超临界发电机组

超临界发电机组火电厂超超临界机组和超临界机组指的是锅炉内工质的压力。锅炉内的工质都是水，水的临界压力是:22.115MPA347.15C；在这个压力和温度时，水和蒸汽的密度是相同的，就叫水的临界点，炉内工质压力低于这个压力就叫亚临界锅炉，大于这个压力就是超临界锅炉，炉内蒸汽温度不低于593C或蒸汽压力不低于31MPa被称为超超临界。超临界、超超临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果，超超临界机组与超临界机组相比，热效率要提高1.2%，一年就可节约6000吨优质煤。未来火电建设将主要是发展高效率高参数的超临界(SC)和超超临界(USC)火电机组，它们在发达国家已得到广泛的研究和应用。大型超临界锅炉的特点超临界火电技术由于参数本身的特点决定了超临界锅炉只能采用直流锅炉，在超临界锅炉内随着压力的提高，水的饱和温度也随之提高，汽化潜热减少，水和汽的密度差也随之减少。当压力提高到临界压力(22.12Mpa)时，汽化潜热为0汽和水的密度差也等于零，水在该压力下加热到临界温度(374.15C)时即全部汽化成蒸汽。超临界压力临界压力时情况相同，当水被加热到相应压力下的相变点(临界温度)时即全部汽化。因此超临界压力下水变成蒸汽不再存在汽水两相区，由此可知，超临界压力直流锅炉由水变成过热蒸汽经历了两个阶段即加热和过热，而工质状态由水逐渐变成过热蒸汽。因此超临界直流锅炉没有汽包，启停速度快，与一般亚临界汽包炉相比，超临界直流锅炉启动到满负荷运行，变负荷速度可提高1倍左右，变压运行的超临界直流锅炉在亚临界压力范围内超临界压力范围内工作时，都存在工质的热膨胀现象，并且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。超临界直流锅炉要求的汽水品质高，要求凝结水进行100%除盐处理。由于超临界直流锅炉水冷壁的流动阻力全部依靠给水泵克服，所需的压头高，即提高了制造成本又增加了运行耗电量且直流锅炉普遍存在着流动不稳定性、热偏差和脉动水动力问题。另外，为了达到较高的质量流速，必须采用小管径水冷壁，较相同容量的自然循环锅炉超临界直流锅炉本体金属耗量最少，锅炉重量轻，但由于蒸汽参数高，要求的金属等级高，其成本高于自然循环锅炉。超临界机组具有无可比拟经济性，单台机组发电热效率最高可达50%，每kW?h煤耗最低仅有255g(丹麦BWE公司)，较亚临界压力机组(每kW?h煤耗最低约有327g左右)煤耗低；同时采用低氧化氮技术，在燃烧过程中减少65%的氮氧化合物及其它有害物质的形成，且脱硫率可超98%，可实现节能降耗、环保的目的。发展超超临界电机'＞发电机组的若干技术目前，超临界和超超临界机组根据采用的蒸汽温度的不同，主要采用了以下三类合金钢： (1)低铬耐热钢。包括1.25%Cr-0.5Mo(SA213T11)、2.25Cr-1Mo(SA213T22/P22)、1Cr-Mo-V(12Cr1MoV)以及9%〜12%Cr系的Cr-Mo与Cr-Mo-V钢等，其答应主汽温为538〜566C。 (2)改良型9%〜12%铁素体－马氏体钢。包括9Cr-1Mo(SA335，T91/P91)、NF616、HCM12A、TB9、TB12等，一般用于566〜593C的蒸汽温度范围。其答应主汽温为610C，30MPa再热汽温625C；使用壁温：锅炉625〜650C，汽机600〜620C。 (3)新型奥氏体耐热钢。包括：年度编号西部资源生物与现代生物技术教育部重点实验室开放课题基金申请书基于西北地区辣椒的超临界萃取的工艺研究基于辣椒的超临界萃取辣椒产品的工艺研究项目名称西北地区辣椒的开发利用工艺研究申请人姓名 王玉琪 二OO九年五月制18Cr-8Ni系，女口SA213TP304H、TP347H、TP347HFG、Super304H、TempaloyA-1等；20-25Cr系，如HR3C、NF709、TempaloyA-3等。这些材料的使用壁温达650〜750°C，可用于汽温高达600C的过热器与再热器管束，具有足够的蠕变断裂强度和很好的抗高温腐蚀性能。正是由于上述低铬耐热钢和改良型9%〜12%Cr铁素体型钢的研制及使用成功，促进和保证了超超临界机组的发展，并降低了超超临界机组的造价，在经济上具备竞争力。目前，这些新型钢已在欧洲和日本的电厂推广研究：在所选蒸汽参数下，锅炉、汽轮机各部件所选用材料、壁厚、用材量、造价方法。 根据工程热力学原理，工质参数提高必然使得机组的热效率提高，这主要是改善热力循环系统所致。从研究成果可知，主蒸汽温度每提高10C，热效率值可提咼约0.28；再热蒸汽温度每提咼10C，热效率可提咼约0.18。对于一次中间再热的超临界参数以上的电机、发电机组，工质压力每提咼1 MPa，热效率大约可提咼0.2。 因此，在同比条件下（均为一次再热），主蒸汽压力从25MPa升至31MPa，机组热效率相对只提高约1，只有单纯将温度从566C/566C提高至600C/600C时热效率提高的一半。部分专家的分析意见认为，我国目前超超临界机组的主汽压力应取在世界先进水平28〜31MPa的下限，这主要是考虑到提高设备的可靠性。根据早期超超临界机组的运行情况看，机组事故的产生多是由于高压段参数所引起。另一个考虑就是降低设备的造价。主汽参数的选择对造价工业发展的需要考虑，选择1 000MW大型化超超临界机组方案是合理的。3.4锅炉炉型3.4.1锅炉布置型式 超临界锅炉的整体布置主要采用n型布置和塔式布置，也可T型布置；采用T型布置的主要是前苏联的超临界机组。如我国引进的伊敏、盘山电厂500MW和绥中电厂800MW锅炉。 超超临界锅炉设计通常采用n型炉和塔式炉，其中n型炉在市场中占多数。所有的褐煤炉都采用塔式炉，如德国和丹麦的燃煤电厂。欧洲的烟煤炉两种型式都有，而日本和美国通常采用n型炉。 我国发展超临界机组，选择锅炉的整体布置形式，必须根据具体电厂、燃煤条件、投资费用、运行可靠性等方面，进行全面技术经济分析比较，选定锅炉n型或塔式的布置型式。选用时应重视煤质特性，非凡是煤的灰分。燃用高灰分煤，从减轻受热面磨损方面考虑，采用塔式布置较为合适。3.4.2燃烧方式直流燃烧器四角切圆燃烧和旋流燃烧器前后墙对冲燃烧是目前国内外应用最为广泛的煤粉燃烧方式。由于切圆燃烧中四角火焰的相互支持，一、二次风的混合便于控制等特点，其煤种适应性更强，目前我国设计制造的300MW、600MW机组锅炉大多数采用这种燃烧方式。对冲燃烧方式则具有锅炉沿炉膛宽度的烟温及速度分布较均匀，过热器与再热器的烟暖和汽温偏差相对较小的特点。 国外各主要锅炉制造商在其燃烧器的型式方面都有各自的传统技术，例如：美国CE公司以及同属一个技术流派的日本三菱重工是采用直流燃烧器切圆燃烧方式，而美国b&w公司、俄罗斯等则采用旋流燃烧器前后墙对冲燃烧方式。在我国虽然直流燃烧器切圆燃烧方式占主导地位，但实际运行情况表明，除一般认为直流燃烧器切圆燃烧方式NOx的生成量比旋流燃烧器前后墙对冲燃烧方式稍低外，在大容量煤粉炉的着火及低负荷燃烧稳定性、燃烧经济性、对炉膛水冷壁结渣的影响等方面，旋流燃烧器前后墙对冲燃烧方式与直流燃烧器四角切圆燃烧方式并没有显著差异。 锅炉布置方式与其采用的燃烧方式之间并无必然的联系。不过，当采用n型布置切圆燃烧时，一般认为，四角切圆燃烧锅炉由于炉膛出口的残余旋转导致的烟气侧热力偏差会随着锅炉容量的增大而加剧，因此部分锅炉制造商提出四角切圆燃烧适用的锅炉容量上限应有所限制，锅炉容量进一步增大，应采用八角双切圆燃烧方式。日本三菱重工提出，四角切圆燃烧方式适用的锅炉容量上限大约为800 MW,而八角双切圆燃烧方式自500MW起可一直适用到1000MW以上。 超超临界的锅炉布置型式和燃烧方式两者应合理搭配，根据国内外锅炉制造厂的设计方案，如下四种燃烧方式与锅炉布置型式相适应：①四角单切圆塔式布置;②墙式对冲塔式布置;③八角双切圆行筒贾;④墙式旋流行筒贾。3.5汽机系统 提高汽轮机出力的途径主要有以下几点：①提高新蒸汽参年度编号A?七学西部资源生物与现代生物技术教育部重点实验室开放课题基金申请书基于西北地区辣椒的超临界萃取的工艺研究基于辣椒的超临界萃取辣椒产品的工艺研究项申学申申请人姓名王玉琪科专业化学工程项申学申申请人姓名王玉琪科专业化学工程请人单位西北大学/\、请日期2011年9月28/目名称西北地区辣椒的开发利用工艺研究北大学科研处二00九年五月制数，增大汽轮机总体理想焓降AHi；②采用给水回热系统，减小汽轮机低压缸排汽流量，增加进汽量，从而达到增加出力的目的；③增加汽轮机低压缸末级通流面积，一种办法就是增加末级叶片高度，这是国内外大容量汽轮机的一个主要发展方向，另一种办法采用低转速（如半转速）；④采用多排汽口，低压缸采用分流技术是增大单轴汽轮机很有效的措施，国外百万千瓦级超超临界单轴机组的低压缸排汽口数量已达6个以上（采用3个及以上双流低压缸）；⑤提高汽轮机排汽背压，使汽轮机末级叶片出口蒸汽的密度增大，从而增加汽轮机出力。锅炉的设计必需同时考虑燃烧和汽水循环，而汽机的设计和运行只需考虑蒸汽一种。汽轮机设计过去注重提高出力和可靠性，现在还应注重材料的合理选用以降低投资和提高效率。因此超超临界汽轮机的设计应重点考虑：（1）材料选择和消耗。蒸汽温度影响材料的选择，蒸汽压力主要影响材料的消耗，因此综合工程设计及材料制造费用，汽机价格将随压力的增加而略有增加。材料的选择还应有利于降低叶片损失。（2）在价格不变的情况下应提高材料的蠕变强度，使其运行在更高的温度下；同时提高材料的疲惫强度，保证汽机和电厂的热灵活性，易于运行和较少的维护检修。（3）低压缸采用更长的末级叶片，增加排汽面积。目前国内超临界或亚临界机组大多负荷率偏低，在低负荷运行工况下难以达到汽轮机的设计效率，同样要发挥超超临界机组的高效率，就必须在较高负荷工况下运行。4结语发展超超临界电机、发电机组应进行技术和经济的综合分析，针对具体的超超临界电厂，参数的选择还要根据厂址所在电网的容量、负荷增长速度、燃料价格和机组的年利用小时以及影响经济性的几个重要因数（如钢煤比价等）作具体的技术经济分析。通过对亚临界、超临界和超超临界工程的投资估算和分析论证，在年利用小时达到5500h时，超超临界的电价与亚临界电价达到相同［2］。年利用小时的敏感性分析说明，超超临界电厂建设在缺电的地区较为合适。另有部分专家