百万千瓦等级高效超临界技术研究介绍[1]

1、哈锅百万千瓦等级高效超临界锅炉技术介绍哈尔滨锅炉厂有限责任公司二二年九月一、概述改革开放以来，我国的电力工业取得了突飞猛进的发展，到上世纪末，火力发电设备的装机容量已达到3亿千瓦。我国煤炭储量十分丰富，年产量达10亿吨，居世界第一位。但我国人口众多，人均拥有的储煤量和产量在世界上仅属中等水平。我国煤炭多分布在中西部地区，而用电负荷多集中在东部沿海地区，发电用煤的长距离运输已成为铁路部门的沉重负担。此外我国的火力发电平均煤耗与世界先进水平相差约80克/度，一次能源浪费十分惊人。节约能源是我国的一项紧迫任务，提高发电机组的热效率已是刻不容缓。众所周知，提高蒸汽初参数是提高机组热效率的主要途径。据分

2、析，将蒸汽参数从16.7MPa，538/538提高到24.2MPa，538/538，汽轮机热耗可降低约1.8%，如将初压提高到31.1MPa，热耗可再下降1%。提高主汽温度对提高机组热效率的效果更明显，当主汽压力为24.2MPa时，主汽温度由538提高到566，热耗可下降0.9%，再热汽温由538提高到566，热耗可下降0.8%。从而降低电厂运行成本，这将有利于缩短投资回收年限，并减少对环境污染，超临界机组的市场前景看好。此外，“六五”期间我国引进了300MW、600MW亚临界参数，控制循环机组的设计制造技术，使我国的超临界锅炉开发有了一个较高的起点。由亚临界参数向超临界参数过渡是火力发电技术

3、发展的必然趋势。上海石洞口二厂(2600MW)，华能南京和营口(2300MW)，盘山和伊敏(2500MW)，绥中（2800MW)，后石（2500MW)等超临界电站的相继建成，并取得良好的运行业绩，为超临界电站的建设、运行和管理积累了经验。我国大力推广和应用超临界技术的条件已经成熟。我国超临界机组的研究开发起步较晚，70年代哈锅设计制造了一台12t/h、24.6MPa/570的超临界试验直流锅炉，并投入运行，并完成了一系列试验。上海地区从1986年开始采取技贸结合的方式与国外合作生产了二台600MW螺旋管圈水冷壁变压运行超临界直流锅炉，首台于1991年在上海石洞口二厂投入运行；由日本三菱重工供货

4、的福建后石两台600MW超临界机组于2000年左右也先后投入运行。此外，原电力部从前苏联购买了一批300MW和500MW超临界机组，首台300MW机组已在华能南京热电厂投入运行。我国出产的首台600MW超临界机组（24.2MPa,566/566）的沁北工程也于2002年4月正式开始设计、制造。从1993年开始，我公司积极与日本三菱公司、美国燃烧工程公司(ABB-CE)和瑞士苏尔寿公司等外商积极接触，寻找合作伙伴。经多年谈判，最近我公司已与ALSTOM公司签署了超临界锅炉的技术引进协议，为我公司今后开发超临界及高效超临界锅炉奠定了坚实的技术基础。二、国外高效超临界锅炉发展情况1高效超临界技术发展

5、现状国际上通常把主汽压力在28Mpa以上或主蒸汽温度、再热蒸汽温度在580及其以上机组定义为高效超临界（high efficiency supercritical）机组，通常也称为超超临界（ultra supercritical）机组或先进的超临界（advanced supercritical）机组。之所以这样定义是因为这个参数是锅炉、汽轮机能够使用现代超临界机组用钢，超过这个参数高温高压部件就必须采用改进或新开发的耐热钢种。表1给出了世界上已投运的高效超临界电站。此外，尚有一批高效超临界电站正在建设中。国家电厂功率MW燃料容量t/h参数锅炉制造商投运日期/年日 本川越1号700液化天然气21

6、5031.0/566/566/566三菱1989川越2号1990七尾大田1号1000烟煤24.5/566/593石川岛播磨1997原町1号1000烟煤297024.5/566/593三菱1997松浦2号1000烟煤295024.1/593/593三菱1997三隅1号1000烟煤290024.5/600/600三菱1998原町2号1000烟煤289024.5/600/600B&W - 日立1998七尾大田2号700烟煤212024.1/593/593石川岛播磨1998桔湾700烟煤225024.1/566/593日立2000桔湾火力1号1050烟煤/油300025.0/600/610石川岛播磨2

7、000桔湾火力2号2000敦贺2号700烟煤212024.1/593/593三菱2000碧南5号1000烟煤305024.1/566/593石川岛播磨2002丹麦Skrbak411天然气97229.0/582/580/580FLSmiljj1997Nordiyland411烟煤/油97229.0/582/580/580FLSmiljj1998Avedjre400天然气/油106730.5/582/600FLSmiljj2001德国Boxberg906.6褐煤26.6/545/581Alstom1998Lippendorf933褐煤242026.7/554/583Alstom1999Nieder

8、auem1012褐煤266826.6/580/600Alstom2002由表1可见，近10年来高效超临界技术在日本和欧洲得到迅速发展，投运的高效超临界机组取得了良好的运行业绩，经济性、可靠性和灵活性得到认可，代表了当代火力发电技术的先进水平，因而极大的增强了各国发展更先进的高效超临界技术的信心。在已投运的高效超临界机组中，单机容量除了丹麦的3台为400MW等级以外，其余都在7001000MW之间。由于容量的进一步增大受到螺旋管圈水冷壁吊挂结构复杂化和管带过宽热偏差增大的限制。因此，1000MW被认为是螺旋管圈水冷壁单炉膛锅炉容量的上限。单机容量的进一步增大还受到汽轮机的限制。近30年来，汽轮机

9、单机功率增长缓慢，目前世界上投运的单轴最大功率汽轮机仍然是原苏联制造的1200MW汽轮机。双轴最大功率汽轮机是瑞士BBC制造的1300MW汽轮机。蒸汽参数最高的百万千瓦级大功率汽轮机是日本东芝公司生产的25MPa/600/610的1050MW汽轮机。尽管从技术上来讲进一步增大单机容量并非不可能，但从用户的角度来看，担心容量增大带来可用率降低，以及对火电机组机动性的要求等因素，所以至今没有出现超过百万千瓦容量等级机组的市场需求。日本最初投运的两套高效超临界机组，由于受当时耐热钢材料的限制，只是提高主蒸汽压力而未提高其温度。同时，由于主蒸汽压力和温度不匹配，故采用两次再热以避免汽轮机末级蒸汽湿度过

10、高。两次再热虽是成熟的技术，但系统复杂，设计难度增大。31.0MPa，566两次再热机组制造成本显著提高，缺乏市场竞争力。所以，近年来日本各公司都转为生产24.125Mpa，593610高效超临界机组，其热效率仅比31.0MPa，566两次再热低0.5%，制造成本则大大降低。欧洲高效超临界机组也大致经历了这一过程。丹麦90年代末投运的2台高效超临界机组，采用了29MPa,580的蒸汽参数，两次再热。而欧洲在建中的高效超临界机组也都改为采用一次再热。与日本不同的是主汽压力和温度都进一步提高(27MPa，580/600)，其性能价格比要优于29MPa，580两次再热机组。应该说，现已建成的高效超临

11、界机组尚属过渡型，随着材料技术的发展，各国计划在未来1020年间将开发蒸汽初参数更高的两次再热高效超临界机组，并正在付诸实施，其热效率可达5055%。2高效超临界锅炉的技术特点2.1水冷壁管圈型式传统的观念认为只有螺旋管圈水冷壁才能满足全炉膛变压运行的要求，目前除日本三菱公司之外的高效超临界机组锅炉都仍然采用下炉膛螺旋管圈，上炉膛垂直管屏的传统设计。这种水冷壁系统对于光管水冷壁为了获得足够的冷却能力是十分必要的。其优点是：可以采用较大口径的光管水冷壁管；可以有效地补偿沿炉膛周界上的热偏差；不需要根据热负荷分布进行平行管系中复杂的流量分配；在低负荷下仍能保持平行管系流动的稳定性。螺旋管圈水冷壁的

12、缺点是显而易见的，结构复杂、流动阻力大和现场安装工作量大。因而日本三菱公司在亚临界控制循环锅炉设计制造经验基础上，开发出了一次上升垂直管圈水冷壁变压运行超临界锅炉。其特点是采用内螺纹管来防止变压运行至亚临界区域时，下炉膛高热负荷区域发生膜态沸腾和在水冷壁管入口处设置节流圈使其管内流量与它的吸热相适应。垂直管圈的优点是结构简单，便于吊挂，厂内组装率高，工地焊接工作量小。此外系统水阻力小。给水泵的功耗降低。它的缺点是水冷壁管径细，热敏感性强。因此对运行控制的要求高，对煤种变化的适应性较差。直流锅炉垂直管水冷壁设计的发展趋势是采用较低的质量流速，呈现出强制自然循环特性。即在高负荷下呈强制循环特性，低

13、负荷下呈现一定的自然循环特性。这样可以采用较粗的管径。既提高了水冷壁的刚性，又降低了热敏感性和流动阻力。2.2承压部件材质的选择解决高温承压部件的材质问题是开发高效超临界锅炉的关键技术，对其性能的要求是：高温热强度高，抗高温烟气和汽水的氧化腐蚀，良好的焊接和加工性能。由于制造，特别是安装的要求，锅炉水冷壁必须是无需焊后热处理的材料制成。现代超临界锅炉水冷壁通常采用的钢种为T12/13CrMo44。这种材料就水冷壁而言，最高许用温度460470。对于高效超临界锅炉，当主汽参数为28MPa/580/580时，水冷壁采用这种材料还是可行的。低合金Cr-Mo钢的最大不足是其高温蠕变断裂强度低，随着参数

14、的提高管壁厚度增加，提高了成本和工艺复杂性，也降低了运行灵活性。日本新研制的HCM2S不仅具有优于常规低铬铁素体钢的高温蠕变强度，而且具有优于2.25Cr-1Mo的可焊性，也不需要焊前预热和焊后热处理。HCM2S已获得ASME规范认可，列为SA213-T23，可替代T12用于更高的蒸汽参数。对于过热器、再热器出口集箱及其连接管道，当前所用的P22/X20CrMoV121，其极限许用温度略高于550。若采用改善的9%Cr钢P91做集箱，其极限许用温度可超过580。用P91替代P22，尽管其焊接性能不及P22，但壁厚可减薄50%以上，经济效益十分可观。在集箱领域中，对P91的进一步改进，新一代9%

15、12%Cr系钢按其高温蠕变，断裂强度已经进入奥氏体钢的温度范围。在600的汽温条件下，其壁厚可比P91减薄40%，如E911，NF616和HCM12A等。对于过热器、再热器管束，在600 /600 的汽温条件下，其最高管壁温度达到650670 ，因此选用奥氏体是十分必要的，如TP347H，TP347HFG，Super304H等。甚至部分高温段采用20-25Cr系的奥氏体钢，如HR3C，NF709,Tempaloy A-3。这种材料给予足够的蠕变断裂强度，且由于含Cr高还能很好地抗高温腐蚀。奥氏体钢在受到热疲劳时易出问题，但用于管束，由于口径小管壁薄，产生热疲劳的可能性不大。2.3直流锅炉调温方

16、式直流锅炉没有锅筒，蒸发与过热受热面之间无固定的分界线，因此在汽温的调节与蒸发量、汽压具有相关性。直流锅炉的蓄热能力小，运行工况变化时，蒸汽参数变化快，很敏感，因此增加了汽温控制的难度。高效超临界锅炉，过热吸热量的份额增大，气温高，因此对汽温的控制提出了更高的要求。过热汽温的控制直流锅炉的给水量等于蒸发量，因此只要保持燃料量与给水量的比值一定，则过热蒸汽的焓值不变，所以直流锅炉过热汽温的调整主要通过调节煤水比来实现，但是实际上要保证煤水比不变并不容易，因此还必须用喷水做精确调整。在运行工况变化时首先调整煤水比，再加喷水微调，将过热汽温稳定控制在允许变化范围内。再热汽温的控制再热汽温的控制比过热

17、汽温控制的难度更大，一方面由于再热蒸汽压力低，蒸汽比热小，因此在同样的热偏差下，再热汽温的偏差要比过热汽温的偏差大。另一方面，再热器的运行工况不仅受锅炉运行工况的影响，还与汽机工况有关。再热汽温的控制手段很多，如摆动式燃烧器，烟气再循环，烟道挡板，三流体换热器和再热器喷水等。以往各个锅炉制造商采用各自特色的调温方式，现在则互相通用，同时采用多种调温手段，不仅取决于受热面的布置方式，还往往取决于业主的意愿。众所周知，再热器喷水会影响机组的经济性，因此通常作为事故喷水使用。Alstom公司采用摆动式燃烧器作为再热气温的主调节手段，喷水作为辅助手段，喷水量控制在2%ECR以内。为了提高系统效率，最近

18、Alstom公司开发出一种三流体换热器来替代再热器喷水，它是布置在烟道内的套管换热器，内管为过热蒸汽，套管环形通道内为再热蒸汽，套管外则为烟气。摆动式燃烧器只有对辐射特性较强的再热器调温效果较好。三菱公司亚临界汽包炉采用带壁式和屏式再热器的设计，传统采用摆动燃烧器调节再热气温。但超临界和高效超临界直流锅炉取消了壁式再热器，低温再热器布置到尾部烟道入口处，再热器对流特性增强，因此三菱公司把烟道挡板和烟气再循环两个手段都用上了。烟气再循环是日立公司通常采用的再热汽温调节手段。现在是烟气再循环和烟道挡板合用。烟气再循环的作用更多的是控制炉膛吸热量和抑制NOX的生成，主要由烟道挡板来调节再热汽温。2.

19、4直流锅炉启动系统锅炉启动系统是直流锅炉特有的辅助系统，其主要功能是：在锅炉启动、停炉和最低直流负荷以下运行期间避免过热器进水，为水冷壁的安全运行提供足够高的工质重量流速和尽可能回收工质及其所含的热量，使启动更容易。直流锅炉启动系统由汽水分离系统和热量回收系统两部分组成。现代变压运行超临界直流锅炉毫无例外地都采用内置式分离器启动系统。所谓内置式，系指自锅炉点火至正常运行期间，分离器始终接入汽水系统。在最低直流负荷以下，分离器呈湿态运行，在最低直流负荷以上转为干态运行，此时汽水分离器仅作为蒸汽通道使用。作为内置式分离器启动系统，依据疏水能量回收方式的不同，可以分成：大气扩容器、启动疏水热交换器和

20、再循环泵方式三种。三种启动系统各有优点：大气扩容器式系统简单，投资小，但能量回收较差；启动疏水热交换器和再循环泵方式，系统较复杂，投资大，但能量回收较好。在国外，由于燃煤火力发电机组通常作为调峰运行，频繁启停，因此重视启动的经济性，所以几乎没有采用大气扩容器式启动系统。欧洲通常采用带疏水热交换器的启动系统，而日本则采用带再循环泵的启动系统。国内现有的超临界直流锅炉，因为都承担基本负荷，所以为了降低初投资，都采用大气扩容器式启动系统。它主要有启动分离器，大气式扩容器和疏水控制阀等组成。锅炉启动流量为35%MCR。在这一流量下，启动过程中水冷壁中流动是稳定的，并且有足够的冷却能力。2.5高效超临界

21、锅炉的环保技术锅炉环保技术原则上与参数和容量无关，但是由于发达国家都颁布了极为严格的环保法规，所以现代高效超临界机组除了原有的除尘装置外，还都采用低NOX燃烧技术和配置排烟脱硝、脱硫装置。高效超临界锅炉提高了循环效率，降低了燃料的消耗，因而减少了温室气体CO2和其它有害物质的排放。有关粉尘的排放，电气除尘或袋式除尘基本满足了法规的要求。为了降低NOX的排放，各锅炉制造商都开发出各自的低NOX燃烧技术，如三菱公司改进的MACT法，日立公司的IFNR法，石川岛播磨公司的INPACT法，其基本原理都是一样的，即：通过降低过量空气系数，采用两级燃烧，烟气再循环等措施造成燃烧器出口处的低温缺氧环境来抑制

22、NOX的生成。通过改进燃烧器结构，形成浓、淡两股煤粉气流，改善燃料和空气的扩散混合，缩短燃烧气体在高温区域的滞留时间，以抑制NOX的生成。低NOX燃烧技术可将锅炉出口烟气中的NOX含量降低到200400mg/NM3,但这还不能满足发达国家严格的法规要求。因此国外的高效超临界机组都设置排烟脱硝装置，采用最多的主流方法是选择性催化还原法（SCR），其特征是在触媒上使NOX有选择的与氨进行反应，使之还原为N2和H2O。目前，实际应用中的烟气脱硫技术多种多样，其中湿法烟气脱硫的效率最高，可脱除燃煤产生SO2的95%以上，但投资费用昂贵，约占燃煤电站总投资的12%15%，运行费用也较贵。除此之外，国际上

23、应用较为成熟的烟气脱硫技术还有：炉内喷钙尾部增湿活化，排烟循环流化床脱硫技术，喷雾半干法脱硫技术等。3典型的高效超临界锅炉3.1中国电力公司三隅1号锅炉这台1000MW一次再热变压运行超临界直流锅炉，燃用烟煤，最大蒸发量2900t/h，锅炉出口蒸汽参数25.4MPa/604/602。锅炉采用内螺纹管的一次上升垂直水冷壁，额定负荷下的质量流速取15002000 kg/m2s,水冷壁的工作是安全的，炉膛为八角切向燃烧单炉膛结构，炉膛中央不设双面水冷壁，炉内形成旋转方向相反的双切向火焰。燃烧器从四角布置改为布置在炉壁上，有利于炉膛水冷壁出口工质分布更为均匀和提高着火区域的热辐射强度。在燃烧方面，为实

24、现低NOX和高的燃烬率，组合采用了A-PM型燃烧器，炉内脱硝A-MACT燃烧方式和高细度MRS型磨煤机。NOX可以降低到220106以下，飞灰可燃物也大大降低。为了进一步降低排烟中NOX含量，在省煤器出口还设置了选择性催化还原装置，使得出口NOX达到70ppm以下，灰中未燃碳含量在3%以下，排烟脱硫则采用MHI的湿式脱硫法，脱硫率为90%。由于采用了600的过热和再热汽温，过热器和再热器高温段部分使用了25Cr钢(SUS 310 JITB)，主蒸汽管和再热器管使用了改进的9Cr钢(STPA28)，确保了过热器、再热器运行的可靠性并获得显著的经济效益。过热汽温的调整采用控制煤水比和二级喷水，再热

25、汽温则采用挡板调温和烟气再循环来控制，以提高煤种适应性和负荷变化率，过热蒸汽和再热蒸汽温度能在50%100%的负荷范围内保持额定值，负荷变化率在正常工况下为每分钟3%5%。32 尼德劳森电站1000MW褐煤锅炉该炉是世界上最大容量的褐煤锅炉，毛输出功率1012MW，净输出功率965MW，过热蒸汽流量2620t/h，锅炉出口蒸汽参数27.5MPa/580/600，锅炉效率94.4%。锅炉呈塔式布置，下炉膛螺旋管圈，上炉膛垂直管屏水冷壁。单炉膛切圆燃烧方式，风扇磨直吹式制粉系统，燃烧器沿炉膛四墙八角布置，应用低NOX燃烧系统。燃用褐煤时，锅炉出口NOX含量可低于200mg/m3。对于所采用的蒸汽参

26、数，水冷壁管材仍可采用13CrMo44，而过热器，再热器热段必须采用含有17%Cr和12%Ni的奥氏体钢X3CrNiMoN17-13制造，主蒸汽管道采用改进的9%12%Cr钢E911，与P91相比壁厚可从100mm减薄至75mm。为了进一步提高效率，在锅炉出口与空气预热器平行布置了热回收装置，抽取部分烟气用给水冷却。另一个措施是减少再热器中的喷水量，采用三流体(气汽汽)热交换器，在稳定的条件下，可将再热器喷水降至零。33诺尔地兰德两次再热高效超临界锅炉。丹麦诺尔地兰德电站411MW机组是目前世界上效率最高的燃煤机组，图3，纯发电热效率达到47%。如此高的效率与北欧特殊的气象条件和采用深海水冷却

27、的低背压运行方式有关，折算到常规状态，热效率应为4445%。热电联产热效率为90%。机组纯发电输出功率为411MW，热电联产时340MW。锅炉最大蒸发量972t/h，锅炉出口蒸汽参数29Mpa,582/580/580，锅炉效率95.2%。锅炉呈塔式布置，下炉膛螺旋管圈，上炉膛垂直管屏，单炉膛切圆燃烧方式，16只BWE低NOX燃烧器和4台DB MPS中速磨。额定负荷下，锅炉出口烟气NOX含量170至200mg/MJ，尾部设置了SCR脱硝装置，DeNOX效率86%。湿式脱硫，脱硫率达96%。三、哈锅超临界锅炉技术的研究与开发工作1 研究与开发11 哈锅超临界锅炉技术的研究与开发超临界12T/H 热

28、态实验锅炉水冷壁管圈形式论证和两种管圈水动力特性的研究水冷壁传热特性的研究汽机旁路系统设计技术开发研究启动特性计算程序的研究超临界锅炉金属材料性能和强度的研究配套辅机和阀门研究动态特性和控制的研究 超临界锅炉可靠性研究启动特性计算程序的研究12 制造工艺的研发及设备改造121 新增主要工艺装备扩大膜式壁焊接能力（MPM焊枪头数达到48极）集箱角焊缝焊接机器人集箱三轴数控钻床装备TIG+MIG直管对接焊机高灵敏度X光工业电视利用国家贴息贷款再增加下列设备三维数控弯管机大型固溶化热处理炉水冷壁螺旋管屏成排弯大型带锯床2. 哈锅引进ALSTOM公司600900MW等级超临界锅炉的技术内容 2.1关键

29、技术:、超临界锅炉启动特性计算带再循环泵的启动系统的特性计算带启动热交换器的启动系统的特性计算不带再循环泵的简易启动系统的特性计算、超临界压力锅炉水冷壁管内传热及阻力特性试验计算倾斜光管的传热及阻力特性计算、超临界压力锅炉水冷壁水动力特性计算方法超临界垂直管圈锅炉水冷壁的水动力特性计算方法超临界螺旋管圈锅炉水冷壁的水动力特性计算方法、超临界机组运行技术、超临界机组锅炉自动控制系统设计技术、超临界机组主要受压部件设计、制造技术2.2 关键工艺：、合金钢螺旋管圈膜式壁的制造工艺、T91大口径集箱和导管的制造、T91厚壁和薄壁高温区蛇形管制造工艺、启动分离器（低合金钢）的结构设计与制造、SA-213

30、 TP347HFG管屏制造工艺四、对国内发展高效超临界机组容量、参数选择的建议（1） 建议采用2426MPa，580/600的蒸汽参数，主要考虑如下：l 目前，从国际上主要是日本和欧洲（德国、丹麦）高效超临界（USC）技术发展趋势来看，已从八十年代超超临界压力和二次中间再热31MPa，566/566/566，发展到九十年代的2426MPa和一次中间再热，但汽温提高到593/593及600/600或580/600。这是因研究表明提高压力或采用二次中间再热对机组效率的改进不如提高汽温来得明显，而且当压力由24.2MPa提高到31MPa时将大幅度增加金属重量，MHI的数值是增加29%，因此除了提高造

31、价外，也带来了热应力增加、启动时间延长等问题。机组采用二次中间再热，极大地增加了锅炉和汽机结构设计和控制方面的复杂性。到目前为止，日本三菱重工共制造了12台高效超临界机组，除最早于八十年代末投运的川越电厂的两台700MW高效超临界机组采用31MPa、566/566/566参数、二次中间再热外，其余的超超临界机组大多采用了24.2MPa,593/593或600/600的蒸汽参数。ALSTOM公司于2001年12月投运的Niedrauem 1000MW机组则采用26MPa、580/600的参数，而丹麦新开发的400MW高效超临界机组在选用的蒸汽参数上也由二次再热580/580/580改为一次再热5

32、80/600。上述这些高效超临界机组以高热值计算的机组效率(汽机输出端)均为43%，相当于按低热值计算的机组效率则达到45%。l 高效超临界机组的蒸汽温度大幅度提高，从锅炉高温级过热器和再热器管运行的可靠性看，除要求管材具有高热强度外，必须考虑由此引起的烟侧高温腐蚀和管子内壁的蒸汽氧化问题。当蒸汽温度达到600，末级过热器和再热器最高壁温可达到650以上，此时管子烟侧的高温腐蚀和汽侧的蒸汽氧化问题将更为显著，另外当金属壁温超过625时，TP347HFG钢的许用应力急剧下降，管子壁厚将显著增加，导致产生较高的热应力，增加了制造工艺的难度。l 从锅炉高温级过热器、再热器和主汽导管的选用钢材看，建议

33、立足于国际上已有较多设计、制造和运行经验的改进型18Cr级奥氏体钢如TP347HFG（18Cr10Ni1Nb）和国内已有成熟工艺和设计经验的TP347H、T91、P91等钢材。因此，建议主汽温度采用580为宜，如果采用600，则高温过热器出口段将采用Super TP-304H或最新开发的特殊的25Cr20Ni级的不锈钢HR3C，而主汽管道也将采用新型的P92（NF616）甚至18Cr级不锈钢。l 从水冷壁管钢材看，应立足于采用不需焊后热处理的1Cr1/2Mo级的珠光体钢如13CrMo44，T12等，它们可以用国产15CrMo或12Cr1MoV代替。如果主汽温度采用580，则水冷壁出口温度可以控

34、制在450-460范围内；如果采用31MPa，主汽温度600，则水冷壁要采用国内还缺乏制造和运行经验的HCM2S（T23）或需焊后热处理的T22（10CrMo910）。（2） 机组的容量（800MW、900MW或1000MW）决定于汽轮机厂的设计选择，主要是低压缸末级叶片的长度、汽机的背压等因素。作为锅炉制造厂来说，无论汽机采用的容量是多少，由于我公司已引进了ALSTOM公司的超临界锅炉（包括900MW机组）的设计、制造技术，并经过元宝山600MW大型褐煤锅炉的设计，已掌握了可用于百万kW等级20m20m单炉膛切向燃烧的技术，我公司有能力设计制造出与汽轮机相匹配的高效超临界锅炉。五、玉环电厂高

35、效超临界锅炉的设计、材质选用、国产化和经济性比较（1） 设计方面l 近十年来，我公司已与国内高校和研究单位完成了十余项研究课题，如垂直管圈和螺旋管圈的水动力特性和传热的研究和计算程序的开发、超临界锅炉启动系统和汽机旁路系统的研究等。最近，我公司已与ALSTOM公司签订了超临界锅炉的技术引进合同，引进技术的容量范围包括600MW到900MW等级的超临界机组，蒸汽参数为2530MPa、540600，再加上近期国家批准的高效超临界机组研究计划中我公司参与的一些新的研究课题的开展，我公司在开发高效超临界锅炉在技术上有充分的把握。l 除了我公司从ALSTOM公司引进的一些超临界锅炉的设计用程序和标准外，

36、我公司八十年代从ABB-CE公司引进的亚临界锅炉的设计软件中也有不少是超临界锅炉和亚临界兼用的程序和标准，如热力计算程序、壁温计算程序等，因此在超临界锅炉的性能计算和设计方面有充分的技术保障。（2） 材质选用和国产化高效超临界锅炉受压件的材质选用上与亚临界锅炉相比变化较大，除省煤器外，全部采用合金钢，包括珠光体、马氏体和奥氏体钢。但如果选用2425Mpa压力及580/600的蒸汽温度，与普通的超临界锅炉566/566参数相比，在材料种类上变化不大。由于水冷壁温度为450460，仍可采用不需焊后热处理的1Cr1/2Mo等级的13CrMo44或SA-213T12。如果国产的15CrMo或12Cr1

37、MoV钢管能满足超临界锅炉钢管的制造技术条件的要求也是可以全部代用的。在高温过热器方面将采用更多的细晶粒钢管TP347HFG，过热器出口集箱和主汽导管仍可采用SA213-P91；高温再热器则不能全部采用T91，必须采用较多的普通TP347H奥氏体钢管。再热器出口集箱和导管由于压力较低也仍可采用P91，只是壁厚有所增加。高效超临界锅炉中的省煤器、水冷壁、中低温过热器和再热器仍采用传统合金钢如15CrMo，12Cr1MoV等，基本上可立足于国内，但高温过热器和再热器所采用T91，TP347H，TP347HFG均需进口，所有大口径集箱和导管由于国内不能生产则必须进口，我公司预计在全部受压件钢材中约有

38、50%需要进口。对于高效超临界锅炉采用TP347HFG细晶粒奥氏体钢，已在欧洲得到较为广泛的采用如丹麦的400MW超临界锅炉和ALSTOM公司1000MW的580/600高效超临界锅炉，有较为成熟的设计制造经验，可供我公司采用。在国产高效超临界锅炉的阀门方面，我公司已建立了试验研究课题，由于超临界阀门的材质和密封性要求，目前国内还不能自行设计、制造，因此所有高温高压阀门均需进口。油系统中的调节阀、速断阀、油枪阀等，按国内惯例也需进口。（3） 经济性比较假设玉环电厂高效超临界锅炉容量与蒸汽参数分别按900MW、24.2MPa，580/600，年运行7000小时，年发电按60亿kW.h计算，与哈汽

39、厂1995年所做的900MW、24.2MPa、566/566三缸四排汽方案设计进行经济比较，可得出如下数据：项 目24.2Mpa 538/56624.2Mpa 566/56624.2Mpa 580/600汽机热耗kcal/kW.h1820.71804.5预计1770供电煤耗 g/kW.h302.5300294年耗标准煤 万吨182180176年耗神木烟煤 万吨232229224从上表可看到若采用580/600，与采用的566/566方案相比，每年可节省烟煤约5万吨，若每吨煤价格按300元，则每年可节省1500万元。上述计算中厂用电率按4.5%，不考虑玉环项目汽机背压与哈汽1995年采用的背压之

40、间的差别。六、高效超临界锅炉需进口部件和材料的范围l 高温过热器和再热器系统的钢材：SA-213 T91，SA-213 P91、P92，TP-304H，TP-347H， TP-347HFGl 螺旋管圈水冷壁与垂直管圈过渡的精密锻件l 大型恒力弹簧吊架l 高温高压系统的所有阀门及执行机构（包括启动系统的阀门）l 汽水系统流量测量装置l 炉膛安全监测系统（FSSS）的就地装置l 启动系统和控制系统七、高效超临界机组的布置型式的比较对于高效超临界锅炉的炉型，我公司建议以塔式炉型作为首选炉型。在欧洲地区锅炉基本上都采用塔式布置，其特点如下：l 烟气垂直向上流过所有对流受热面，炉内烟速度场和温度场均匀，

41、因此烟气侧热偏差小，磨损小。l 上部水冷壁回路简单，工质及金属温度均匀，不会象型锅炉产生后水冷壁上部爆管，热应力小。l 管束水平布置，节距自上而下越来愈宽，灰可以自如下落，避免堵灰、堵渣。l 垂直负载，膨胀方向垂直向下，热应力小维修工作量小。l 水平管束全部为可疏水式，机组启停速度快。l 炉膛各墙热负荷均匀，水动力特性好。l 锅炉较高，以900MW烟煤单炉膛锅炉为例，大板梁上缘标高比型布置高1012m。型炉型是美国、日本采用的主要炉型，其优点是锅炉高度较低，调温手段多，除燃烧器摆动外，还可采用挡板调温等，对燃烧方式适应强，除四角切向燃烧外还可采用对冲燃烧；其主要缺点为锅炉沿炉宽的烟侧和汽侧偏差

42、较大，后水冷壁上部回路复杂，如设计不当容易发生超温爆管或扭曲变形，另外由于高温对流受热面为垂直布置，疏水困难，影响锅炉的启动速度。八、高效超临界锅炉机组的设计和制造周期（1）哈锅超临界锅炉的技术引进工作情况发展超临界机组，是提高我国火电技术水平的最有效而又现实的措施。早在70年代我公司就已开始着手超临界锅炉技术的开发研究，设计制造了一台12t/h的超临界复合循环锅炉，并积极跟踪国外超临界锅炉的技术发展动态。为加快我公司技术引进步伐，提高我公司的技术水平，增强市场竞争能力，自90年代初，我们开始了超临界锅炉技术引进和技术开发工作。我们积极与日本三菱公司、美国燃烧工程公司(ABB-CE)和瑞士苏尔

43、寿公司、石川岛播磨株式会社（简称IHI）、及后来ABB-CE与ALSTOM合并后的APB加深了接触，就许可证、技术转让和技术支持进行了较为细致具体的谈判，并对各公司的技术转让费用、技术特点和技术风格进行了详细的比较。在综合考虑国外各公司的技术优势和技术转让费用等因素的同时，考虑到哈锅与ALSTOM公司在流化床锅炉技术方面有过成功的合作经验，最后确定ALSTOM公司为超临界锅炉技术引进源。ALSTOM公司是由ABB和ALSTOM 两公司组建的合资公司，新创建的公司是一家在世界发电设施和设备供货领域的一流供货商，致力于技术改进和创造最优秀的产品。ALSTOM 1997/1998年订货额为100亿欧

44、元，销售额为99亿欧元，员工总数58000人，遍布于全球100个国家。ALSTOM公司作为世界上最大的发电设备供货商，具有丰富的运行经验。其发电总量约640,000MW，相当于全球所有发电设备的20%。公司产品提供一流的边缘技术，包括：具有独特序列燃烧设计的世界级水平的燃汽轮机使用清洁煤和先进蒸汽条件的锅炉高速蒸汽轮机ALSTOM有着丰富的超临界锅炉的设计、制造经验和良好的运行业绩，其超临界锅炉的部分业绩表如下：电厂国别功率蒸汽出力蒸汽工况订货年份燃料NIERDERAUSSEM德国1X6991868195/530/5301969褐煤MOORBURG德国2X5151550212/540/5401

45、970/1973天然气MEPPEN德国1X6001868195/530/5301971天然气NEURATH德国2X6001900195/530/5301972褐煤SCHOLVEN德国1X7402200227/535/5351976煤NICLAL TESLA南斯拉夫2X6001880205/540/5401977褐煤EMILE HUCHET法国1X6001792214/543/5411978煤BERGKAMEN德国1X7472190230/535/5351978煤LE HAVRE法国1X6001788214/542/5411979煤CORDEMAIS法国2X5001788214/542/5411

46、980/1981煤PROVENCE法国1X6001787214/543/5411980煤BEXBACH德国1X7502250225/535/5351980煤MATIMBA南非6X6602016210/5401981煤HEILBRONN德国1X7602250220/540/5401982煤TALCHER印度2X5001700214/540/5401989煤MANNHEIM德国1X5001402210/535/5301990煤SCHWARZE PUMPE德国2X8002420285/547/5651992煤WAI GAO QIAO中国2X9002788257.6/542/5681998烟煤NIER

47、DERAUSSEM德国2X10002662290/580/6001996褐煤哈锅与ALSTOM公司于2002年9月17日双方正式签订了600MW等级、900MW等级直流锅炉许可证、技术转让和技术支持协议。哈锅与ALSTOM签订的600MW等级、900MW等级直流锅炉许可证、技术转让和技术支持协议中许可证产品的主要技术参数锅炉主蒸汽压力范围为25Mpa30Mpa,温度约为543/567和571/567（马氏体材料），580/600（奥氏体材料），已达到了国际上通常称为超级超临界机组（USC）的参数范围。（2）从与对外洽谈合作开始，到完成概念设计（可参与投标）、详细设计、加工制造等各阶段的周期与外

48、方ALSTOM公司的技术合作洽谈正式谈判始于2000年2月，历时在经过2年零7个月，现已完成了技术引进的全部谈判工作，正式签订了600MW等级、900MW等级直流锅炉许可证、技术转让和技术支持协议。协议规定技术转让方将在6个月、10个月和12个月后三个时间段完成所转让技术的文件、手册及软件的交付工作，并在协议生效后尽快开始受让方的人员培训，培训的计划将满足第一个适用项目所需的时间表。考虑到哈锅在超临界锅炉技术方面所做的研究开发工作及与外方合作的基础，充分估计到在项目实施过程中，需要新开展的设计、制造、检验等方面的研究工作周期，和新材料采购的准备周期等，预计各阶段的周期如下：从与外方正式合作开始

49、，到完成概念设计（可参与投标），需46个月；完成详细设计即技术设计和施工设计（包括人员培训）以及工装设备的添置和改造，需12个月左右；完成加工制造和现场安装服务，需1820个月；完成产品调试，需12个月左右。施工设计和加工制造可交叉进行，考虑其它不可预计因素，总体上，从项目合同正式生效，到交付用户完成调试约需43个月。九、哈锅在生产高效超临界锅炉的加工、制造能力和新材料焊接技术的研究哈锅作为我国锅炉行业的主力军，在技术上、设备上都处于国内领先地位，在我国的火力发电技术的发展方面，一直紧盯国内外先进的火力发电技术，对高效超临界锅炉机组的制造技术也一直进行着跟踪研究，较早地开展了高效超临界锅炉新材

50、料的应用技术研究工作，通过多年来不懈的努力，获得了大量的基础数据，取得了许多科研成果和宝贵的实践经验。现针对高效超临界锅炉的结构特点与所采用的一些新材料的特性，对哈锅厂现有的制造工艺水平和装备水平进行阐述，总结已往研究高效超临界锅炉新材料应用技术的经验，分析哈锅厂自行生产900MW、1000MW高效超临界锅炉机组的制造能力与水平。这种分析主要集中在锅炉受压部件的制造方面。1 制造工艺水平的分析1.1 膜式水冷壁的制造1.1.1现有制造能力膜式壁车间，该车间现在主要承担600MW及以下容量锅炉机组中炉膛、烟道包墙及顶棚的膜式水冷壁的生产任务。车间厂房共有三跨，膜式壁生产面积约18804m2，其中

51、：南跨跨度24m，长186m，最大起重量20t中间跨跨度30m，长240m，最大起重量20t北跨跨度36m，长240m，最大起重量30t车间的主要设备有： MPM焊接生产线二条，设备包括4极MPM焊机1台、8极MPM焊机1台、12极MPM焊机3台，以及MPM焊接生产线的配套设备。 管子备料生产线一条，设备包括直管抛丸机1台、切管机2台、管端坡口加工机2台。 管子、管屏弯曲生产线，设备包括114液压弯管机2台、1.8m立式管屏成排弯管机1台。 直管对接TIGMIG焊机1台、热丝TIG焊机2台。 管屏双头气割机、双头倒角机各1台。 高灵敏度X射线工业电视检验系统1台、X光探伤室1座。由此可以看出哈

52、锅厂的膜式壁的焊接能力和水平在国内处于领先地位，设备配备齐全，已达到年生产当量5000MW的水平，对于亚临界及以下当量锅炉的膜式水冷壁来说，生产制造工艺成熟、技术先进，并且对于合金钢或不锈钢管屏的制造也积累了较为丰富的经验，已经有类似产品投入使用。在技术和装备等方面，哈锅都有较好的储备，这为今后生产超临界和超级超临界锅炉打下了坚实的基础。1.1.2新增的工艺装备和现有设备的改进 卧式成排弯管机在超级超临界锅炉中炉膛下半部分的膜式壁管屏，其结构一般采用螺旋管圈式，即管屏都是与水平面成约1226或更大的夹角，沿炉膛四周螺旋上升。所以在炉膛四角处的螺旋弯曲管屏，应采用卧式成排弯管机直接弯制成形，以解

53、决由于用单根弯管来拼接成炉膛四角而给安装工地带来的巨大的焊接工作量，并且大量的现场对接焊口易造成质量隐患的问题。此设备属于国家对哈锅进行技术改造而贴息贷款1.8亿中的项目，专用于哈锅超临界锅炉制造技术的改造，目前已处于招标采购的阶段，预计今年底或明年初既可装备我公司。 数控顶镦弯管机在螺旋管圈式水冷壁的下部冷灰斗管屏和燃烧器喷口管屏中，由于其结构特殊，造成管子的空间立体弯曲结构十分复杂，管子数量多、弯曲角度差别小、三维空间的立体弯头数量多。为实现上述类型弯管的生产，满足超级超临界锅炉产品质量的高标准要求，哈锅选用新增设备数控顶镦弯管机。此设备属于国家对哈锅进行技术改造而贴息贷款1.8亿中的项目

54、，专用于哈锅超临界锅炉制造技术的改造，目前已处于招标采购的阶段，预计今年底或明年初既可装备我公司。高灵敏度X射线工业电视检验系统为适应高质量产品的制造要求，哈锅对所有用于直管对接焊口无损检验的X射线工业电视检验系统(包括配备在蛇形管制造车间的二台)进行了技术升级，在美国进口了三台VJT225KVRTIS型高灵敏度X射线工业电视检验系统，整套系统包括传动部份、铅房、X射线机、电视显示、图像处理、保护报警等设施，整机分辩率达到33线对/cm2，各项技术指标完全满足ASME法规的高质量要求。1.2蛇形管车间1.2.1现有制造能力目前蛇形管车间由管子车间和管子车间组成。主要负责亚临界及以下当量锅炉机组

55、中蛇形管部件的生产。管子车间合计生产面积15552m2，其中：占用一厂房第9、10、11跨，均为24m156m占用东横跨24m72m占用西横跨30m72m最大起重能力32t主要生产亚临界锅炉机组的省煤器、低温过热器，以及200MW及以下锅炉机组的蛇形管部件。车间主要设备有： 系统弯生产线设备包括直管对接TIGMIG焊机3台、摩擦焊机1台、系统弯管机1台、小R挤压机1台、X射线工业电视检验系统1台，以及配套设备如立体料架等。屏过热处理炉1台，长宽高2500mm4000mm1400mm，最高工作温度800。管子车间合计生产面积14040m2，其中：占用四厂房两跨，分别为30m240m、30m228m最大起重能力32t主要生产亚临界锅炉机组的屏式过热器和再热器等部件。车间主要设备有：系统弯生产线设备包括直管对接TIGMIG焊机3台、系统弯管机1台、小R挤压机1台、X射线工业电视适时检验系统1台，以及配套设备如立体料架等。 C型弯管机1台。管端成型机1台。 250KVX光探伤室1座。贯通式全纤维辊底炉自动生产线1条，工件的热处理方式为贯通式，既