第一讲 超临界锅炉概述
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超临界锅炉介绍
超临界压力下的比热
540 580
温度℃
超临界压力下工质的温导系数
λ
650
600
20
0
400
50
350
300
250
200
150
100
50
280 310 340 370 400 430 460 490 520 550 580 610
t℃
超临界压力下工质的比容
V
20
18
20
16
22.5
30
14
40
50
12
10
8
6
4
2
0 280 310 340 370 400 430 460 490 520 550 580 610
t℃
超临界压力下工质的黏度
μ
105
100
95
90 85 80
75 70 65
20 22.5 30 40 50
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
1.2 600MW超临界锅炉特性
• 蒸汽参数为25.4MPa/570℃/570℃的超临界
锅炉水冷壁出口温度在额定负荷时为427℃， 工质在水冷壁中的温升大约为94.1℃。在过 热器中的温升为144℃，在省煤器中的温升 为53℃。可见工质从进入锅炉开始，在包 括水冷壁之前的受热面中温度提高幅度占 工质总温升的50％以上，而水冷壁是吸热 变化最大的区域。
区内发生急剧变化。
• ③压力越高，拟临界温度向高温区推移，影响水冷
壁工作特性的工质热物理特性参数变化(即比热、比 容、温导系数)逐渐减弱。
超临界压力下的工质大比热特性
540 580
温度℃
超临界压力下工质的温导系数
λ
650
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超临界压力下工质的比容
V
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超临界压力下工质的黏度
μ
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90 85 80
75 70 65
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30
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1.2 600MW超临界锅炉特性
• 蒸汽参数为25.4MPa/570℃/570℃的超临界
锅炉水冷壁出口温度在额定负荷时为427℃， 工质在水冷壁中的温升大约为94.1℃。在过 热器中的温升为144℃，在省煤器中的温升 为53℃。可见工质从进入锅炉开始，在包 括水冷壁之前的受热面中温度提高幅度占 工质总温升的50％以上，而水冷壁是吸热 变化最大的区域。
区内发生急剧变化。
• ③压力越高，拟临界温度向高温区推移，影响水冷
壁工作特性的工质热物理特性参数变化(即比热、比 容、温导系数)逐渐减弱。
超临界压力下的工质大比热特性
超临界锅炉介绍
（4）直流锅炉不受工作压力的限制，而且更适于超 高压力和超临界压力，因为随压力的提高以及水和 汽的比容差的减小，工质的流动更为稳定。 （5汽压和汽温的波动较大。 但是正因为储热少，对调节的反映也快，如配有灵 敏的调节设备，可适应外界负荷变动。 （6）直流锅炉的起动和停炉的时间较短，一般不超 过1小时。汽包锅炉由于汽包壁很厚，为减少由于汽 包壁内外和上下温差而引起的热应力，在起动和停 炉时常需缓慢进行，要用3 10小时之久。 炉时常需缓慢进行，要用3～10小时之久。
三、锅炉的结构简介
汽机调门开度扰动
● 主汽流量迅速增加，随着主汽压力的下 降而逐渐下降直至等于给水流量。 ● 主汽压力迅速下降，随着主汽流量和给 水流量逐步接近，主汽压力的下降速度 逐渐减慢直至稳定在 新的较低压力。 ● 过热汽温一开始由于主汽流量增加而下 降，但因为过热器金属释放蓄热的补偿 作用，汽温下降并不 多，最终主汽流量 等于给水流量，且燃水比未发生变 化， 故过热汽温近似不变。 ● 由于蒸汽流量急剧增加，功率也显著上 升，这部分多发功率来自锅炉的蓄热。 由于燃料量没有变 化，功率又逐渐恢复 到原来的水平。
给水流量扰动
当给水流量扰动时，由于加热段、蒸发段延长而 推出一部分蒸汽，因此开始压力和功率是增加的， 但由于过热段缩短使汽温下降，最后虽然蒸汽流 量增加但压力和功率还是下降，汽温经过一段时 间的延迟后单调下降，最后稳定在一个较低的温 度上。 ●随着给水流量的增加，主汽流量也会增大。但 由于燃料量不变，加热段和蒸发段都要延长。在 最初阶段，主汽流量只是逐步上升，在最终稳定 状态，主汽流量必将等于给水量，稳定在一个新 的平衡点。 ●主汽压力开始随着主汽流量的增加而增加，然 后由于过热汽温的下降而有所回落。 ●过热汽温经过一段较长时间的迟延后单调下降 直至稳定在较低的数值。 ●功率最初由于蒸汽流量增加而增加，随后则由 于汽温降低而减少。因为燃料量未变，所以最终 的功率基本不变，只是由于蒸汽参数的下降而稍 低于原有水平。
超临界锅炉的简介
超临界锅炉的简介一. 锅炉的作用和要求1、锅炉的作用锅炉（Boiler）是指利用燃料的燃烧热能或其他热能加热给水（或其他工质）以生产规定参数和品质的蒸汽、热水（或其他工质、或其他工质蒸汽）的机械设备。
用以发电的锅炉称电站锅炉或电厂锅炉，又泛称为蒸汽发生器（Steam Generator）。
在电站锅炉中，通常将化石燃料（煤、石油、天然气等）燃烧释放出来的热能，通过受热面的金属壁面传给其中的工质——水，把水加热成具有一定压力和温度的蒸汽。
蒸汽驱动汽轮机，把热能转变为机械能；汽轮机再带动发电机，将机械能转变为电能供给用户。
电站锅炉中的“锅”指的是工质流经的各个受热面，一般包括省煤器、水冷壁、过热器及再热器等以及通流分离器件如联箱、汽包（汽水分离器）等；“炉”一般指的是燃料的燃烧场所以及烟气通道，如炉膛、水平烟道及尾部烟道等。
2、电力系统运行对电站锅炉提出的要求电力是不能大规模储存的，所以对于电站锅炉来说，它的出力要随外界的负荷需要而变化，这是发电厂生产的一个重要特点。
电站锅炉要达到这一要求，就必须按照外界负荷需要及时调整燃料量、风量以及给水量。
尤其是现在趋向于大电网运行，电力需求的峰谷差可以达到电网容量的50%左右，所以要求电站锅炉要具有很大的变负荷运行能力。
概括说来，对电站锅炉总的要求是即要安全稳定又要经济。
因此，对电站锅炉的基本要求有以下几点：1）锅炉的蒸发量要满足汽轮发电机组的要求，能够在铭牌参数下长期运行，并具有较强的调峰能力。
2）在宽负荷范围内运行时能够保持正常的汽温和汽压。
3）锅炉要具有较高的经济性。
4）耗用钢材量要少，以减少初投资，降低成本。
5）锅炉在运行中要具有较强的自稳定能力。
二. 锅炉的分类锅炉的分类可以按循环方式、燃烧方式、排渣方式、运行方式以及燃料、蒸汽参数、炉型、通风方式等进行分类，其中按循环方式和蒸汽参数的分类最为常见。
1、按循环方式分类锅炉按照循环方式可分为自然循环锅炉、控制循环锅炉和直流锅炉。
超超临界锅炉介绍详解
变压运行锅炉的水冷壁型式。
炉膛水冷壁采用螺旋管圈＋垂直管圈方式【即下部炉膛的水冷壁采 用螺旋管圈（内螺纹管），上部炉膛的水冷壁为垂直】，保证质量流 速符合要求。 水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁
水冷壁采用一次中间混合联箱来实现螺旋管至垂直水冷壁管的过渡
垂直水冷壁
螺旋管圈+内螺纹管
漩涡效果 > 重力作用
第三章 主要受热面介绍
• • • • 水冷壁 过热器 再热器 省煤器
• 炉膛四周为全焊式膜式水冷壁，炉膛由下部螺旋 盘绕上升水冷壁和上部垂直上升水 冷壁两个不同 的结构组成，两者间由过渡水冷壁和混合集箱转 换连接。 • 炉膛下部水冷壁（包括冷灰斗水冷壁、中部螺旋 水冷壁）都采用螺旋盘绕膜式管圈。 螺旋水冷壁 管（除冷灰斗采用光管外）采用六头、上升角 60°的内螺纹管。 • 由垂直水冷壁进口集箱拉出三倍于引入螺旋管数 量的管子 进入垂直水冷壁，垂直管与螺旋管的管 数比为 3：1。这种结构的过渡段水冷壁可以把 螺旋水冷壁的荷载平稳地传递到上部水冷壁。
管子内表面充满了液体
垂直水冷壁进口 螺旋水冷壁出口 螺旋水冷壁
• •
采用内螺纹管，提高水冷壁安全裕度 管间吸热偏差小，适应变压运行
3：采用前后墙对冲燃烧方式: 锅炉水冷壁出口温度偏差小 技术特点：
上部炉膛宽度方向上的烟气温度和速度分布
比较均匀，使水冷壁出口温度偏差较小，也 就有利于降低过热蒸汽温度偏差，保证过热
左侧墙
器和再热器的安全性。
左侧墙 4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0 前墙 右侧墙 后墙
右侧墙 燃尽风口 流体温度(oC) 400
100%MCR
390
燃烧器
380
最大温差 燃烧方式 切圆燃烧 切圆燃烧(设置节流圈) 对冲燃烧方式
《MW超临界压力锅炉》课件
常见故障及排除方法
1 2 3
水位异常
检查锅炉的水位计是否正常，如有问题及时更换 ；同时检查给水系统是否正常，确保给水充足且 均匀。
压力异常
检查锅炉的压力表是否正常，如有问题及时更换 ；同时检查安全阀、减压阀等阀门是否正常工作 。
温度异常
检查锅炉的温控系统是否正常，如有问题及时修 复；同时检查受热面、燃烧器等是否正常工作。
工业领域
扩大在化工、制药、造 纸等高耗能行业的应用 ，满足工业生产对高效 、环保能源的需求。
新能源领域
探索与太阳能、风能等 可再生能源的结合，实 现多能源互补和综合利 用。
城市供暖
推广应用于城市集中供 暖系统，提高供暖效率 ，降低能耗和碳排放。
政策与市场环境
政策支持
政府出台相关政策，鼓励MW超临界压力锅炉技术的研发 和应用，推动产业健康发展。
环保标准。
清洁燃烧
采用清洁燃烧技术，减少烟气中的 有害物质，降低对环境的影响。
噪声控制
采取有效的噪声控制措施，降低锅 炉运行时的噪声污染。
04
MW超临界压力锅炉的应用场景
工业生产
制药行业
化工行业
用于高温高压的反应釜，提供稳定的 高温蒸汽。
用于生产过程中需要高温高压条件的 反应过程。
食品加工
用于蒸煮、烘干等环节，确保食品质 量和卫生。
《MW超临界压力锅炉》 PPT课件
目录
• 引言 • MW超临界压力锅炉的基本原理 • MW超临界压力锅炉的特点与优势 • MW超临界压力锅炉的应用场景 • MW超临界压力锅炉的维护与保养 • MW超临界压力锅炉的发展趋势与未来展望
01
引言
主题简介
主题名称
MW超临界压力锅炉
第一讲 超临界锅炉概述
320.7 3l1.2
厂用电 率% 4.53
4.90 5.55
华能南京电厂
华能营口电厂 华能伊敏电厂
国华盘山电厂
石洞口电厂 绥中电厂
500
600 800
331.O
308.2 329.2
3l1.1
297.1 3l2.9
6.0
3.6 4.93
二、污染排放低，保护环境
– 低NOx排放 – 低CO2排放
主 • 要用于褐煤型锅炉 -高灰份 缺 • 乏1000MW超临界燃煤变压锅炉经验 需 • 研究大容量超临界锅炉可靠性
业绩
结构与安装
具 • 备成熟的结构技术及众多业绩， 可靠性高 煤 • 适应性好（采挡板调节再热汽温）
性能及运行
再 • 热器采用喷水及燃烧器摆动调温，对经 济性和煤适应性有影响。
DBC/BHK/BHDB
16.给水品质要求高
直流锅炉要求的给水品质高，要求凝结 水进行100％的除盐处理。
17.控制系统复杂
控制系统复杂，调节装置的费用较高。
六、国产超临界锅炉主要特点
1.采用П型布置形式 2.螺旋管圈水冷壁 ３.采用前后墙对冲燃烧方式
４.采用新型低氮旋流燃烧器 ５.采用回转式空气预热器
６.采用直吹式制粉系统 ７.采用轴流式风机
4.水泵压头高
水冷壁的流动阻力全部要靠给水泵来克 服，这部分阻力约占全部阻力的25％～ 30％。所需的给水泵压头高，既提高了 制造成本，又增加了运行耗电量。
5.需要专门的启动系统
直流锅炉启动时约有30％额定流量的工 质经过水冷壁并被加热，为了回收启动 过程的工质和热量并保证低负荷运行时 水冷壁管内有足够的重量流速，直流锅 炉需要设置专门的启动系统，而且需要 设置过热器的高压旁路系统和再热器的 低压旁路系统。加上直流锅炉的参数比 较高，需要的金属材料档次相应要提高， 其总成本不低于自然循环锅炉。
厂用电 率% 4.53
4.90 5.55
华能南京电厂
华能营口电厂 华能伊敏电厂
国华盘山电厂
石洞口电厂 绥中电厂
500
600 800
331.O
308.2 329.2
3l1.1
297.1 3l2.9
6.0
3.6 4.93
二、污染排放低，保护环境
– 低NOx排放 – 低CO2排放
主 • 要用于褐煤型锅炉 -高灰份 缺 • 乏1000MW超临界燃煤变压锅炉经验 需 • 研究大容量超临界锅炉可靠性
业绩
结构与安装
具 • 备成熟的结构技术及众多业绩， 可靠性高 煤 • 适应性好（采挡板调节再热汽温）
性能及运行
再 • 热器采用喷水及燃烧器摆动调温，对经 济性和煤适应性有影响。
DBC/BHK/BHDB
16.给水品质要求高
直流锅炉要求的给水品质高，要求凝结 水进行100％的除盐处理。
17.控制系统复杂
控制系统复杂，调节装置的费用较高。
六、国产超临界锅炉主要特点
1.采用П型布置形式 2.螺旋管圈水冷壁 ３.采用前后墙对冲燃烧方式
４.采用新型低氮旋流燃烧器 ５.采用回转式空气预热器
６.采用直吹式制粉系统 ７.采用轴流式风机
4.水泵压头高
水冷壁的流动阻力全部要靠给水泵来克 服，这部分阻力约占全部阻力的25％～ 30％。所需的给水泵压头高，既提高了 制造成本，又增加了运行耗电量。
5.需要专门的启动系统
直流锅炉启动时约有30％额定流量的工 质经过水冷壁并被加热，为了回收启动 过程的工质和热量并保证低负荷运行时 水冷壁管内有足够的重量流速，直流锅 炉需要设置专门的启动系统，而且需要 设置过热器的高压旁路系统和再热器的 低压旁路系统。加上直流锅炉的参数比 较高，需要的金属材料档次相应要提高， 其总成本不低于自然循环锅炉。
我厂超临界锅炉概况ppt课件
口集箱引出的蒸汽，经2根左右交叉
下降构成后烟道后墙，后烟道前、后
的衔接纳及二级喷水减温器，进入末
墙与后烟道下部环形集箱相接，并衔
级过热器。
接后烟道两侧包墙。侧包墙出口集箱 引出管与后烟道中间隔墙入口集箱相 接，隔墙向下引至隔墙出口集箱，隔 墙出口集箱与低温过热器入口集箱相 连。
末级过热器位于折焰角上方，沿炉宽 方向陈列共31片管屏，管屏间距为 609.6mm。每片管组由20根管子绕 制而成，管子的直径为φ45mm，材 质为SA-213T23，SA-213T91，
低温过热器布置于尾部双烟道中的后
SA-213TP347H。蒸汽在末级过热
部烟道中，由1段程度管组和1段垂直
器中加热到额定参数后，经出口集箱
水冷壁是敷设在炉膛周围由多根并联管组成的蒸发受热面。其主要作用 是：吸收炉膛中高温火焰及炉烟的辐射热量，使水冷壁内的水汽化，产 生饱和水蒸汽；降低高温对炉墙的破坏作用，维护炉墙；强化传热，减 少锅炉受热面面积，节省金属耗量；有效防止炉壁结渣；悬吊炉墙。直 流锅炉水冷壁中工质的流动为强迫流动，管屏的布置较为自在，最根本 的有螺旋管圈、垂直上升管屏和回带管屏三种型式。
再热器分为低温再热器和末级再热器，两段布置， 低温再热器布置于尾部双烟道中的前部烟道，末 级再热器布置于程度烟道中逆、顺流混合换热。
水冷壁为膜式水冷壁，下部水冷壁及灰斗采用螺 旋管圈，上部水冷壁为垂直管屏。从炉膛出口至 锅炉尾部，烟气依次流经上炉膛的屏式过热器、 末级过热器、程度烟道中的末级再热器，然后至 尾部双烟道中烟气分两路，一路流经前部烟道中 的立式和程度低温再热器，一路流经后部烟道的 低温过热器、省煤器，最后进入下方的两台回转 式空气预热器。
水旁路管路并设有调理阀，以便
超临界锅炉讲稿1
洁净煤技术
煤炭加工 煤炭转化 先进发电技术 烟气净化技术等
煤 炭 洗 选
型
水 煤
煤 炭 气 化
煤 炭 液 化
煤
浆
高 效 超 临 界 发 电
常 压 循 环 流 化 床
加 压 流 化 床 联 合 循 环
整 体 煤 气 化 联 合 循 环
烟 气 除 尘 技 术
烟 气 脱 硫 脱 硝 技 术
其 它 污 染 控 制 新 技 术
第二节 超临界机组的发展
主蒸汽压力大于临界压力的机组称为超临界机组，而压力大于 27MPa、温度大于580℃的机组则称为超超临界机组，
国外超超临界技术从上世纪50 年代就开始了。美国于1957 年 投运的第一台125MW 超临界机组的参数为31MPa/621℃
/566℃/560℃，1958 年投运的325MW 机组的参数为 34.4MPa/649℃/566℃/566℃，由于蒸汽参数过高，当时的金属 材料性能达不到要求，运行中出现了很多问题，只能降低参数运 行，以后美国的超临界机组多采用24.1MPa，主蒸汽温度为538℃。 到80 年代初，美国超临界机组达170余台，占燃煤机组的70%以 上，其中单机容量大于500 MW的机组占总装机的70%以上，最 大单机容量为1300MW，也是迄今世界上最大单机容量机组，至 1994 年共安装投运了9 台1300MW 的超临界机组。
20世纪90年代开始，超超临界技术在美国、日本和欧 洲得到迅速发展，并已批量投运，取得了良好的运行业 绩，表现出良好的可靠性、经济性和灵活性。这表明超 超临界技术已代表了当代火力发电技术的国际先进水平 和发展潮流。 1999年，美国能源部提出了发展先进发电技术的 Vision21计划。其中，对于超超临界技术，主要是开发 35MPa／760℃ ／760℃／760℃的超超临界火电机组（两 次中间再热），使其热效率高于55％，污染物排放比亚 临界机组减少30％。
超超临界锅炉介绍详解
3. 直流锅炉的给水品质要求高
直流锅炉没有汽包，不能进行锅内水处理， 给水带来的盐分除一部分被蒸汽带走外， 其余将沉积在受热面上影响传热，使受热 面的壁温有可能超过金属的许用温度，且 这些盐分只有停炉清洗才能除去，因此为 了确保受热面的安全，直流锅炉的给水品 质要求高。
4.直流锅炉的启停和变负荷速度快
2:采用内螺纹螺旋管圈水冷壁
对于超临界变压运行锅炉，螺旋管圈水冷壁是首先应用于超临界 变压运行锅炉的水冷壁型式。
➢ 炉膛水冷壁采用螺旋管圈＋垂直管圈方式【即下部炉膛的水冷壁采 用螺旋管圈（内螺纹管），上部炉膛的水冷壁为垂直】，保证质量流 速符合要求。
➢ 水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁 ➢ 水冷壁采用一次中间混合联箱来实现螺旋管至垂直水冷壁管的过渡
• 省煤器蛇形管由光管组成，若干根管圈绕，采用 上下两组逆流布置，上组布置在后 竖井下部环形
集箱以上包墙区域，下组布置在后竖井环形集箱 以下护板区域。
第四章 超超临界锅炉存在的主要问题
• 受热面管子管屏超温、爆管 • 安装质量问题 • 逻辑设计不合理，人员业务水平
受热面管子管屏超温、爆管
玉环电厂#1超超临界1000MW锅炉，调试期间事故与异常情况：
• 日期：2006年10月31日
• 运行方式：负荷从700MW（主汽压22.0Mpa、主汽温 587℃,CDEF磨、AB汽泵、电除尘A侧投运、炉干态。） 降至150MW后,
• 动作情况：汽机手动跳闸，电气逆功率动作自动解 列，锅炉手动MFT。
• 动作原因：二过、三过泄漏，停炉检修,二过管更换 6根、水冷壁管更换4根、更换节流孔和束孔6处，割 口检查清理19处，共焊口73个,拍片2416处，新增壁 温测点439个。
• 运行方式：主汽压7.50Mpa、主汽温520℃,燃油5支、 A、B磨、电/B汽泵、炉湿态、负荷160MW
超临界机组锅炉设备
技术发展
高效燃烧技术
采用先进的燃烧技术和控制系统 ，提高锅炉燃烧效率，降低能耗
。
清洁排放技术
采用高效脱硫、脱硝、除尘等技 术，降低锅炉排放物对环境的影
响。
智能化控制技术
利用物联网、大数据等先进技术 ，实现锅炉设备的远程监控和智
能控制。
未来趋势
高效化
未来超临界机组锅炉将进一步提高燃烧效率、热 效率等性能指标，降低运行成本。
超临界机组锅炉设备
目录
• 设备概述 • 设备运行与控制 • 设备安全与环保 • 设备应用与发展
01
设备概述
定义与特点
定义
超临界机组锅炉是一种利用超临 界压力的锅炉设备，其工作压力 超过水的临界压力（22.12 MPa ）。
特点
具有高效、低耗、低污染等优点 ，是当前火力发电厂的主流技术 之一。
工作原理
排放监测与报告
建立排放监测系统，定期 对污染物排放进行监测和 报告，确保符合国家和地 方环保标准。
事故处理与预防
事故应急预案
制定针对超临界机组锅炉可能发生的 事故的应急预案，明确应急处置流程 和责任人。
事故演练与培训
事故原因分析
对发生的事故进行深入分析，找出事 故原因，采取有效措施预防类似事故 再次发生。
清洁化
随着环保要求的提高，超临界机组锅炉将更加注 重环保减排，减少对环境的负面影响。
智能化
智能化技术将进一步应用于超临界机组锅炉，实 现远程监控、智能诊断和优化运行等功能。
THANKS
感谢观看
温度
超临界机组锅炉的运行温度需根据不同工况进行控制，以实现高效的能量转换 和减少污染物排放。运行过程中需密切关注温度的变化，及时调整燃料和风量 等参数，保持温度稳定。
《超超临界锅炉介绍》课件
《超超临界锅炉介绍》PPT课件
本PPT课件将介绍超超临界锅炉，解释其定义、特点，探讨其工作原理、优点， 以及国内外应用情况和发展趋势。
一、什么是超超临界锅炉
超超临界锅炉是一种高效率燃煤发电锅炉，采用高温高压工况，提高煤燃烧效率和发电效率，并减少对环境的 污染。 超超临界锅炉的特点包括高温高压运行、高效用能、灵活操作、可脱硫、可脱硝和紧凑结构等。
国内应用情况
中国市场广泛应用超超临界锅 炉技术，提升发电效率，改善 环境保护。
国外应用情况
超超临界锅炉技术在美国、日 本等国家也得到了广泛应用， 并不断推动技术进步。
市场前景分析
超超临界锅炉市场前景广阔， 随着能源需求的增长，其应用 将继续扩大。
五、超超临界锅炉的发展趋势
1 技术趋势
超超临界锅炉技术将进一步提高效率、减少排放，并拓展适用范围。
二、超超临界锅炉的工作原理
1
原理介绍
超超临界锅炉利用高温高压水蒸汽的特性，实现高效燃煤发电，提高能源利用效 率。
2
主要部件介绍
超超临界锅炉的主要部件包括锅炉本体、燃烧系统、蒸汽轮机和控制系统等。
3
工作流程
超超临界锅炉的工作流程包括燃烧、水循环、蒸汽生成、送电和烟气处理等步骤过高温高压技术，提高燃煤发 电的效率，降低煤耗。
污染排放小
超超临界锅炉采用先进的烟气处理技术，可以 显著减少污染物的排放。
燃烧效率高
超超临界锅炉中的燃烧系统可以更充分地燃烧 煤炭，提高能源转化效率。
适用范围广
超超临界锅炉适用于各种煤种和不同规模的火 力发电厂。
四、超超临界锅炉的应用
2 市场趋势
超超临界锅炉市场将呈现增长趋势，特别是在新兴经济体和能源需求旺盛的地区。
第一章第五节 超临界锅炉工作原理和型式
本生型
（二）现代直流锅炉的主要型式
1 一次垂直上升管屏(UP锅炉) 该型式锅炉的压力既适用于亚临界，又适用于超临界。 2 炉膛下部多次上升，上部一次上升管屏(FW型) 该型式适合于300~600MW容量机组，且不适宜滑 压运行（中间有联箱）。 3 螺旋围绕上升管屏式 该型式特别适用于滑压运行
9 适用于压力等级更高的锅炉
自然循环锅炉 主要用于高压（9.8~12.74MPa)和超高压(13.72~15.68MPa) 也可用于亚临界(16.66~18.62MPa). 强制循环锅炉 强制循环锅炉适用于自然循环锅炉的工作范围,但只有在压力 在15.68MPa以上时,才有经济性. 直流锅炉 直流锅炉可以用于任何压力,但当 P 22 . 1 MPa 只有采用直流 锅炉
三、 直流锅炉的基本型式
1.直流锅炉结构特点
1）蒸发受热面布置自由 2）没有汽包，主要是外置式过渡区和汽水分离器 3）有启动旁路系统
2.对蒸发受热面的基本要求
1) 2) 3) 4) 管子不被烧坏 能解决膨胀问题 蒸发受热面能够制造出来 制造,安装方便
（一） 早期直流锅炉的型式 1 本生型 : 蒸发受热面型式为多次垂直上升管屏 2 苏尔寿型: 蒸发受热面型式为多行程迂回管屏 3 拉姆辛型: 蒸发受热面型式为水平围绕管屏
给水泵 省煤器
水冷壁
过热器
二、直流锅炉的特点
１．本质特点 （１）没有汽包。（２）工质一次通过，强迫流动，循环倍 率K=G/D=1 （３） 受热面无固定界限。 ２．工作过程中的参数变化 （１）工质焓值，沿受热面长度不断增加。 （２）压力由于克服流动阻力不断下降。 （３）温度，预热段温度不断上升，蒸发段由于压力不断降 低，过热段温度不断上升。 （４）比容不断上升。
（二）现代直流锅炉的主要型式
1 一次垂直上升管屏(UP锅炉) 该型式锅炉的压力既适用于亚临界，又适用于超临界。 2 炉膛下部多次上升，上部一次上升管屏(FW型) 该型式适合于300~600MW容量机组，且不适宜滑 压运行（中间有联箱）。 3 螺旋围绕上升管屏式 该型式特别适用于滑压运行
9 适用于压力等级更高的锅炉
自然循环锅炉 主要用于高压（9.8~12.74MPa)和超高压(13.72~15.68MPa) 也可用于亚临界(16.66~18.62MPa). 强制循环锅炉 强制循环锅炉适用于自然循环锅炉的工作范围,但只有在压力 在15.68MPa以上时,才有经济性. 直流锅炉 直流锅炉可以用于任何压力,但当 P 22 . 1 MPa 只有采用直流 锅炉
三、 直流锅炉的基本型式
1.直流锅炉结构特点
1）蒸发受热面布置自由 2）没有汽包，主要是外置式过渡区和汽水分离器 3）有启动旁路系统
2.对蒸发受热面的基本要求
1) 2) 3) 4) 管子不被烧坏 能解决膨胀问题 蒸发受热面能够制造出来 制造,安装方便
（一） 早期直流锅炉的型式 1 本生型 : 蒸发受热面型式为多次垂直上升管屏 2 苏尔寿型: 蒸发受热面型式为多行程迂回管屏 3 拉姆辛型: 蒸发受热面型式为水平围绕管屏
给水泵 省煤器
水冷壁
过热器
二、直流锅炉的特点
１．本质特点 （１）没有汽包。（２）工质一次通过，强迫流动，循环倍 率K=G/D=1 （３） 受热面无固定界限。 ２．工作过程中的参数变化 （１）工质焓值，沿受热面长度不断增加。 （２）压力由于克服流动阻力不断下降。 （３）温度，预热段温度不断上升，蒸发段由于压力不断降 低，过热段温度不断上升。 （４）比容不断上升。
超临界锅炉工作原理
超临界锅炉工作原理超临界锅炉是一种高效能的发电设备，它利用高温高压的水蒸气来驱动涡轮发电机，产生电能。
本文将详细介绍超临界锅炉的工作原理。
一、概述超临界锅炉是一种新型的发电设备，它采用了比常规锅炉更高的温度和压力条件，以提高发电效率。
超临界状态的水蒸气具有更高的热能，能够更充分地释放能量，从而提高锅炉的热效率。
二、超临界锅炉的组成1. 锅炉本体超临界锅炉的主要组成部分是锅炉本体，其内部包括水冷壁、受热面、蒸汽分离器等。
水冷壁起到了隔离锅炉内外的作用，同时也起到传热的作用。
受热面则是蒸汽从水中吸热的地方，其表面积较大，以便更有效地进行热交换。
蒸汽分离器用于将水和蒸汽分离，以保证蒸汽的纯度。
2. 循环系统超临界锅炉的循环系统包括给水系统和蒸汽系统。
给水系统负责将水从水箱中抽送至锅炉内，通过加热后转变为水蒸气。
蒸汽系统则负责将蒸汽从锅炉中输出，驱动涡轮发电机发电。
两个系统通过高压泵、高温管道等连接在一起，形成闭合循环。
三、超临界锅炉的工作原理超临界锅炉的工作原理可以简单概括为以下几个过程：1. 水的加热超临界锅炉中水通过循环系统输送至受热面，受热面通过燃料的燃烧释放热能，使水分子的运动加剧，温度不断升高。
2. 动能转换水在受热面吸热后，温度上升，从而转化为水蒸气。
水蒸气具备较大的动能，可以驱动涡轮发电机旋转。
3. 能量释放水蒸气进入涡轮发电机后，其内部的叶片受到水蒸气的推动，因此涡轮发电机开始旋转。
涡轮旋转的过程中，其动能将转化为电能，通过输出端口输出。
4. 循环回流水蒸气通过涡轮发电机后变成低温低压的水，经过蒸汽分离器分离后，再次被抽回锅炉进行循环往复，以驱动涡轮继续发电。
四、超临界锅炉的优势与传统锅炉相比，超临界锅炉具有如下优势：1. 提高热效率超临界锅炉采用高温高压的水蒸气，其具备更高的热能，能够更充分地释放能量，从而提高锅炉的热效率。
2. 减少二氧化碳排放超临界锅炉在高效发电的同时，由于温度和压力的提高，其燃烧过程更加充分，煤炭的利用率更高，从而减少了二氧化碳等有害气体的排放。
蒸发设备之超临界锅炉
蒸发设备之超临界锅炉引言超临界锅炉是一种常见的蒸发设备，用于产生高压高温的蒸汽。
它采用超临界工质进行工作，具有较高的效率和更低的排放，因此被广泛应用于电力发电、化工工艺和煤炭转化等领域。
本文将介绍超临界锅炉的工作原理、主要组成部分和优势等相关内容。
超临界锅炉的工作原理超临界锅炉采用的工作原理是利用超临界水的特性来产生高压高温的蒸汽。
超临界水是指在临界点以上（374°C, 22.1MPa）的高温高压状态下的水，其物理性质与气相和液相之间的临界态类似。
在超临界锅炉中，水被加热到临界点以上，并通过加压使其保持在压力上。
在超临界状态下，水的热容量变小，导致水在加热时的温度变化更为剧烈。
这样可以使锅炉更有效地吸收燃料释放的热能，并产生更高温高压的蒸汽。
超临界锅炉的主要组成部分超临界锅炉主要由以下几个部分组成：1.炉膛：炉膛是燃料的燃烧空间，用于将燃料燃烧产生的热能传递给水。
炉膛通常由耐高温材料制成，并配备燃料喷嘴和燃烧系统。
2.冷却水环路：冷却水环路用于冷却超临界锅炉的余热。
在锅炉中，一部分热能无法被水吸收，通过冷却水环路将其传递给环境。
3.蒸汽发生器：蒸汽发生器是超临界锅炉的核心组件，用于将加热后的水转化为高温高压的蒸汽。
蒸汽发生器内部包含多个加热表面，通过传导和对流的方式将燃料释放的热能传递给水，使其发生沸腾和蒸发。
4.调节系统：调节系统用于控制超临界锅炉的工作参数，包括温度、压力、燃料供给等。
通过精确的控制，调节系统可以使锅炉保持在最佳工作状态，并提高锅炉的效率和安全性。
超临界锅炉的优势超临界锅炉相比于常规的亚临界锅炉具有以下优势：1.高效节能：由于超临界锅炉工作在高温高压状态下，能够更充分地吸收和利用燃料的热能，提高发电效率。
相比于亚临界锅炉，超临界锅炉的效率提高了几个百分点。
2.降低排放：超临界锅炉在高温高压的条件下，燃料燃烧效率更高，同时燃烧产生的废气中的氮氧化物和二氧化硫等有害物质的生成量更少。
超临界锅炉讲义
一、脉动种类
➢ 整体脉动 ➢ 屏间（屏带或管屏）脉动 ➢ 管间脉动
特点：
脉动危害 发生这种管间脉动时 ，热水段、蒸发段、过热段都在作周 期性波动，在交界处附近壁温周期性变化，最大波动甚 至达到150℃ ，因而使管子产生疲劳破坏 。 并联各管会出现很大的热偏差，当超过容许的热偏差值 时，也将使管子超温过热而损坏 。
有关
二、超临界直流锅炉传热恶化特点
➢ 第一类传热恶化可能出现 ➢ 第二类传热恶化一定出现 ➢ 在大比热区内，也会发生传热恶化，称为类膜态沸腾。
在大比热区，比容（密度）的变化相当大，工质的温度 几乎不变；在管子内壁面附近工质密度比中心处小3～4 倍，在流动截面上存在不均匀性，出现最小的传热系数。 当热负荷高时，出现传热额恶化。
内螺纹管: 在x=0.8时，壁温才开始飞升。充分说明 了内螺纹管具有显著的抵抗膜态沸腾、推迟传热恶化 的作用。
内螺纹管抵抗膜态沸腾、推迟传热恶化的机理
由于工质受到螺纹的作用产生旋转，增强了管子内壁 面附近的扰动，使水冷壁管内壁面上产生的汽泡可以 被旋转向上运动的液体及时带走，
水流受到旋转力的作用，紧贴内螺纹槽壁面流动，从 而避免了汽泡在管子内壁面上的积聚所形成的"汽膜"， 保证了管子内壁击上有连续的水流冷却。
亚临界参数自然循环锅炉采用内螺纹管水冷壁是具 有相当大的安全裕度的。
§2 蒸发受热面主要形式 由于锅炉向大容量、高参数发展；采用了膜式水冷 壁；滑参数运行和给水处理技术发展。因此直流锅 炉形式有了很大的变化。
➢ 一次垂直上升管屏式（UP型） ➢ 炉膛下部多次上升、炉膛上部一次上升管屏式（FW型） ➢ 螺旋围绕上升管屏式
一次垂直上升管屏式（UP型）
FW型
螺旋围绕上升管屏式
➢ 整体脉动 ➢ 屏间（屏带或管屏）脉动 ➢ 管间脉动
特点：
脉动危害 发生这种管间脉动时 ，热水段、蒸发段、过热段都在作周 期性波动，在交界处附近壁温周期性变化，最大波动甚 至达到150℃ ，因而使管子产生疲劳破坏 。 并联各管会出现很大的热偏差，当超过容许的热偏差值 时，也将使管子超温过热而损坏 。
有关
二、超临界直流锅炉传热恶化特点
➢ 第一类传热恶化可能出现 ➢ 第二类传热恶化一定出现 ➢ 在大比热区内，也会发生传热恶化，称为类膜态沸腾。
在大比热区，比容（密度）的变化相当大，工质的温度 几乎不变；在管子内壁面附近工质密度比中心处小3～4 倍，在流动截面上存在不均匀性，出现最小的传热系数。 当热负荷高时，出现传热额恶化。
内螺纹管: 在x=0.8时，壁温才开始飞升。充分说明 了内螺纹管具有显著的抵抗膜态沸腾、推迟传热恶化 的作用。
内螺纹管抵抗膜态沸腾、推迟传热恶化的机理
由于工质受到螺纹的作用产生旋转，增强了管子内壁 面附近的扰动，使水冷壁管内壁面上产生的汽泡可以 被旋转向上运动的液体及时带走，
水流受到旋转力的作用，紧贴内螺纹槽壁面流动，从 而避免了汽泡在管子内壁面上的积聚所形成的"汽膜"， 保证了管子内壁击上有连续的水流冷却。
亚临界参数自然循环锅炉采用内螺纹管水冷壁是具 有相当大的安全裕度的。
§2 蒸发受热面主要形式 由于锅炉向大容量、高参数发展；采用了膜式水冷 壁；滑参数运行和给水处理技术发展。因此直流锅 炉形式有了很大的变化。
➢ 一次垂直上升管屏式（UP型） ➢ 炉膛下部多次上升、炉膛上部一次上升管屏式（FW型） ➢ 螺旋围绕上升管屏式
一次垂直上升管屏式（UP型）
FW型
螺旋围绕上升管屏式
超临界锅炉原理及运行课件
与直流锅炉比较
给水处理与排污
超临界锅炉和直流锅炉都需要对 给水进行处理和排污，但直流锅 炉的给水处理要求更高，因为其
不进行自然循环。
运行控制与调整
直流锅炉的蒸汽流量和压力调整 较超临界锅炉更为灵活，但超临 界锅炉在运行控制和稳定性方面
具有优势。
适用范围
直流锅炉适用于高参数、大容量 的机组，而超临界锅炉适用于各
按照设计要求将各个部件组装起来，形成一 个完整的超临界锅炉。
03
超临界锅炉运行
启动与停炉
启动
超临界锅炉启动时，需要先进行系统检查，确保所有设备正常。然后进行上水操 作，控制上水温度和速度，以防止热胀冷缩对设备造成损坏。上水完成后，开始 加热升温，直到锅炉达到临界状态。
停炉
超临界锅炉停炉时，需要先降低负荷，逐渐降低温度和压力。当锅炉温度和压力 降低到一定程度时，进行停炉操作。停炉后需要进行冷却降温，防止设备过热损 坏。
种规模和参数的机组。
05
超临界锅炉的应用与前景
应用领域
01
02
03
电力行业
超临界锅炉在火力发电厂 中广泛应用，是高效、清 洁发电的重要技术手段。
工业供热
超临界锅炉可用于工业生 产过程中的供热，满足各 种工艺需求。
化工行业
超临界锅炉在化工生产中 用于提供高温高压的反应 条件，提高生产效率和产 品质量。
工作原理简介
工作原理
超临界锅炉利用水的临界点特性，通 过控制压力和温度，使锅炉内的水在 超临界状态下进行快速加热和蒸发， 产生蒸汽推动汽轮机发电。
工作流程
给水经过加热、蒸发、过热等阶段， 最终形成高温高压的蒸汽，推动汽轮 机转动，带动发电机发电。
历史与发展
火力发电厂超临界锅炉综合介绍
02
火力发电厂中超临界锅 炉应用现状
国内外发展概况
国际发展
自20世纪50年代起，超临界锅炉技术在发达国家开始得到应用，随着技术进步和环保要求提高，超临界锅炉逐渐 成为火力发电厂的主流选择。目前，国际上超临界锅炉技术已经非常成熟，并在不断提高效率和环保性能。
国内发展
我国自20世纪80年代开始引进超临界锅炉技术，经过消化吸收和自主创新，目前已经形成了具有自主知识产权的 超临界锅炉设计制造能力。近年来，随着国内火电市场的快速发展和环保要求的提高，超临界锅炉在国内的应用 也越来越广泛。
关键技术与优化措施
超临界技术
燃烧优化技术
通过提高锅炉的运行压力和温度，使水在 临界点以上进行加热，从而提高蒸汽的做 功能力和机组的热效率。
采用先进的燃烧控制技术，实现燃料与空 气的精确配比和充分混合，提高燃烧效率 并减少污染物排放。
传热强化技术
节能减排技术
通过改进受热面的结构和布置方式，增加 受热面积和传热系数，提高锅炉的传热效 率。
主要参数及性能指标
主要参数
超临界锅炉的主要参数包括蒸汽压力、蒸汽温度、给水温度、排烟温度、热效率 等。这些参数直接影响锅炉的性能和经济性。
性能指标
超临界锅炉的性能指标主要包括热效率、污染物排放、负荷适应性等。热效率是 衡量锅炉能量转换效率的重要指标，污染物排放反映了锅炉环保性能，负荷适应 性则体现了锅炉在不同负荷下的运行稳定性。
性能评价指标体系建立
热效率Βιβλιοθήκη 01衡量锅炉能量转换效率的重要指标，超临界锅炉热效率通常高
于亚临界锅炉。
污染物排放
02
包括氮氧化物、硫氧化物、颗粒物等排放物的浓度和总量，需
要符合国家或地区的环保标准。
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压力, MPag 质量流速 (kg/m2s)
质量流速
2,500
15
2,000
选取较高的质量流速
较高的流速可以确保更高的传热 性能和流动可靠性，确保水冷壁有 较高的安全性和较大的安全裕度。
结论：通过采用内螺纹管及选取合适的质量流 速，水冷壁安全裕度得到极大的提高，汽水阻 力仅增加约10%。
10 光管 5 临界质量流速 0 0 500 1000 1500
6.需要汽水分离器
系统中的汽水分离器在低负荷时起汽水 分离作用并维持一定的水位，在高负荷 时切换为纯直流运行，汽水分离器作为 通流承压部件。
7.需要较高的质量流速
为了达到较高的质量流速，必须采用小 管径水冷壁。这样，不但提高了传热能 力而且节省了金属，减轻了炉墙重量， 同时减小了锅炉的热惯性。
足够的裕量 Margin Sufficient
1,500
1,000
500 内螺纹管 Tube 2000 2500 3000 3500
主蒸汽流量, t/h
内螺纹螺旋管圈水冷壁:充分均匀混合的中间过渡水冷壁
螺旋水冷壁
垂直水冷壁
垂直水冷壁入口集箱
混合集箱
半炉膛混合，减少吸热偏差小，适应变压运行
垂直水冷壁
现场水冷壁的布置图
性能优越、成熟可靠的水冷壁
自由选择管子尺寸和数量：
布置与选择管径灵活，易于
获得足够的质量流速
螺旋管圈水冷壁所需管子根数 和管径，可通过改变管子水平倾斜 角度来调整，使之获得合理的设计 值，以确保锅炉安全运行与水冷壁 自身的刚性。
管子根数大大减少，而且这种 减少水冷壁管子根数的办法不加大 管子之间的节距，使管子和肋片的 金属壁温在任何工况下都安全。
2.螺旋管圈水冷壁
对于超临界变压运行锅炉，螺旋管圈 水冷壁是首先应用于超临界变压运行锅 炉的水冷壁型式。
炉膛水冷壁采用螺旋管圈＋垂直管圈 方式【即下部炉膛的水冷壁采用螺旋管 圈（内螺纹管），上部炉膛的水冷壁为 垂直】，保证质量流速符合要求。 水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁 水冷壁采用一次中间混合联箱来实现 螺旋管至垂直水冷壁管的过渡
内螺纹螺旋管圈水冷壁: 采用内螺纹管，提高水冷壁安全裕度
技术特点：
35
30%MCR 50％THA 70%THA MCR BRL
4,500
采用管螺旋管圈
控制合理的设计平均质量流速， 防止亚临界状态下的传热恶化，提 高高负荷下的安全裕度。
30
4,000
省煤器进口压力 3,500 25 过热器出口压力 3,000 设计平均 20
8.热惯性小
水冷壁的金属储热量和工质储热量最小，即热 惯性最小，使快速启停的能力进一步提高，适 用机组调峰的要求。 但热惯性小也会带来问题，它使水冷壁对热偏 差的敏感性增强。当煤质变化或炉内火焰偏斜 时，各管屏的热偏差增大，由此引起各管屏出 口工质参数产生较大偏差，进而导致工质流动 不稳定或管子超温。
五、直流锅炉的技术特点
1.取消汽包，能快速启停。
与自然循环锅炉相比，直流炉从冷态启 动到满负荷运行，变负荷速度可提高一 倍左右。
2.压力适应性广
适用于亚临界和超临界以及超超临界压 力锅炉。
3.金属耗量少
锅炉本体金属消耗量最少，锅炉重量轻。 一台300MW自然循环锅炉的金属重量约 为5500t～7200t，相同等级的直流炉的 金属重量仅有4500t～5680t，一台直流 锅炉大约可节省金属2000t。加上省去了 汽包的制造工艺，使锅炉制造成本降低。
压力/bar
超临界 亚临界
温度/℃
水分子密度与压力、温度关系
水和汽之间的区别仅在于 分子间距离
水和汽之间的区 别仅仅是分子间 距离 分子间距离在一 定距离范围内就 称为水 分子间距离超过 这个界限就称为 汽
压力/bar
超临界 亚临界
温度/℃
水分子密度与压力、温度关系
微观解释
临界或超临界压力下，温度较低时，水分 子之间的距离紧密，处于液态水的状态。随着 温度的升高，分子动能增大，分子间距离逐渐 变大，宏观上看就是水的体积膨胀，或比容增 大。当达到临界温度时，分子之间的距离大于 液体水分子之间距离的上限，则水在这瞬间就 全部由水变成了蒸汽，之后的加热过程中，水 蒸汽温度升高，分子间距离继续增大，宏观上 水蒸气体积膨胀，比容变大。
内螺纹螺旋管圈水冷壁: 不需设置水冷壁进口节流圈
垂直水冷壁 + 内螺纹管 螺旋水冷壁 + 内螺纹管
炉膛水冷壁型式
流量调整困难 (进口节流圈)
采用高质量流速，且质量流速可 以自由调整。
负荷变化 和煤种变 化适应性 对比
节流圈为针对锅炉某一负荷、某一煤种而设计。 由于节流圈的固有特性，对所有负荷进行流量 合理分配、调节较为困难；机组运行一段时间， 节流圈将不可避免地结垢，偏离设计值。对煤 种变化、炉膛结渣等所引起的炉膛热负荷变化 适应性较差。
1.采用П型布置形式
П型布置是传统普遍采用的方式， 烟气由炉膛经水平烟道进入尾部烟 道，在尾部烟道通过各受热面后排 出。 其主要优点是锅炉高度较低， 尾部烟道烟气向下流动有自生吹灰 作用，各受热面易于布置成逆流形 式，对传热有利等。
锅炉∏型布置和塔型布置的比较
布置简图
世 • 界上烟煤型锅炉典型布置 概念 日 • 本超临界燃煤锅炉均采用此种布 置方式 适 • 合600MW-1050MW超临界燃煤 变压锅炉
9.流动阻力大
为保证足够的冷却能力和防止低负荷下 发生水动力多值性以及脉动，水冷壁管 内工质的重量流速在MCR负荷时提高到 2000㎏/（㎡·s）以上。加上管径减小的 影响，使直流锅炉的流动阻力显著提高。 600MW以上的直流锅炉的流动阻力一般 为5.4MPa～6.0MPa。
10.汽温调节
变压运行的超临界参数直流炉，在亚临 界压力范围和超临界压力范围内工作时， 都存在工质的热膨胀现象。 在亚临界压力范围内可能出现膜态沸腾； 在超临界压力范围内可能出现类膜态沸 腾。
15.启停速度受汽机限制
启停速度和变负荷速度受过热器出口集 箱的热应力限制，但主要限制因素是汽 轮机的热应力和胀差。
4.水泵压头高
水冷壁的流动阻力全部要靠给水泵来克 服，这部分阻力约占全部阻力的25％～ 30％。所需的给水泵压头高，既提高了 制造成本，又增加了运行耗电量。
5.需要专门的启动系统
直流锅炉启动时约有30％额定流量的工 质经过水冷壁并被加热，为了回收启动 过程的工质和热量并保证低负荷运行时 水冷壁管内有足够的重量流速，直流锅 炉需要设置专门的启动系统，而且需要 设置过热器的高压旁路系统和再热器的 低压旁路系统。加上直流锅炉的参数比 较高，需要的金属材料档次相应要提高， 其总成本不低于自然循环锅炉。
二、 “超临界”是什么意思？
当流体的压力和温度超过一定的值（临 界点）时，流体会处于一种介乎于液态 和气态的中间态，称为超临界态。 对锅炉来说,主蒸汽压力超过（大于）临 界点压力（22.12MPa)的工况
超临界压力下朗肯循环过程的T—S图
三、超临界锅炉和直流锅炉 是一回事吗
超临界锅炉－－从压力上 分类 直流锅炉－－从有无汽包 分类 超临界锅炉一定是直流锅 炉 直流锅炉不一定是超临界 锅炉，可以是亚临界或以 下压力锅炉．
采用较高质量流速设计，且进口不需装设节流圈，螺旋管圈 水冷壁的传热、流量分配和介质出口温度等不会受到燃烧器、 磨煤机切换等工况的影响 。对煤种变化、炉膛结渣以及机组 负荷变化所引起的吸热量的变化适应性好，变负荷、变压运 行能力强
主 • 要用于褐煤型锅炉 -高灰份 缺 • 乏1000MW超临界燃煤变压锅炉经验 需 • 研究大容量超临界锅炉可靠性
业绩
结构与安装
具 • 备成熟的结构技术及众多业绩， 可靠性高 煤 • 适应性好（采挡板调节再热汽温）
性能及运行
再 • 热器采用喷水及燃烧器摆动调温，对经 济性和煤适应性有影响。
DBC/BHK/BHDB
S 水的临界点 临界点 T
饱和水线
饱和汽线
常见困惑：水和蒸汽没有区别的状态 是怎样的？
压力越高，水蒸汽分子间 的距离和液体水分子间的 距离的差距越小 从而使得水和水蒸汽之间 的物性差别随着压力升高 越来越小 直至达到临界压力时，水 和水蒸汽没有差别，在同 一温度下，要么全部是水， 要么全部为气（其实是很 “稠密”的蒸汽）。
12.水冷壁可灵活布置
水冷壁可灵活布置，可采用螺旋管圈或 垂直管屏水冷壁。采用螺旋管圈水冷壁 有利于实现变压运行。
13.热偏差影响大
超临界压力直流锅炉水冷壁管内工质温 度随吸热量而变，即管壁温度随吸热量 而变。 因此，热偏差对水冷壁管壁温度的影响 作用显著增大。
14.存在传热恶化的可能
四、超临界锅炉有什么优势
一、热效率高，节约燃料 朗肯循环热效率随主蒸汽压力、温度的 升高而提高，超临界压力机组比亚临界 机组热效率提高2—3%。
2003年度全国超临界机组运行经济指标统计数据
电厂名称
容量 MW 300
320 500
供电煤耗 g/kWh 324.5
337.2 329.5
发电煤耗 g/kWh 309.8
汽温调节的主要方式是调节燃料量与给 水量之比，辅助手段是喷水减温或烟气 侧调节。 由于没有固定的汽水分界面，随着给水 流量和燃料量的变化，受热面的省煤段、 蒸发段和过热段长度发生变化，汽温随 着发生变化，汽温调节比较困难。
11.容易发生水动力不稳定
低负荷运行时，给水流量和压力降低， 受热面入口的工质欠焓增大，容易发生 水动力不稳定。 由于给水流量降低，水冷壁流量分配不 均匀性增大；压力降低，汽水比容变化 增大；工质欠焓增大，会使蒸发段和省 煤段的阻力比值发生变化。
质量流速
2,500
15
2,000
选取较高的质量流速
较高的流速可以确保更高的传热 性能和流动可靠性，确保水冷壁有 较高的安全性和较大的安全裕度。
结论：通过采用内螺纹管及选取合适的质量流 速，水冷壁安全裕度得到极大的提高，汽水阻 力仅增加约10%。
10 光管 5 临界质量流速 0 0 500 1000 1500
6.需要汽水分离器
系统中的汽水分离器在低负荷时起汽水 分离作用并维持一定的水位，在高负荷 时切换为纯直流运行，汽水分离器作为 通流承压部件。
7.需要较高的质量流速
为了达到较高的质量流速，必须采用小 管径水冷壁。这样，不但提高了传热能 力而且节省了金属，减轻了炉墙重量， 同时减小了锅炉的热惯性。
足够的裕量 Margin Sufficient
1,500
1,000
500 内螺纹管 Tube 2000 2500 3000 3500
主蒸汽流量, t/h
内螺纹螺旋管圈水冷壁:充分均匀混合的中间过渡水冷壁
螺旋水冷壁
垂直水冷壁
垂直水冷壁入口集箱
混合集箱
半炉膛混合，减少吸热偏差小，适应变压运行
垂直水冷壁
现场水冷壁的布置图
性能优越、成熟可靠的水冷壁
自由选择管子尺寸和数量：
布置与选择管径灵活，易于
获得足够的质量流速
螺旋管圈水冷壁所需管子根数 和管径，可通过改变管子水平倾斜 角度来调整，使之获得合理的设计 值，以确保锅炉安全运行与水冷壁 自身的刚性。
管子根数大大减少，而且这种 减少水冷壁管子根数的办法不加大 管子之间的节距，使管子和肋片的 金属壁温在任何工况下都安全。
2.螺旋管圈水冷壁
对于超临界变压运行锅炉，螺旋管圈 水冷壁是首先应用于超临界变压运行锅 炉的水冷壁型式。
炉膛水冷壁采用螺旋管圈＋垂直管圈 方式【即下部炉膛的水冷壁采用螺旋管 圈（内螺纹管），上部炉膛的水冷壁为 垂直】，保证质量流速符合要求。 水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁 水冷壁采用一次中间混合联箱来实现 螺旋管至垂直水冷壁管的过渡
内螺纹螺旋管圈水冷壁: 采用内螺纹管，提高水冷壁安全裕度
技术特点：
35
30%MCR 50％THA 70%THA MCR BRL
4,500
采用管螺旋管圈
控制合理的设计平均质量流速， 防止亚临界状态下的传热恶化，提 高高负荷下的安全裕度。
30
4,000
省煤器进口压力 3,500 25 过热器出口压力 3,000 设计平均 20
8.热惯性小
水冷壁的金属储热量和工质储热量最小，即热 惯性最小，使快速启停的能力进一步提高，适 用机组调峰的要求。 但热惯性小也会带来问题，它使水冷壁对热偏 差的敏感性增强。当煤质变化或炉内火焰偏斜 时，各管屏的热偏差增大，由此引起各管屏出 口工质参数产生较大偏差，进而导致工质流动 不稳定或管子超温。
五、直流锅炉的技术特点
1.取消汽包，能快速启停。
与自然循环锅炉相比，直流炉从冷态启 动到满负荷运行，变负荷速度可提高一 倍左右。
2.压力适应性广
适用于亚临界和超临界以及超超临界压 力锅炉。
3.金属耗量少
锅炉本体金属消耗量最少，锅炉重量轻。 一台300MW自然循环锅炉的金属重量约 为5500t～7200t，相同等级的直流炉的 金属重量仅有4500t～5680t，一台直流 锅炉大约可节省金属2000t。加上省去了 汽包的制造工艺，使锅炉制造成本降低。
压力/bar
超临界 亚临界
温度/℃
水分子密度与压力、温度关系
水和汽之间的区别仅在于 分子间距离
水和汽之间的区 别仅仅是分子间 距离 分子间距离在一 定距离范围内就 称为水 分子间距离超过 这个界限就称为 汽
压力/bar
超临界 亚临界
温度/℃
水分子密度与压力、温度关系
微观解释
临界或超临界压力下，温度较低时，水分 子之间的距离紧密，处于液态水的状态。随着 温度的升高，分子动能增大，分子间距离逐渐 变大，宏观上看就是水的体积膨胀，或比容增 大。当达到临界温度时，分子之间的距离大于 液体水分子之间距离的上限，则水在这瞬间就 全部由水变成了蒸汽，之后的加热过程中，水 蒸汽温度升高，分子间距离继续增大，宏观上 水蒸气体积膨胀，比容变大。
内螺纹螺旋管圈水冷壁: 不需设置水冷壁进口节流圈
垂直水冷壁 + 内螺纹管 螺旋水冷壁 + 内螺纹管
炉膛水冷壁型式
流量调整困难 (进口节流圈)
采用高质量流速，且质量流速可 以自由调整。
负荷变化 和煤种变 化适应性 对比
节流圈为针对锅炉某一负荷、某一煤种而设计。 由于节流圈的固有特性，对所有负荷进行流量 合理分配、调节较为困难；机组运行一段时间， 节流圈将不可避免地结垢，偏离设计值。对煤 种变化、炉膛结渣等所引起的炉膛热负荷变化 适应性较差。
1.采用П型布置形式
П型布置是传统普遍采用的方式， 烟气由炉膛经水平烟道进入尾部烟 道，在尾部烟道通过各受热面后排 出。 其主要优点是锅炉高度较低， 尾部烟道烟气向下流动有自生吹灰 作用，各受热面易于布置成逆流形 式，对传热有利等。
锅炉∏型布置和塔型布置的比较
布置简图
世 • 界上烟煤型锅炉典型布置 概念 日 • 本超临界燃煤锅炉均采用此种布 置方式 适 • 合600MW-1050MW超临界燃煤 变压锅炉
9.流动阻力大
为保证足够的冷却能力和防止低负荷下 发生水动力多值性以及脉动，水冷壁管 内工质的重量流速在MCR负荷时提高到 2000㎏/（㎡·s）以上。加上管径减小的 影响，使直流锅炉的流动阻力显著提高。 600MW以上的直流锅炉的流动阻力一般 为5.4MPa～6.0MPa。
10.汽温调节
变压运行的超临界参数直流炉，在亚临 界压力范围和超临界压力范围内工作时， 都存在工质的热膨胀现象。 在亚临界压力范围内可能出现膜态沸腾； 在超临界压力范围内可能出现类膜态沸 腾。
15.启停速度受汽机限制
启停速度和变负荷速度受过热器出口集 箱的热应力限制，但主要限制因素是汽 轮机的热应力和胀差。
4.水泵压头高
水冷壁的流动阻力全部要靠给水泵来克 服，这部分阻力约占全部阻力的25％～ 30％。所需的给水泵压头高，既提高了 制造成本，又增加了运行耗电量。
5.需要专门的启动系统
直流锅炉启动时约有30％额定流量的工 质经过水冷壁并被加热，为了回收启动 过程的工质和热量并保证低负荷运行时 水冷壁管内有足够的重量流速，直流锅 炉需要设置专门的启动系统，而且需要 设置过热器的高压旁路系统和再热器的 低压旁路系统。加上直流锅炉的参数比 较高，需要的金属材料档次相应要提高， 其总成本不低于自然循环锅炉。
二、 “超临界”是什么意思？
当流体的压力和温度超过一定的值（临 界点）时，流体会处于一种介乎于液态 和气态的中间态，称为超临界态。 对锅炉来说,主蒸汽压力超过（大于）临 界点压力（22.12MPa)的工况
超临界压力下朗肯循环过程的T—S图
三、超临界锅炉和直流锅炉 是一回事吗
超临界锅炉－－从压力上 分类 直流锅炉－－从有无汽包 分类 超临界锅炉一定是直流锅 炉 直流锅炉不一定是超临界 锅炉，可以是亚临界或以 下压力锅炉．
采用较高质量流速设计，且进口不需装设节流圈，螺旋管圈 水冷壁的传热、流量分配和介质出口温度等不会受到燃烧器、 磨煤机切换等工况的影响 。对煤种变化、炉膛结渣以及机组 负荷变化所引起的吸热量的变化适应性好，变负荷、变压运 行能力强
主 • 要用于褐煤型锅炉 -高灰份 缺 • 乏1000MW超临界燃煤变压锅炉经验 需 • 研究大容量超临界锅炉可靠性
业绩
结构与安装
具 • 备成熟的结构技术及众多业绩， 可靠性高 煤 • 适应性好（采挡板调节再热汽温）
性能及运行
再 • 热器采用喷水及燃烧器摆动调温，对经 济性和煤适应性有影响。
DBC/BHK/BHDB
S 水的临界点 临界点 T
饱和水线
饱和汽线
常见困惑：水和蒸汽没有区别的状态 是怎样的？
压力越高，水蒸汽分子间 的距离和液体水分子间的 距离的差距越小 从而使得水和水蒸汽之间 的物性差别随着压力升高 越来越小 直至达到临界压力时，水 和水蒸汽没有差别，在同 一温度下，要么全部是水， 要么全部为气（其实是很 “稠密”的蒸汽）。
12.水冷壁可灵活布置
水冷壁可灵活布置，可采用螺旋管圈或 垂直管屏水冷壁。采用螺旋管圈水冷壁 有利于实现变压运行。
13.热偏差影响大
超临界压力直流锅炉水冷壁管内工质温 度随吸热量而变，即管壁温度随吸热量 而变。 因此，热偏差对水冷壁管壁温度的影响 作用显著增大。
14.存在传热恶化的可能
四、超临界锅炉有什么优势
一、热效率高，节约燃料 朗肯循环热效率随主蒸汽压力、温度的 升高而提高，超临界压力机组比亚临界 机组热效率提高2—3%。
2003年度全国超临界机组运行经济指标统计数据
电厂名称
容量 MW 300
320 500
供电煤耗 g/kWh 324.5
337.2 329.5
发电煤耗 g/kWh 309.8
汽温调节的主要方式是调节燃料量与给 水量之比，辅助手段是喷水减温或烟气 侧调节。 由于没有固定的汽水分界面，随着给水 流量和燃料量的变化，受热面的省煤段、 蒸发段和过热段长度发生变化，汽温随 着发生变化，汽温调节比较困难。
11.容易发生水动力不稳定
低负荷运行时，给水流量和压力降低， 受热面入口的工质欠焓增大，容易发生 水动力不稳定。 由于给水流量降低，水冷壁流量分配不 均匀性增大；压力降低，汽水比容变化 增大；工质欠焓增大，会使蒸发段和省 煤段的阻力比值发生变化。