超临界锅炉技术为未来市场条件.doc

超临界锅炉技术为未来市场条件约阿希姆弗兰克和鲁道夫克拉尔 西门子发电 在帕森斯会议2003年 2003年10月西门子股份公司。发电 传送，复制，传播和/或编辑这个文件，以及利用其内容和沟通不足，在没有明确授权的情况下给他人禁止。违者将被追究法律责任支付赔偿金。受专利所创建的所有权利实用新型或者外观设计专利的授予或注册 第1页，共13页1. 引言保护环境和未来的蒸汽动力的经营经济的要求植物使高效率的水平和经营的灵活性不仅在欧盟过程中的问题，但也是在世界各地越来越多的措施。现有的技术目前已完成启用这些要求煤粉燃煤电厂和部分也由发电厂循环流化床（cfb）燃烧系统只有沿着更高的蒸汽温度和压力的道路，可以实现更高的效率。2. 国家的艺术在超临界压力发电厂，蒸汽温度高，已被建于20世纪50年代（图1）。 20世纪60年代国超临界植物系列（配备普遍压锅炉），并在过去二十多年的超临界工厂专门用于在德国和日本。后者是专为滑动压力操作和由此也满足需求高工作灵活性和高植物在部分负荷效率。日期，循环流化床电源植物已被使用尤其是对于较小输出功率水平，一般鼓锅炉。植物350在此期间兆瓦已在运作，配备几种植物benson1锅炉也已兴建。超临界植物为收视率400兆瓦以上计划。在超临界蒸汽压力下运行的发电厂已经证明其业务几十年来的能力和高可用性。蒸汽温度的过渡600 c和更高的进一步大发展的步伐，果断地影响到许多方面该电厂的设计，特是锅炉，。无论这些高蒸汽过渡温度是经济也不仅取决于主蒸汽压力的选择，再热压力和给水温度，同时也对燃料的范围。1本森是西门子股份公司的注册商标。西门子股份公司。发电 传送，复制，传播和/或编辑这个文件，以及利用其内容和沟通不足，在没有明确授权的情况下给他人禁止。违者将被追究法律责任支付赔偿金。受专利所创建的所有权利实用新型或者外观设计专利的授予或注册 第2页，共13页到目前为止，重点材料开发为过热器和厚壁高端组件蒸汽温度。然而，调查表明墙受热面可以成为限制组件为进一步增加蒸汽参数。一这样做的原因是增加分数过热器热被转移随着蒸汽参数。 图2：benson在欧洲和日本的大型超临界锅炉 - 参考文献3. 对设计的影响- 热交换表面的大小更高的蒸汽温度自动降低烟道之间的温度差异气体和蒸汽，具有比较大的过热器和再热器热面结果。由于较高的管壁温度也意味着积灰增加的趋势，相应受热面储备必须提供。给水温度，烟气冷却器的受热面的大小上有很大的影响路径。值290 c至300 c或更高，为高效率的工厂必要。上一个手头的烟气温度省煤器下游大致设计案例400 - 脱硝温度窗口 - 另一方面，出水温度从省煤器是有限的，以避免热气腾腾，上游过热器必须吸收更多的热提高给水温度。在更高的蒸汽条件，特别是在增加再热压力，从汽轮机的hp节排汽温度，从而再热的入口温度也随之增加。虽然这些温度仍约。在设计的320 c主蒸汽温度为540 c，他们已经增加至超过350 c，600 c的主要蒸汽温度的设计，甚至达到超过420在700设计。这大大降低烟气温差仍然较大加热的后果再热器中的表面。在符合成本效益的受热面设计考虑，给水温度不应超过300 c和hp排汽压力应在60栏的谎言。西门子股份公司。发电 传送，复制，传播和/或编辑这个文件，以及利用其内容和沟通不足，在没有明确授权的情况下给他人禁止。违者将被追究法律责任支付赔偿金。受专利所创建的所有权利实用新型或者外观设计专利的授予或注册 第3页，共13页- 蒸发完分隔的位置决定的蒸发器在启动时的位置，在低负荷再循环模式。通常情况下，分隔符是配置，其温度稍微过热最低的一次通过负载点。高蒸汽锅炉的设计温度和压力，这是已经在炉较低的地区墙壁，而不是从插座第一遍或在锅炉的屋顶。这样做的原因是增加在热输入过热的程度，并相应减少蒸发的一小部分提高蒸汽参数的hp部分。在了40的负载，过热的程度，在540彗星锅炉约。27， 这将增加39，例如，在设计为700 c主蒸汽温度（图3和图。4）。由于高度加载加热表面积必须躺在上游的为分隔符原因蒸发冷却和分隔从而不能移动任意向燃烧器， 图3：热流分布在变压操作在40负载一个显著过热度较大，会导致最低的一次通过工作点（图5）。这大大增加了过渡到再循环的蒸汽温度下降的第一步模式。为了广泛地防止这种温度的变化，过渡一旦通过再循环模式，必须放置在一个非常低的负载点，需要再循环只有启动模式。而与缠绕油管在一次最小负载的锅炉通过在30至40的范围内，“班森低质量的基础上蒸发器操作通量“1与垂直线膛管的设计使负载在20以下。西门子股份公司。发电 传送，复制，传播和/或编辑这个文件，以及利用其内容和沟通不足，在没有明确授权的情况下给他人禁止。违者将被追究法律责任支付赔偿金。受专利所创建的所有权利实用新型或者外观设计专利的授予或注册 第4页，共13页图5：水和蒸汽温度在hp图水墙在亚临界蒸汽锅炉的水墙一般都配置为蒸发器。提高蒸汽温度和压力，蒸发器受热面的一小部分跌幅，部分水墙也必须配置为过热，即下游的分离器。在高负荷的炉区，螺旋缠绕蒸发器管通常用于光滑管和质量通量高 - 大约。 2000 - 2500公斤/立方米秒由于螺旋缠绕此炉管类型不自收自支，这是加强与支持肩带焊接管壁支撑块。高蒸汽参数，也可能导致较高的蒸发器料。先前存在的设计储备不再可用的结果，需要一个详细的应力分析在每种情况下的蒸发器管的设计。作为一个必要的大墙厚度设计，高负荷的受热面地区部分不再由主强调，由于内部压力，而是由于重新中学讲内敛的热膨胀。蒸发器温度较高，也导致温度升高管和支持带之间的差异上的启动和关闭。这反过来又导致启动时间较长，尤其是在冷启动时。“本森低质量流量“的设计开发西门子与设计质量通量约。 1000公斤/平方米s及以下与垂直膛线蒸发器管无需额外的支持结构，从而也不会损害工厂的灵活性尽管在墙上出口温度约。500 c和（图6）。在设计主蒸汽温度 图6：benson锅炉垂直管炉原理及特点对600以上，墙体材料的蠕变强度常用的日期，如13crmo44（t12）不再是足够的，必须过渡到新的发展等7crmovtib1010（t24）或hcm2s（t23）。这已经是在300蒸汽压力的情况下酒吧及以上的设计温度较低。在小学的展望讲的蠕变优势这些材料，不需要焊后热处理，允许蒸汽温度高达530在炉主蒸汽压力的墙壁，但耐腐蚀性和二次应力限制这些值下降到500 c。主蒸汽温度630 c时，温和的蒸汽压力，从而可以实现的，至于墙壁。在蒸汽温度较高，如hcm12或t92的材料要求必须heattreated焊后。为了尽量减少在这样的设计制造开支，竖立蒸发器管的焊缝，必须降低到绝对最低可能。这是目前唯一可行的垂直管。相对复杂的焊缝spiralwound角落炉管被淘汰，只在个别墙段焊接鳍。仅在水平面管的焊接可能成为必要。解决方案也这最大限度地减少热治疗勃起开支。在所有情况下，可以说，水墙的设计中的问题，增加不成比例随着蒸汽压力。减少主蒸汽压力从350巴到250栏一个700 c厂的效率降低了0.7个百分点，但它也降低了墙上的电源插座温度从540 c至500 c和无焊后材料的设计热处理成为可能。因此，应避免主蒸汽压力，远远高于250栏，也与蒸汽温度高的植物。 第七页- 蒸发器/过热的分界点在高蒸汽参数的水墙可以不再设计完全蒸发器。然后从蒸发器壁过热墙壁的过渡在于炉以上。这种过渡所以必须设计，以减少蒸发器之间的温度差异过热自动导致对水的墙壁部分填补关机后，特别是充水后，紧急关闭。高达80 k值代表没有事业关注。对于较高的值，如可以在非常高的蒸汽条件下发生，以及在大炉，柔性连接，不一定焊接的气密性，也应考虑这一过渡时期。- 过热器受热面蒸汽温度可达约。 550 c，所有受热面，可建造的铁素体或马氏体材料，而在600奥氏体材料是必要的最终过热供热锅炉惠普部分以及再热器的表面。除了强度参数，腐蚀行为的烟气和蒸汽氧化行为双方尤其是材料选择的决定性。图7，高温过热器材料，显示了可用材料的选择。关于强度参数，施工过热器受热面的蒸汽温度高达650 c是目前已可行与奥氏体不锈钢材料。然而可用材料的耐腐蚀性减少到约630 c的设计限制。图7：可用的过热器管材料第八页- 厚壁部件在具有非常高的蒸汽温度的第一台蒸汽发生器，用于奥氏体不锈钢材料热头和连接线。然而，穷人的热弹行为 - 低热导电性，较高的热膨胀 - 渲染这些材料不适合实施锅炉在电厂的负荷变化和最小启动时间的大量。铬钢，如p91，p92或e911的发展，使蒸汽温度高达620 c，无奥氏体材料的使用厚壁部件。更多最近的事态发展如作为nf12和保存12延长的限制。实施在温和的主蒸汽压力高达650 c的不久的将来。关于厚壁部件，尤其是主蒸汽头，证明主蒸汽压力应更可能的谎言以下300栏最佳组件利用（图8）2。 图8：优化与主蒸汽条件下，主蒸汽头尺寸- 对操作的影响快速的负荷变化和短期和频繁启动而设计的电源，这是植物必须工作在滑动的压力模式。只有这样，保持涡轮料接受：在滑压操作通常在满负荷和40负载 - 温度在涡轮曲线几乎保持在整个负载范围内的不断。这些优势涡轮机与锅炉的缺点对比。例如，在温度水墙减少约满负荷，部分负荷。 100 k由于其规模和通常较大的壁厚在高架的蒸汽参数，温度变化在启动和负载变化的地方增加的要求设计厚壁如多个平行传递的组成部分，同时也对管壁的设计，如垂直管，以实现类似的启动时间和负荷变化率在植物与传统的蒸汽参数。随着蒸汽参数，在蒸发器的部分出口过热的程度水墙最低的一次通过负载点也随之增加。一个过热的高度。第九页在蒸发器的结束，在过热的温度降低，在过渡到再循环模式。分隔符，因此尽可能向燃烧器区域可能移动。工作措施，以减少过热度增加过量空气，烟气再循环使用的最高刻录机的水平。较高的蒸汽温度和压力成为更重要的是在一次通过尽可能低的操作负载点，使once-through/recirculation模式过渡需要在启动时只走过。在分离器过热最低的一次通过工作点也很大程度在启动行为的变化，在高蒸汽参数的结果。温热再循环启动模式，实现了热蒸汽温度低于汽轮机所需的值。为了缩短，尽早过渡到一次通过操作是必要的启动时间，完整的主蒸汽温度也已经在此经营的低负荷的可能模式。高进水温度可以限制具有非常高的主要的植物中的滑动压力范围蒸汽压力。为了防止在低蒸发点逼近省煤器负载，压力，必须已经低于50负载或根据设计提出了更高的固定。提高蒸汽参数也减少了几乎所有的压力，部分组件的设计储备，为，至少成本的原因，先进材料的决定是没有，直到低质量的材料储备不足。这也增加了要求质量控制：从设计值，如负载变化，温度偏差，必须保持在最低限度。传统的级联控制器不再是足够的过热温度控制;的概念，如双回路反馈控制或观察员功能提供了显着改善质量控制。特别注意必须给予给水控制。传统的系统雇用只有简单的延时模块占动态之间的差异热释放由燃料和热吸收蒸发器管通常会导致昼夜温差大在波动蒸发器出口 图9：给水控制的概念比较负载从100减少到50在负载变化。新的控制其中，如在蒸发器入口温度变化的影响帐户的概念第十页或增加管壁的热储存的形式馈控制的能力（图9）果断地控制质量，从而尽量减少使用更昂贵，更高质量的材料。对于高程度最低的一次通过负载点，从再循环的过渡过热模式一旦通过操作和可以不再毫不拖延地采取因比较大的温度变化;控制必须相应调整为滑动过渡。4，其他影响特别是管壁的设计是阻碍高的蒸汽温度和压力。设计参数应尽可能为最佳选择，以免有必要使用焊后必须进行热处理的材料。这一个重要的方面是选择的燃料。煤具有低灰变形温度需要大熔炉，相关高热量输入的墙壁。一个100k的灰渣变形温度较低导致可比锅炉的概念在墙上的电源插座大约25k的温度增加。由于这种目前现有的墙体材料无焊后热治疗，灰变形温度为600 c，锅炉可能不低得多小于1200 （图10）。的实施烟气再循环提取如果可能的话烟气上游空气加热器为了减少的负面影响废气温度可转移限制提高蒸汽参数 图10：水墙体材料的设计极限电厂的蒸汽发生器与高的蒸汽参数，因此设备的高效率因此还设计了锅炉效率高。尽可能低的废气温度- 115 c到110 c可实现煤炭和降低过剩空气视这个的先决条件。这两个因素导致增加热输入，蒸发器和从而阻碍墙受热面的设计。第十一页高管墙过热器受热面温度以及降低过剩空气和低nox燃烧系统的增加，腐蚀的问题。对于对于过热器材料的选择因此，正如从烟气的气氛和蒸汽形成的阻力规模作为重要的抗蠕变性。4.1循环流化床特别方面循环流化床技术的优点是无可争议的低档燃料或燃料广泛波动的质量以及低废气排放，没有燃烧后的控制措施。目前正在运作的循环流化床植物多达350兆瓦的能力。然而，只有一次通过与高蒸汽条件下的运作呈现循环流化床技术竞争严重，粉煤燃煤。约的工厂。 460兆瓦的蒸汽参数为560 c/580 c和265酒吧是在欧盟的研究计划。 benson案“低质量流量”的设计被选中作为蒸发器的概念。它实现了一个特殊的程度流化床要求：烟气/灰流管方向平行确保低易受侵蚀和温度广泛阻止蒸发器管之间的差异，非均匀的热投入扯平了自然循环的低质量通量设计的流量特性。它还设有一个特别简单的建设，通过在一个单一的通管的流平行，从而消除了精心制作的水/蒸汽分布的需要。本蒸发器滑压运行系统的适用性也满足所有要求与操作的灵活性方面的电厂。4.2联合循环电厂鼓锅炉热回收蒸汽发生器下游的燃气涡轮机通常设计。增加下游燃气涡轮机的废气温度以及增加与频繁启动的联合