度每提高 10℃，机组的热耗 率就可下降 0.25％～ 0.3O ％；再热蒸汽温度每 提高 10℃，机组的热耗率就可下降 0.15 ％～ 0.20％；在一定的范围内，如果增加再热次数， 采用二次再热，则其热耗率可较采用一次再热 的机组下降正1.4％～1.6％。
节能 8 7 5 8 9 8
运行 10 9 9 6 9 6
投资 10 9 8 5 7 6
成熟 10 10 9 8 10 8
总和 45 43 40 36 42 38
顺次 1 2 4 7 3 5
型煤 洗选煤 CFBC PFBC
超（超）临界机组 IGCC 气化 CMW 燃料转化
注：10 分为满分
流化床
8
8 8
由于T型布置蒸汽系统复杂，钢材耗 量大，我国发展超超临界锅炉一般在Π 型布置和塔式布置中选择。根据具体电 厂、燃煤条件、投资费用、运行可靠性 及经济性等方面，进行全面地技术经济 比较选定。另外，锅炉布置型式与燃烧 方式有一定关系，两者应合理搭配。
（3）燃烧方式
煤粉的燃烧方式，主要有四角（六角，八 角）切向燃烧方式，墙式燃烧方式（前墙燃烧 和对冲燃烧）和 W 型火焰燃烧方式（也称拱式 燃烧）三种。 由于切向燃烧中四角火焰的相互支持，一、 二次风的混合便于控制等特点，其煤种适应性 更强。四角切向燃烧Π型炉在应用中最为突出 的问题是炉膛出口的水平烟道左右侧的烟温偏 差大，以及某些锅炉局部过、再热器超温爆管 和左、右侧主蒸汽及再热蒸汽温差甚大。
旋流式燃烧器前后墙对冲布置和直流式燃 烧器切向布置相比，其主要优点是上部炉膛宽 度方向上的烟气温度和速度分布比较均匀，使 过热蒸汽温度偏差较小，并可降低整个过热器 和再热器的金属最高点温度。 墙式对冲燃烧方式以烟气挡板调节再热汽温 度。这种调节方式较四角燃烧方式炉多以摆动 燃烧器的在垂直方向角度的方式要有效，运行 中再热器可不投减温水，使循环热效率不会因 喷入减温水而降低。
10
凝汽器
燃气－蒸汽联合循环原理（基本形式）
颗粒控制 537～815℃ 815～925℃
裂
燃烧器 空气 980～1092℃
解
气 化 炉
半焦
增压 流化床
蒸汽轮机
燃气轮机 煤 脱硫剂
增压流化床系统示意图
IGCC结构原理图
各种煤清洁利用方式相对评分比较表
利用方式
原煤加工
环保 7 8 9 9 7 10