1-超临界直流炉及其运行特性解析课件ppt
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1-超临界直流炉及其运行 特性解析
1 超临界机组及其发展
• 理论上认为，在水的状态参数达到临界点 时（压力22.129MPa、温度374.15℃）， 水完全汽化会在一瞬间完成，即在临界点 时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共 存的二相区存在，二者的参数不再有区别。 由于在临界参数下汽水密度相等，因此在 超临界压力下无法维持自然循环即不能采 用汽包锅炉，直流锅炉成为唯一型式。
超临界机组工作原理
• 超临界机组的汽水流程中既没有汽包，又没有炉水小循环回路。超临界 机组是由受热面以及连接这些受热面的管道所组成 。
给水泵
D
W
θsl
去汽机
加热段 蒸发段 过热段
• 超临界机组汽水流程示意图
• 给水泵强制一定流量的给水进入炉内，一次性流过加热段、蒸发段和过 热段，然后去汽轮机。它的循环倍率始终为1，与负荷无关。
超超临界机组，蒸汽参数为30～ 32MPa/580～600℃/580～600℃，预计电站 的效率可达44%～46%。
2 超临界机组的工作原理
• 汽包锅炉的工作原理
省煤器
过热器
给水
去汽轮机
水泵 热量
下
水
降
冷
管
壁
热
量
汽包锅炉的汽水流程示意图
汽包锅炉的循环倍率K可用下式表示：K=W/D 式中，W－进入水冷壁的水流量；
Leabharlann Baidu
• 日本进行了目标分别为 31.4MPa/593℃/593℃/593℃、31MPa/630℃/630℃ 和34.3MPa/649℃/593℃/593℃的超超临界机组研 发计划。力争将发电机组设计效率提高到45% 以上。
• 美国也正在组织和支持一项发展更高参数超 超临界发电机组的研究项目——“760℃”计划， 目标是研制适合蒸汽参数为38.5MPa/760℃ 的新合金材料，将超超临界机组的主蒸汽温 度提高到760℃的水平，从而大大提高超超 临界机组的效率。俄罗斯也设计了新一代的
• 如果燃料方面的变化破坏了原来的平衡状态，比如 燃料量增加，蒸发段就会产生较多的蒸汽，但同时 过热段也吸收了较多的热量，所以可使汽温变化不 大，然而此时出口蒸汽压力和流量却都增加了。由 于给水流量没有改变，汽包中的部分水变成了多蒸 发的那部分蒸汽，所以汽包水位降低了。
• 从以上所述可以看出，在汽包锅炉中，水位是燃水 比是否失调的标志。用给水流量调节水位，实质上 起到了间接保持燃水比不变的作用。
参数 负荷
SG-1000-170直流炉在三种不同负荷时三段受热面的吸热比例
单位一次蒸汽 吸热量/
吸热比例分配（A/B）（%）
单位二次蒸汽
Pout
θout
PW
θW
(MPa) (℃) (MPa) (℃)
吸热量
加热段 蒸发段
过热段
再热段
100% 17.2 555 21.8 255 545.3/107.2 28.5/23.8 27.7/23.2 43.8/36.6 0/16.14
• 当负荷减小时，由于高压加热器的抽汽压力下降，给 水温度也随着下降，加热段和蒸发段受热面吸热量都 有不同程度的增加，而过热段的吸热量却减少很多。 因为可以用改变燃水比的办法改变超临界机组三段受 热面的吸热比例，所以与汽包锅炉相比，在负荷变化 比较大或改变燃料品种时，从静态来讲超临界机组很 容易保持出口汽温为设计值。
D－水冷壁出口的蒸汽流量。 汽包锅炉的循环倍率一般为10～30。不同负荷时循环倍率也不同，负荷越低， 循环倍率越大。
• 汽包锅炉的蒸汽压力由燃烧率和汽轮机调节 汽门来控制。
• 汽包把整个锅炉的汽水流程分隔成三部分， 即加热段（省煤器）、蒸发段（水冷壁）和 过热段（过热器）。这三段受热面面积的大 小是固定不变的。汽包除作为汽水的分离装 置外，其中的存水和空间容积还作为燃水比 失调的缓冲器。
• 亚临界机组：蒸汽压力>16MPa • 超临界机组：蒸汽压力>22.1MPa • 超超临界机组：蒸汽压力>27MPa
(另一种方法是根据汽温来划分) 不同机组的效率对比
分类 参数
净效率 煤耗
亚临界 超临界
16~17MPa 538/538℃ 37~38%
24~28MPa 538/538℃ 40~41%
• 当燃水比（给水跟踪燃料流量的比例关系） 失调后，在一段相当长的时间里（非事故的 范围内），并不改变原来那三段受热面面积 的大小。
• 例如，增加给水流量，给水量的变化就破坏了原来 的平衡状态，汽包水位升高了；但由于燃料流量没 有变化，所以蒸发段的吸热量及其产生的蒸汽量可 近似认为不变。因为过热段的受热面是固定的，因 此，出口汽压、汽温都不会有什么变化，如同燃水 比未失调一样。
• 超临界机组的工质是一次性通过各受热面的，而三段 受热面面积又不是固定不变的，所以当燃水比失调后， 三段受热面吸热量比例发生变化，对出口汽温影响很 大，对蒸汽压力和流量的影响方式也较为复杂。
330~350g 310~320g
超超临界
30MPa以上 566/566℃ 44~46%
280~300g
• 从各国的发展来看，高参数超超临界发电机 组是今后的发展方向。
• 欧盟为了发展超超临界发电技术先后制定了 若干研究计划，正在执行的Thermie计划 （先进的700℃燃煤电厂，1998～2014）， 计划建设参数为37.5MPa/700℃/720℃/720℃的 超超临界机组，主要目标是：使电厂的净效 率由47%提高到55%（对于低的海水冷却水 温度）或52%左右（对于内陆地区和冷却 塔）；降低燃煤电站的造价。
70%
17.2 555 20.3 238 575.6/105.8 30.5/25.8 30.9/26.1 38.6/32.5 0/15.6
30% 17.3 555 17.5 193
624/90.6
33.2/29 32.7/28.6 34.1/29.8 0/12.6
注：1.表中数据均为按设计计算的数据； 2.（A/B）：A为不考虑二次蒸汽吸热量时的吸热比例值； B为考虑二次蒸汽吸热量时的吸热比例值； 3. Pout，θout 为锅炉出口汽压和汽温； 4. PW，θW 为给水压力和温度。
• 给水泵出口水压通过三段受热面里的工质，直接影响出口汽压，所以超 临界机组的汽压是由给水压力、燃料流量和汽轮机调节汽门共同决定的。
• 超临界机组汽水流程中的三段受热面没有固定的分界线。在不同负荷时， 由于给水温度变化等原因，使三段受热面的吸热量分配比例及与之有关 的三段受热面面积之间的比例都发生了变化。
1 超临界机组及其发展
• 理论上认为，在水的状态参数达到临界点 时（压力22.129MPa、温度374.15℃）， 水完全汽化会在一瞬间完成，即在临界点 时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共 存的二相区存在，二者的参数不再有区别。 由于在临界参数下汽水密度相等，因此在 超临界压力下无法维持自然循环即不能采 用汽包锅炉，直流锅炉成为唯一型式。
超临界机组工作原理
• 超临界机组的汽水流程中既没有汽包，又没有炉水小循环回路。超临界 机组是由受热面以及连接这些受热面的管道所组成 。
给水泵
D
W
θsl
去汽机
加热段 蒸发段 过热段
• 超临界机组汽水流程示意图
• 给水泵强制一定流量的给水进入炉内，一次性流过加热段、蒸发段和过 热段，然后去汽轮机。它的循环倍率始终为1，与负荷无关。
超超临界机组，蒸汽参数为30～ 32MPa/580～600℃/580～600℃，预计电站 的效率可达44%～46%。
2 超临界机组的工作原理
• 汽包锅炉的工作原理
省煤器
过热器
给水
去汽轮机
水泵 热量
下
水
降
冷
管
壁
热
量
汽包锅炉的汽水流程示意图
汽包锅炉的循环倍率K可用下式表示：K=W/D 式中，W－进入水冷壁的水流量；
Leabharlann Baidu
• 日本进行了目标分别为 31.4MPa/593℃/593℃/593℃、31MPa/630℃/630℃ 和34.3MPa/649℃/593℃/593℃的超超临界机组研 发计划。力争将发电机组设计效率提高到45% 以上。
• 美国也正在组织和支持一项发展更高参数超 超临界发电机组的研究项目——“760℃”计划， 目标是研制适合蒸汽参数为38.5MPa/760℃ 的新合金材料，将超超临界机组的主蒸汽温 度提高到760℃的水平，从而大大提高超超 临界机组的效率。俄罗斯也设计了新一代的
• 如果燃料方面的变化破坏了原来的平衡状态，比如 燃料量增加，蒸发段就会产生较多的蒸汽，但同时 过热段也吸收了较多的热量，所以可使汽温变化不 大，然而此时出口蒸汽压力和流量却都增加了。由 于给水流量没有改变，汽包中的部分水变成了多蒸 发的那部分蒸汽，所以汽包水位降低了。
• 从以上所述可以看出，在汽包锅炉中，水位是燃水 比是否失调的标志。用给水流量调节水位，实质上 起到了间接保持燃水比不变的作用。
参数 负荷
SG-1000-170直流炉在三种不同负荷时三段受热面的吸热比例
单位一次蒸汽 吸热量/
吸热比例分配（A/B）（%）
单位二次蒸汽
Pout
θout
PW
θW
(MPa) (℃) (MPa) (℃)
吸热量
加热段 蒸发段
过热段
再热段
100% 17.2 555 21.8 255 545.3/107.2 28.5/23.8 27.7/23.2 43.8/36.6 0/16.14
• 当负荷减小时，由于高压加热器的抽汽压力下降，给 水温度也随着下降，加热段和蒸发段受热面吸热量都 有不同程度的增加，而过热段的吸热量却减少很多。 因为可以用改变燃水比的办法改变超临界机组三段受 热面的吸热比例，所以与汽包锅炉相比，在负荷变化 比较大或改变燃料品种时，从静态来讲超临界机组很 容易保持出口汽温为设计值。
D－水冷壁出口的蒸汽流量。 汽包锅炉的循环倍率一般为10～30。不同负荷时循环倍率也不同，负荷越低， 循环倍率越大。
• 汽包锅炉的蒸汽压力由燃烧率和汽轮机调节 汽门来控制。
• 汽包把整个锅炉的汽水流程分隔成三部分， 即加热段（省煤器）、蒸发段（水冷壁）和 过热段（过热器）。这三段受热面面积的大 小是固定不变的。汽包除作为汽水的分离装 置外，其中的存水和空间容积还作为燃水比 失调的缓冲器。
• 亚临界机组：蒸汽压力>16MPa • 超临界机组：蒸汽压力>22.1MPa • 超超临界机组：蒸汽压力>27MPa
(另一种方法是根据汽温来划分) 不同机组的效率对比
分类 参数
净效率 煤耗
亚临界 超临界
16~17MPa 538/538℃ 37~38%
24~28MPa 538/538℃ 40~41%
• 当燃水比（给水跟踪燃料流量的比例关系） 失调后，在一段相当长的时间里（非事故的 范围内），并不改变原来那三段受热面面积 的大小。
• 例如，增加给水流量，给水量的变化就破坏了原来 的平衡状态，汽包水位升高了；但由于燃料流量没 有变化，所以蒸发段的吸热量及其产生的蒸汽量可 近似认为不变。因为过热段的受热面是固定的，因 此，出口汽压、汽温都不会有什么变化，如同燃水 比未失调一样。
• 超临界机组的工质是一次性通过各受热面的，而三段 受热面面积又不是固定不变的，所以当燃水比失调后， 三段受热面吸热量比例发生变化，对出口汽温影响很 大，对蒸汽压力和流量的影响方式也较为复杂。
330~350g 310~320g
超超临界
30MPa以上 566/566℃ 44~46%
280~300g
• 从各国的发展来看，高参数超超临界发电机 组是今后的发展方向。
• 欧盟为了发展超超临界发电技术先后制定了 若干研究计划，正在执行的Thermie计划 （先进的700℃燃煤电厂，1998～2014）， 计划建设参数为37.5MPa/700℃/720℃/720℃的 超超临界机组，主要目标是：使电厂的净效 率由47%提高到55%（对于低的海水冷却水 温度）或52%左右（对于内陆地区和冷却 塔）；降低燃煤电站的造价。
70%
17.2 555 20.3 238 575.6/105.8 30.5/25.8 30.9/26.1 38.6/32.5 0/15.6
30% 17.3 555 17.5 193
624/90.6
33.2/29 32.7/28.6 34.1/29.8 0/12.6
注：1.表中数据均为按设计计算的数据； 2.（A/B）：A为不考虑二次蒸汽吸热量时的吸热比例值； B为考虑二次蒸汽吸热量时的吸热比例值； 3. Pout，θout 为锅炉出口汽压和汽温； 4. PW，θW 为给水压力和温度。
• 给水泵出口水压通过三段受热面里的工质，直接影响出口汽压，所以超 临界机组的汽压是由给水压力、燃料流量和汽轮机调节汽门共同决定的。
• 超临界机组汽水流程中的三段受热面没有固定的分界线。在不同负荷时， 由于给水温度变化等原因，使三段受热面的吸热量分配比例及与之有关 的三段受热面面积之间的比例都发生了变化。