亚临界、超临界、超超临界火电机组技术区别、发展现状与发展趋势的研究报告终稿

亚临界、超临界、超超临界火电机组技术区别、发展现状与发展趋势的研究报告

一、问题的提出

通过书本上的学习我们初步了解了火电厂的工作流程和原理，在整个流程中机组选择的不同使得火电厂对发电用的蒸汽的各项参数、工件的选择、材料的要求等提出不同的标准。本小组通过对亚临界、超临界、超超临界火电机组技术区别、发展现状与发展趋势进行研究，找出了他们的一些不同与相同之处，陈列如下不对之处还望指正。

二、调查方法

1.从书籍中查找有关资料 2.在英特网中查阅有关资料

三、正文

我国自1882年在上海建立第一座火力发电厂开始, 火力发电已走过100多年发展历程。新中国成立以后, 特别是改革开放以来, 我国的火力发电事业取得了煌的成就。全国电力装机到1987年跨上100GW的台阶后, 经过7年的努力, 在1995年3月份突破200GW至1995年底我国电力装机容达到217.224GW,其中水电52.184GW,火电162.94GW,核电2.1GW.1995年全国发电装机容量跃居世界第三位、发电量居世界第二位。

火力发电在电力结构中一直占有重要地位。从全球范围看, 火电在电力工业中起着主导作用。对中国而言, 火电在电力工业中所占比重更大, 其中煤电所占比例要比全世界平均水平更高。国内外一些机构曾对我国能源结构进行过预测分析, 虽然数字有些差异, 但结论大致相同,火力发电特别是燃煤发电在未来几年及21世纪上半叶, 甚至更长时间内在我国电力工业中将起主导作用。

我国火电机组的研制从50年代中期6MW中压机组起步, 到70年代已具备设计制造200MW超高压机组和300MW亚临界压力机组的能力, 但我国最大单机容量同国外先进水平的差距一般为30-40年, 我国机组的技术性能和可靠性水平与国外先进水平相比有相当大的差距( 以当时的亚临界300MW汽轮机为例, 其热耗值比国外同类机组高出约209KJ/（KW·h）, 按每台机组每年运行7000h计算, 仅此一项每台机组每年就需多消耗近2000t标准煤。为尽快缩小与国外先进水平的差距, 从80年代初开始,我国采取引进→消化吸收→攻关创新→推广应用的技术路线, 自主研制开发火电机组, 促进了电力工业在装备、设计施工、

运行和管理方面跃上新水平。现已发展到设计制造600MW亚临界压力机组。电站锅炉、汽轮机的燕汽参数从中压、高压发展到超高压, 亚临界压力。汽轮发电机电压从6.3kV发展到20kV冷却方式已掌握了空冷、氢冷、双水内冷、水氢氢冷等技术, 近10年来, 我国新建火电机组容量也从以100-200MW为主发展到以300-600MW为主。之后我国引进并消化吸收国外先进技术, 提高我国火电机组研制水平，优化引进型机组, 推广应用新技术, 改进提高国产机组水平，推广优化技术, 提高国产火电机组水平。在“ 九五” 期间及以后又致力于积极开发大容量超临界压力机组，开发大型空冷和热电联供机组，研制能燃用劣质煤的大

型电站锅炉，开发燃汽/蒸汽联合循环，提高火力发电环保水平，作好现有火电厂老机组改造，研制高效优质辅机, 提高电站成套水平，积极开发、研制高效自动化装置的工作并取得了极大的成果。

1.技术区别

亚临界机组炉

亚临界是指电厂锅炉的蒸汽参数，具体是指过热器出口蒸汽的额定表压力。在14-22.2MPa之间的称为亚临界压力锅炉。燃煤：是指以煤为动力燃料的发电机组。

亚临界机组炉内水处理

为了保障热力系统中的水、汽品质,避免发生腐蚀、结垢、积盐,需对水汽系统工质进行化学处理。亚临界机组的化学处理点一般为凝结水、给水、炉水给水系统水质调节为氨联胺处理,炉内采用低磷酸盐处理另外机组设有以除盐水做为工质的闭式冷却水系统,对其只采用联胺处理。系统设置有化学加药系统,其中包括加氨、加联胺、加磷酸盐处理3个子系统。系统设置非常简单,联胺、磷酸盐溶药箱各2个,氨溶药箱1个加药泵都为柱塞式隔膜泵,整个加药系统布置于锅炉零米。由于凝汽器使用了钛管,因此系统未设置凝结水精除盐装置。为除去凝结水中悬浮杂质和腐蚀产物,于凝结水泵后设有凝结水除铁系统2台管式过滤器。管式滤元为不锈钢结构并外绕聚丙稀纤维,滤元直径50ｍｍ,长度1780ｍｍ。凝结水最大流量:857ｔ/ｈ。滤元有两种规格,10ｕ滤元为启动时使用,5ｕ滤元为正常运行时使用。失效点用进出口压差控制,设置反洗水泵用于过滤器定期反洗,反洗周期为10ｄ过滤器的启动、反洗、运行,可实现自动程序运行。这样,虽然钛管比较昂贵,但设备投资并没有增加太多。

亚临界的水动力特性

亚临界的水动力特性，不仅影响着水冷壁的传热特性和安全性，而且在很大程度上影响着汽温特性、调峰性能，甚至影响到燃烧调节性能。由于锅炉水冷壁的水动力特性主要决定于循环方式，而循环方式不仅取决于锅炉的容量及参数，而且取决于不同燃烧方式所需的炉型结构。因此亚临界参数锅炉的循环方式趋于多样化，出现自然循环、控制循环和强制流动等多种形式。亚临界参数600Mw 锅炉机组当采用四角燃烧方式时，由于炉膛周界的限制，适合采用控制循环方式：采用对冲燃烧方式时．可以扩大炉膛周界或选择管径较大的水冷壁，适合采用自然循环方式。显然水冷壁的水动力特性不再是一个孤立的问题，它受到许多复杂条件的制约，反过来又影响到锅炉的综合性能。

（1）压力对循环特性的影响 运行和实测数据表明，亚临界参数自然循环锅炉的汽包压力达到20．678 MPa时，自然循环仍然不成问题。压力由15．0MPa提高到20．0MPa，下降管内工质密度大约减少20％，上升管内工质密度几乎不变，循环流动压头只有微小的降低，因而对循环特性的影响不大，由此可见压力不是影响循环特性的主要因素。由理论分析可以知道，压力对于循环特性的影响具有双重作用：一方面压力提高使循环流动压头略有减少；另一方面压力提高使水冷壁管内工质的汽化潜热减小。

（2）炉型结构对循环特性的影响

锅炉炉型结构首先取决于锅炉燃烧条件，即取决于燃料的燃烧特性和结渣特性以及燃烧方式；其次取决于锅炉蒸发量和限制产生膜态沸腾的安全裕度。对于亚临界参数锅炉，随着锅炉容量增大相对于单位蒸发量的炉膛周界减小，管内质量含汽率增大，达到0．3--0．4，循环流速达到1．7~2．0 m／s。30％MCR时的循环流速能保持1 m／s的水平。试验数据表明，循环流速达到O．4m／s，水冷壁管内的工质流动就不会产生停滞和倒流现象。当水冷壁采用内螺纹管时，质量含汽率即使达到0,6，也不会出现膜态沸腾导致的传热恶化现象，因而自然循环具有较大的安全裕度。

超临界机组：

工程热力学将水的临界状态点参数定义为：压力22.115MPa，温度374.15℃。当水的状态参数达到临界点时，在饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的两相区存在。与较低参数的状态不同，这时水的传热和流动特性等会存在显著的变化。当蒸汽参数值大于上述临界状态点的压力和温度值时，则称其为超临界参数。超临界机组是指一般主汽压力24MPa及以上,主汽和再热汽温度540-560℃的火电厂 ，效率比亚临界机组高约2%。

超临界机组的使用和推广需要我们掌握直流锅炉的设计技术。如汽水循环系统及水冷壁的设计，锅炉启动系统及其水分离器技术，耐高温高压的经书材料和阀门，受压件的强度设计及应力分析技术，超临界锅炉受压部件的制造。

其中技术关键是水冷壁，超临界锅炉水冷壁管圈主要有螺旋管圈和垂直管圈两种型式。超临界锅炉水冷壁的循环倍率通常只有1或小于1(当过热器减温水量较大时)，变压运行的超临界机组低负荷时流量较小，这决定了水冷壁需要较小的管径和特殊的管圈型式，以确保管内有足够高的质量流速，保证冷却管壁，使其不超温。经过长期的发展，超临界锅炉水冷壁管圈主要有螺旋管圈水冷壁和垂直管圈水冷壁两种型式。它们的不同点是螺旋管圈是适用于变压运行，而垂直管屏适用于定压运行。它们的共同点是在高负荷运行工况下，水冷壁都在超临界压力下工作，管内工质温度随着吸热量的增加而提高。

1 螺旋管圈水冷壁

为了适应电网中调峰和滑压运行的要求，先后开发的螺旋管圈水冷壁结构的超临界锅炉。管子自炉膛低部以一定的倾角沿着炉膛四周盘旋上升到炉膛出口处(一般1．5—2．0圈)，上部改为垂直上升管子，以利于管子穿墙及悬吊结构的布置。只要改变螺旋管圈的倾角，就可以非常容易的减少炉膛四周的管子数量而不增加管子间的间隙，保证必要的管内质量流速，同时可选用较粗的管子，增加水冷壁的刚性。

2垂直管圈水冷壁

垂直管圈水冷壁又分为一次上升式和多次上升一下降两种，沿炉膛四面周界垂直的管子组成若干管屏。一次上升垂直管圈的所有管屏都是并联的，从省煤器来的工质引入炉底进口集箱，在管屏中一次向上流动至炉顶出口集箱。而多次上升一下降管圈，工质从炉底进入几片管屏，向上流动到炉顶后，经过下降管引到