1000MW锅炉设备

能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
核态沸腾：水冷壁在受热时，靠近管内壁 处的工质首先开始蒸发产生大量小气泡，正 常情况下这些气泡因及时被带走，位于水冷 壁管中心的水不断补充过来冷却管壁。 膜态沸腾：但若管外受热很强，管内壁产 生气泡的速度远大于气泡被带走的速度，气 泡就会在管内壁聚集起来形成所谓的“蒸汽 垫”，使管壁得不到及时冷却。
超临界技术及发展
超(超)临界锅炉设备与系统
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
1. 1 超超临界机组的定义
水蒸汽的定压形成过程
未饱和水
饱和水
湿蒸汽
干蒸汽
过热蒸汽
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
能源动力与机械工程学院
超临界（super critical，缩写SC）：
主蒸汽压力超过临界点压力。（24.2/566/566）
超超临界（ultra-super critical,缩写USC）：
日本：压力大于24.2MPa，或温度达到593℃；
丹麦：压力大于27.5MPa； 西门子：从材料的等级来区分超临界和超超临界机组；
国内典型超超临界锅炉系统与设备
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
国内主要超超临界锅炉制造商
哈锅：600MW三井巴布柯科技术，
1000MW 三菱重工(MHI)技术。
上锅：600MW和1000MW 阿尔斯通
(ALSTOM)技术。
东锅：600MW和1000MW 日立公司技
术。
能源动力与机械工程学院 华北电力大学
超临界技术及发展
二次再热问题：
1、目的：解决压力提高带来的汽机排汽湿度增
大的问题。
2、存在的问题：
锅炉：受热面的布臵、再热蒸汽温度的控制、成
本提高；
汽机：增加一个超高压缸、超高压主汽门和调节 汽门、再热冷段和热段，汽缸更复杂、转子更长。
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
5月31日，国家能源局以国能电力【2012】164号 文件，正式同意国电泰州电厂二期百万千瓦超超临界 二次再热高效燃煤发电示范项目开展前期工作，这标 志着泰州电厂二期工程项目实施全面进入快车道。 国电泰州电厂二期工程动态总投资85亿元，拟建 2台100万千瓦级国产超超临界二次再热机组，发电 效率高达47.94%，比国内常规一次再热机组最高效 率高出2.12个百分点；设计每千瓦时（度）发电煤耗 256.2克，比常规超超临界机组煤耗低14克，机组参 数及节能环保指标世界领先。
华北电力大学
超临界技术及发展
过热度：过热蒸汽的温度超过相应于同一压 力下的饱和温度 ts 的数值。 干度：湿蒸汽中所含干蒸汽的质量百分数。 水的临界点参数：tc=374.15℃
pc=22.129 MPa
vc=0.00326 m3/kg
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
超（超）临界机组的定义：
1、升温不升压：它只涉及材料问题；问题单一、技术
继承性好、热效率明显提高、 不派生可靠性问题、投
资增加少、综合优点突出。日本的日立、东芝、三菱。 通流、调节等问题；
3、升温升压：它涉及上述全部问题。西门子。 能符合较高的环保要求。 单机容量大，单位造价低。
能源动力与机械工程学院 华北电力大学
2、升压不升温：它涉及结构、强度、循环、二次再热、
发电效率（%）
发电煤耗（g/kWh）
43.5
283
44.38
277
44.63
275
Fra Baidu bibliotek44.73
275
44.99
273
年耗标煤（万t）
年节约标煤（万t）
280
0
274
约6
272
约8
272
约8
270.2
约9.8
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
超超临界技术有三条发展之路，技术难点各有不同：
烟道一路向上流经所有受热面后再折向后部烟道，
流经空预器后排出。
优点：烟气温度分布比较均匀；磨损较轻；受热
面水平布臵易疏水；水冷壁布臵方便。在欧洲得到 广泛的采用，积累了丰富的经验。
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
采用先进的低NOx燃烧系统
控制燃烧温度；
控制燃料和空气的混合速度和时机。
能源动力与机械工程学院 华北电力大学
超临界技术及发展
锅炉启动系统
启动流量：一般为额定流量的30%左右。
内臵式启动分离器。
变压运行：定-滑-定
低负荷：防止压力过低出现流动不稳定；
中间负荷：汽轮机通流部分的容积流量不变，保 持较高的内效率，并使汽轮机高压缸的蒸汽温度保持 稳定，减少热应力，具有快速变负荷的能力； 高负荷：循环效率高和良好的负荷调节能力。
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
我国发展超超临界机组的必要性和基础条件
必要性
1、煤炭资源的开采量和开采能力； 2、煤耗居高不下； 3、电力工业升级换代、缩短与发达国家技术与装备差距。
基础条件 超超临界机组是我国目前发展洁净煤技术的必然 选择。
能源动力与机械工程学院 华北电力大学
浓淡技术、分级送风、燃尽风等。
汽温调节
过热汽温：煤水比、喷水； 再热汽温：烟气挡板、燃烧器摆动、事故喷水。
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
哈锅1000MW超超临界锅炉介
绍 大唐潮州电厂 HG-3110/26.15-YM3
∏型布置、单炉膛、一次中间再热、低NOx的 PM主燃烧器、高位燃尽风分级燃烧技术和反 切向双圆燃烧方式。
灰熔点煤的结渣差。 垂直管屏：温差30-50度，材料好，中间设混合集 箱，结构十分复杂，质量和焊口增加不少。三菱重 工技术。
能源动力与机械工程学院 华北电力大学
超临界技术及发展
锅炉本体结构形式
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
锅炉本体结构形式
∏型：烟气由炉膛经水平烟道进入尾部烟道，再在
能源动力与机械工程学院 华北电力大学
超临界技术及发展
水冷壁结构形式
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
水冷壁结构形式
螺旋管圈：每根管子在炉膛中的吸热量基本是均等
的，水冷壁出口温度十分均匀，温差在10度以内；
进口无需设臵节流圈，简单；流动阻力大；设计、
制造、安装和支吊均比较复杂，焊口多；对防止低
超临界技术及发展
超临界、超超临界锅炉主要特点
工质热物理特性 超过临界点后，没有汽液共存的蒸发现象，水直 接从液态变为汽态，水和蒸汽的物性参数完全相同， 不存在密度差。
只能用直流锅炉，工质在各受热段流动的阻力较
大，给水泵功率消耗大。
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
能源动力与机械工程学院
尾部烟道通过各受热面后排出。
优点：锅炉高度较低；尾部烟气向下流动有自身吹
灰作用；逆流布臵。
缺点：转弯，灰分浓缩集中，磨损；烟气分布不均 匀；水平烟道受热面不能疏水；炉膛前后墙差别大， 后墙水冷壁布臵较复杂。
能源动力与机械工程学院 华北电力大学
超临界技术及发展
锅炉本体结构形式
塔型：将所有承压对流受热面布臵在炉膛上部，
能源动力与机械工程学院 华北电力大学
超临界技术及发展
过热器采用四级布臵，再热器为二级布臵。 为了降低超超临界锅炉因主汽/再热汽温提 高到605℃/ 603℃所导致的高温级管子的 烟侧高温腐蚀和内壁蒸汽氧化问题，采用了 经过长期运行考验的25Cr20Ni奥氏体钢。 过热汽温调温方式为煤水比加三级喷水， 再热汽为烟气挡板调温、燃烧器摆动并装有 事故紧急喷水。
螺旋管水冷壁
（内螺纹管）
（光管）（内螺纹管）
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
超超临界锅炉水冷壁设计应考虑的问题 启动阶段，汽水密度差增大，要保持水动力 的稳定性； 亚临界区不发生膜态沸腾； 近临界区，由于含汽率增大，控制干涸； 超临界区域，温度最高，不发生类膜态沸腾。 较小的温度偏差。
能源动力与机械工程学院 华北电力大学
超临界技术及发展
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
超临界变压锅炉水冷壁设计
（垂直与螺旋管圈水冷壁比较）
SV：超临界垂直水冷壁
SS：超临界螺旋管圈水冷壁
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
垂直管圈水冷壁与螺旋管圈水冷壁比较
垂直水冷壁
能源动力与机械工程学院 华北电力大学
超临界技术及发展
9月19日，国电泰州电厂二期工程项目正 式奠基。2015年建成投运后，发电效率、 发电煤耗、环境指标等各项技术参数有望跻 身世界第一，成为全世界最优、指标最好的 示范电厂。机组三大主机由上海电气集团供 应，工程主体由华东电力设计院设计，江苏 兴源电力建设监理有限公司负责监理。
能源动力与机械工程学院 华北电力大学
超临界技术及发展
采用较大的炉膛截面和容积，较低的炉膛 断面热负荷、容积热负荷和炉膛出口烟温； 因采用双切圆使燃烧器数目成倍增加，降低 了单只燃烧器热功率，这些均对防止结焦有 利。 采用带有再循环泵的启动低负荷系统，能 回收启动阶段的工质和热量并增加了运行的 灵活性。
能源动力与机械工程学院 华北电力大学
超临界技术及发展
锅炉主要技术特点
采用内螺纹管改进型垂直水冷壁，加装了中间混合 集箱及两级分配器，进一步减少了水冷壁偏差，并 将节流管圈装于水冷壁下联箱外面的水冷壁管上以 便于调试、简化结构。 采用低NOx的改进型PM主燃烧器，分级燃烧技术。
采用无分割墙的八角反向双火焰切圆燃烧方式。同 时A-A的偏转角度可现场调节。以获得均匀的炉内 空气动力场和热负荷分配，降低炉膛出口烟气温度 场和水冷壁出口工质温度的偏差。
华北电力大学
超临界技术及发展
采用新型高温耐热钢 足够的持久强度、蠕变极限和屈服极限；
较好的抗氧化性，耐腐蚀性；
良好的焊接性能和加工性能；
合适的热膨胀系数、导热系数和弹性系数。
在屏过、末过和末再中大量采用高铬热强钢
（25Cr20NiNb)和TP304H、super304H钢。
随着科技的进步，新材料的开发，预计到2015年 火电机组的蒸汽参数可到达40/700/720/720。
能源动力与机械工程学院 华北电力大学
超临界技术及发展
干涸现象：在炉膛上部的高干度低热负荷 区域，，环状流动的水膜被撕破或被蒸干而 产生传热恶化，又称为蒸干传热恶化。
能源动力与机械工程学院
华北电力大学
超临界技术及发展
类膜态沸腾：水在临界压力22.129MPa加热到
374.15℃时即被全部汽化，水变成蒸汽不需要汽化 潜热，即水没有蒸发现象就变成蒸汽，该温度称为 临界温度，或称之为相变点温度(超临界压力24.5-27.5MPa时的相变点温度为380--410℃)。在相变 点温度附近存在着一个最大比热区，在该区内工质 物性发生突变：紧靠管壁的工质密度有可能比流动 在管中心的工质密度小得多，即在流动截面中存在 着工质的不均匀性。当受热面热负荷高到某一数值 时，在紧贴壁面的地方可能造成传热恶化，这一现 象称之为类膜态沸腾现象。
24.1
24.1 25 25 30 能源动力与机械工程学院
538/566
566/566 566/566 600/600 600/600
+2.3
+3.1 +3.3 +5.1 +5.6 华北电力大学
超临界技术及发展
900MW机组超临界和超超临界工程的比较
项目 蒸汽参数（MPa/℃） 外高桥二期 2×900MW 25/ 538/566 25/ 580/600 超超临界机组 2×900MW 25/ 600/600 28/ 580/600 28/ 600/600
我国：蒸汽压力大于27MPa。 超超临界机组通常是指汽轮机进口蒸汽压力大于27MPa，
或蒸汽温度高于580℃的机组。 能源动力与机械工程学院 华北电力大学
超临界技术及发展
超超临界机组的优点：
热效率
主汽参数与热效率的关系（日立资料） 压力（MPa） 16.6 24.1 温度（℃） 538/538 538/538 效率提高（%） 0（约38%） +1.9
超临界技术及发展
我国1000MW超超临界机组投产统计
投产时间 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 投产机组（台） 3 4 4 9 13 13 12 累计（台） 3 7 11 20 33 46 58
2013
能源动力与机械工程学院
1
59（截止1月3日）
华北电力大学
超临界技术及发展
能源动力与机械工程学院 华北电力大学
超临界技术及发展
办法：1、采用内螺纹管。内螺纹管增加 了管内流体的扰动，使传热恶化大大推迟。 根据MHI的经验，采用内螺纹管不仅可 以避免在高热负荷的燃烧器区在干度达到 0.5的情况下出现膜态沸腾，而且在近临界 区干度达到0.9时，出现干涸时，也可控制 壁温的上升。