汽包炉与直流炉区别(超临界机组技术讲座)

全世界超临界机组的发展综述
从1957年美国第一台125MW超临界机组投入运行后，在上世纪 60年代、70年代和80年代是超临界机组发展的全盛时期，以美、苏、 日、德为领军国家。 据不完全统计，截止2000年为止，美国约有160台超临界机组， 总容量约86000MW；前苏联（俄罗斯）有232台超临界机组，占全 国发电量的40%；欧共体中以德国为主，还有意大利、丹麦等少数 国家，目前欧洲约有６０台超临界机组，但英、法二国没有超临界 机组在本国运行；日本是后起之秀，目前约有100多台超临界机组 在运行；韩国在90年代开始引进技术，目前约有18台500MW、 800MW超临界机组。 我们中国1991年第一台600MW超临界机组从瑞士引进，以后从 俄罗斯、德国、日本、美国等共引进约20台超临界机组。从2003年 开始，国产引进型600MW～1000MW机组陆续投入运行，至今投 运国产引进型机组超过100台，正在安装和制造的约150台。其发展 速度在世界绝无仅有。
1. 美国超临界技术的发展概论
1.1957年第一台125MW超超临界机组投运P=31MPa， t=621/566/566℃。 2.1959年第一台325MW超超临界机组投运P=34.4MPa， t=650/566/566℃。 3.因参数太高，发展太快，可靠性较差，后来只好降参数运行。 4.机组都为定压运行。 5.到目前为止大约有160台超临界机组，总容量为9000万千瓦 左右。 6.1964年以后，机组参数大多降至24.12MPa538/538℃,可靠 性大为提高。 7.1980年以后美国超临界机组订货趋向零，而燃气轮机发电 则大量增加。
1000MW 超超临界 27.46 605/603 43.3 4.5 278 290
特超临界
35 650/650 ～47
发电煤耗 g/kW·h
供电煤耗 g/kW·h 耗煤比较
～250
﹢32.7%
﹢20.3%
﹢11%
﹢0.02%
±0%
-8.9%
-10%
-20%
3.超临界机组的节能效果
与亚临界机组相比，超临界机组可节煤5%，超超临界机组可节煤 9%～10%； 与亚临界机组相比，超临界机组可减少污染物排放量5%～10%； 目前我国火力发电平均煤耗为362g/kw.h，比国外先进国家高 30～40g/kw.h，以我国火力发电量每年32亿kw.h计算，要比先进水 平多消耗掉11200万标准煤，约合14500万吨普通烟煤。以每吨煤价 500元计算，每年浪费掉725亿元。
于承受高的压力。
我国火力发电蒸汽参数及装机容量的变化过程
蒸汽参数与发电煤耗比较
压力等级
汽压Mpa 汽温℃ 电厂效率% 厂用电率%
6MW 中压
3.83 450 28 7 ＞400 430
50-100MW 高压 9.8 540 32 6.5 365 390
125MW 超高压 13.7 540/540 32 6 338 360
特超临界35MPa 700 ℃ /720 ℃
t/year
-335000
-780000
二. 超临界机组的发展史
1. 美国超临界技术的发展概况
2. 欧洲超临界技术的发展及特点
3. 前苏联（俄罗斯）超临界技术的发展
4. 日本的超临界技术 5. 超临界机组在中国的快速发展 6. 上海锅炉厂有限公司的600MW、1000MW超临界锅炉
国家已把节能减排工作作为重中之重的任务，因此，发展超临界 机组及关停中、小机组已成为当前的紧迫任务。
国家规划到2010年我国火力发电平均煤耗降至355g/kw.h以下， 到2020年再降到325g/kw.h以下，这是一个十分艰巨的任务，不大 力发展超临界机组和同时关停高耗、高排的落后机组，是根本达不 到这个目标的。
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5.Leabharlann Baidu
日本的治金业发达，所以有条件发展更高参数的超超临 界机组，正在开发汽温达611～650℃的新一代超超临界 机组。
6.上海锅炉厂有限公司的600MW，1000MW机组介绍
1. 上海锅炉厂从2001年开始引进阿尔斯通的技术，其中 600MW机组主要属于原美国CE和原瑞士SULZER公司的技 术，1000MW机组主要属于原德国的EVT塔式炉技术。 上海锅炉厂600MW超临界机组已订货76台，600MW超超 临界机组已订货16台，1000MW超超临界机组已订货36 台（截止2008年5月）。 上海锅炉厂超临界机组参数：
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600 MW 超 临 界 锅 炉 总 图
三. 超临界锅炉的特点---与亚临界汽包炉相比
1、超临界锅炉只能采用直流锅炉，不能采用汽包锅炉。 2、超临界锅炉水冷壁可采用螺旋管圈或垂直管圈等多种型式，而汽包锅 炉只能采用垂直管圈。 3、超临界锅炉起动时需要利用启动旁路系统，而汽包锅炉不需要采用起 动旁路系统。
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我国的超临界机组主要依靠技术引进，目前正在消化，吸 收之中。我国由于技术储备不足，高级钢材的治金技术不 高，所以走自主创新之路还很艰难。
从2003年到目前，全国已投运国内生产的超临界机组约 100 多台，总体性能尚可，但可靠性尚有待考验 。
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4. 日本的超临界技术
1. 2. 日本超临界技术先依靠全面引进，后进行消化，吸收及 自主创新。发展很快，是后起之秀。 日本自1967年引进第一台600MW超临界机组，1971年自己 仿制500MW机组，每3～4年提高一个等级。现在日本约有 120多台超临界机组正在运行，最大为 1000MW机组。 日本从1967年至1980年间投运的约80台超临界机组，都 是定压运行，参数为25.4MPa，538/538℃,并且大多是燃 油或燃气机组，所以技术上问题比较少，可靠性比较高。 从1980年开始，日本率先大力发展变压运行燃煤超临界 机组，主要是提高经济性及运行灵活性。
4.超临界机组的减排效果
二氧化碳排放比较
参数
亚临界 18MPa 540℃/540℃ 超临界25MPa 540 ℃ /565 ℃ 超超临界27MPa 580 ℃ /600 ℃
单位
t/year t/year t/year
燃煤量
基准 -52000 -115000
CO2排放
基准 -120000 -270000
超临界机组技术讲座
主讲:
一. 超临界参数和节能减排
1. 何为超临界压力及超临界参数 2. 超临界压力与亚临界压力的水和蒸汽的特性比较 3. 超临界机组的节能效果 4. 超临界机组的减排效果
1. 何为超临界压力及超临界参数
• 水的临界压力：PLJ=22.115MPa; • 临界压力下的相变点温度：t=374.12℃； • 低于临界压力的蒸汽参数：称为亚临界或超高压、高压 及中压； • 高于临界压力的蒸汽参数：称为超临界、超超临界以及 特超临界；
600MW超临界机组起动分离器外形图（镇江电厂、太仓电厂等）。
2、超临界锅炉水冷壁的几种型式
超临界锅炉水冷壁的型式，不像汽包炉那样只局限于 采用垂直管圈，可以采用螺旋管圈、垂直管圈以及水平
上升管圈和垂直多次上升管圈等多种型式。现代超临界
锅炉由于采用变压运行方式，因此只能采用螺旋管圈和
一次垂直上升二种管圈型式。
2.超临界压力与亚临界压力的水和蒸汽的特 性比较
水混合物共存，然后变成干蒸汽和过热蒸汽。
• 低于临界压力的水加热到饱和温度后产生蒸发，形成汽、 • 达到临界压力及超过临界压力后，水加热后达到相变温
度时就立刻变成蒸汽，没有汽、水共存现象。蒸汽被进 一步加热后变成过热蒸汽。 • 超临界压力下，过热蒸汽的密度高，也就是说比容小， 因此，水冷壁和过热器的管子可以采用较小管径，有利
600MW：1913t/h 25.4MPa 571/569℃； 660MW：2102t/h 25.4MPa 571/569℃。 4. 660MW超超临界机组参数：1991t/h 26.15MPa 605/603℃。 5. 1000MW超超临界机组参数：3030t/h 605/603℃。 27.46MPa
2.1、螺旋管圈式
螺旋管圈型水冷壁过去采用的方式有以上四种，但 现在主要采用第i种和第iii种，第i种在我国被广泛 采用，而第iii种只有在结渣性特强的燃煤锅炉上才 采用。 我国三大锅炉厂大多采用螺旋管圈，但其中又分二 类：第一类是采用光管螺旋管圈，如我厂和哈锅厂， 第二类是采用内螺纹管螺旋管圈，如东锅厂。前者 采用光管成本较低，但需要比较高的流速，因此汽 水阻力降大；后者采用内螺纹管，设计流速较低， 汽水阻力降较小。
4、超临界锅炉的水冷壁及过热器等受热面可采用较小的管径，有利于减 轻重量。
5、超临界锅炉由于汽压、汽温都比较高，因此受热面的材料等级比亚临 界锅炉高。 6、超临界锅炉没有排污系统，因此给水品质要求更高。 7、超临界锅炉对自动控制的要求更高。 8、超临界锅炉的起动过程不同于亚临界汽包炉。 9、超临界锅炉容易产生高温蒸汽对管内壁的氧化腐蚀。 10、超临界锅炉的一次蒸汽系统阻力降比汽包炉大，增加了给水泵的功 率和厂用电。
8.目前美国又重视燃煤发电，超超临界机组又将有发展，但汽 温将提高到650℃以上追求节能与环保
2. 欧洲超临界技术的发展及特点
1. 2. 3. 德国于1956年第一台117MW超临界机组投运P=29.3MPa， t=600℃。（无再热） 1972年，1979年二台430MW超超临界机组投运 P=24.5MPa，t=535/535℃。 1983年德国有16台超临界机组。20世纪90年代后，欧 洲超临界机组有较快发展，目前西欧有总共60多台超 临界机组，大部分在德国，意大利和丹麦等国。英、 法国内没有超临界机组。 欧洲发展超临界机组重视可靠性及环保，技术也比较 先进。 由于受油价及天然气价格不断上升的影响，欧洲又重 新重视燃煤超临界火电机组的发展。
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3. 前苏联（俄罗斯）超临界技术的发展
1. 2. 3. 第一台300MW机组于1963年投运；第一台500MW机组 于1968年投运； 第一台800MW机组于1969年投运；第一台1200MW机组 于1981年投运。 前苏联规定300MW以上机组必须采用超临界机组，至 今在前苏联地区总共有250台超临界机组在运行，占 发电总量的40%左右。 前苏联超临界机组的参数定为24MPa，545/565℃,目 前正在研发30～32MPa。580～600℃/580～600℃的 超超临界机组。 前苏联的超临界机组效率不及西方国家的高，自控、 水处理、辅机等技术也不高。
300MW 亚临界 16.7 540/540 38 5 314 330
600MW 亚临界 17.5 541/541 39 4.8 310 324
600MW 超临 界 25.4 （543/569） 571/569 40.5/41 4.6 295/290 312/308 (-3.7%) -4.9%
660MW 超 超临界 26.15 605/603 43 4.5 282 295
1、超临界锅炉只能采用直流锅炉，不能采用汽包锅炉
当水的压力超过临界压力22.115MPa以后，由于水和水蒸汽不能 存在两相共存，在水冷壁中不可能有汽水混合物存在，因此也就不 可能采用汽包锅炉，而只能采用直流锅炉。但是，超临界锅炉在起 动过程中，水冷壁在亚临界压力以下运行，也存在汽水温合物共存 现象，这时，为了分离汽水混合物，需要采用起动分离器将蒸汽和 水分离。因此，超临界锅炉虽然没有汽包，但还需要分离器。图 1、 图2、图3分别表示自然循环、控制循环、直流锅炉三种不同的水循 环方式。从图中可以看出，自然循环和控制循环需要汽包进行汽水 分离，而直流锅炉需要分离器进行汽水分离。汽包的直径比较大， 壁厚比较厚，而汽水分离器的直径比较小，壁厚也比较簿，我厂生 产的660MW超临界锅炉分离器直径φ813(外径），壁厚90，材质为 SA335 P91。汽包是卧式布置，而起动分离器是立式布置的，放在 锅炉的前墙上部。
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5. 超临界机组在中国的快速发展
1. 中国早在上世纪80年代初就提出要发展超临界机组，但由 于思想保守，资金有限等各种因素影响，没有受到积极响 应。
从1987年开始，陆续引进一批超临界机组，主要是从德国， 瑞士和俄罗斯引进。至2000年，共引进300MW至900MW机组 共约20台。 从2001年开始，我国大力发展超临界机组， 2003年以后又 大力发展超超临界机组。到目前为止，全国已订货 600MW机 组约250台，1000MW超超临界机组约130台。这种发展速度 是世界发电史上前所未有的。