MW超超临界机组-教材ppt课件

1、超临界机组专题安徽电力公司培训中心安徽电气工程职业技术学院何 鹏第一部分第一部分 概述概述电力开展趋势 w2019年我国燃煤发电机组的规范供电煤耗为379克千瓦时，与世界先进程度相差50克千瓦时至60克千瓦时。因此，提高煤转化效率，节约煤炭资源，是未来煤电开展的重要目的，是实现煤电可继续开展的重要保证。 w提高电厂煤炭利用效率的途径，主要是提高发电设备的蒸汽参数。随着科技的提高，煤电的蒸汽参数已由低压、中压、高压、超高压、亚临界、超临界、高温超临界，开展到了超超临界和高温超超临界；发电净效率也由低压机组的20%，添加到了超超临界机组的48%；发电煤耗从500克/千瓦时下降到了250克/千瓦时。

2、w机组运转压力、温度的提高带来的变化是连锁的，通常机组效率每提高1%，二氧化碳的排放就会减少2%。假设超超临界机组能比常规亚临界机组效率提高7%，二氧化碳的排放量就可以减少14%。 w据预测，到2020年，我国煤电装机容量将新增2.4亿千瓦，假设新增煤电机组的90%都采用超超临界发电技术，那么我国每年可减少二氧化硫排放180万吨左右，减少氮氧化物排放90万吨左右，这相当于2019年我国发电企业排放总量的23%。何为超临界机组？有哪些特点？与同类比较优点是什么？ w超临界机组是指火力发电厂机组主蒸汽压力大于水的临界压力22.12MPa的机组。w超临界再分为常规超临界SC24MPa/540560和

3、高效超临界(超超临界)机组USC蒸汽温度不低于593或蒸汽压力不低于31 MPa被称为超超临界。蒸汽初参数与机组效率关系的一种估计 w从目前世界火力发电技术程度看，提高火力发电厂效率的主要途径是提高蒸汽的参数，即提高蒸汽的压力和温度。开展超临界和超超临界火电机组，提高蒸汽的参数对于提高火力发电厂效率的作用是十清楚显的。w如：亚临界机组的蒸汽压力及蒸汽温度为17MPa/540，其电厂效率为38%，供电煤耗为324克/kW.h;超临界机组的蒸汽压力及蒸汽温度为25.5MPa/567，其电厂效率为41%，供电煤耗为300克/kW.h;w超超临界机组的蒸汽压力及蒸汽温度为2531MPa/600，其电厂

4、效率为48%，供电煤耗为256克/kW.h;国外曾经有蒸汽压力及蒸汽温度更高的机组，如高温超超临界机组，其压力到达31MPa甚至更高，温度到达700及以上，其电厂效率可达57%及以上，供电煤耗为216克/kW.h或更低。超临界机组和亚临界机组特点比较w超临界机组是指主蒸汽压力高于临界压力22.13MPa的锅炉和汽轮发电机组，它具有如下特点： (1 热效率高、热耗低。超临界机组比亚临界机组可降低热耗2.5，故可节约燃料，降低能源耗费和大气污染物的排放量。 (2超临界压力时水和蒸汽比容一样，形状类似，单相的流动特性稳定，没有汽水分层和在中间集箱处分配不均的困难，并不需求象亚临界压力锅炉那样用复杂的

5、分配系统来保证良好的汽水混合，回路比较简单。 (3) 超临界锅炉水冷壁管道内单相流体阻力比亚临界汽包炉双相流体阻力低。 (4) 超临界压力下工质的导热系数和比热较亚临界压力的高。 (5 超临界压力工质的比容和流量较亚临界的小，故锅炉水冷壁管内径较细，汽机的叶片可以缩短，汽缸可以变小，降低了分量与本钱。 w (6超临界压力直流锅炉没有大直径厚壁的汽包和下降管，制造时不需求大型的卷板机和锻压机等机械，制造、安装、运输方便。同时取消汽包而采用汽水分别器，汽水分别器远比亚临界锅炉的汽包小，内部安装也很简单，制造工艺也相对容易，相应地降低了本钱。 (7启动、停炉快。超临界压力直流锅炉不存在汽包上下壁温差

6、等平安问题，而且其金属分量和储水量小，因此锅炉的储热才干差，所以其增减负荷允许的速度快，启动、停炉时间可大大缩短。普通在较高负荷80100时，其负荷变动率可达10/min。 (8) 超临界压力锅炉适宜于变压运转。 (9超临界锅炉机组的水质要求较高，使水处置设备费用添加，例如蒸汽中铜、铁和二氧化硅等固形物的溶解度是随着蒸汽比重的减小而增大，因此在超临界压力下，即使温度不高，铜、铁和二氧化硅等的溶解度也很高，为防止它在锅炉蒸发受热面及汽机叶片上结垢，超临界锅炉需100的凝结水精处置，除盐除铁。 (10超临界压力锅炉的蓄热特性不及汽包炉，外界负荷变动时，汽温、汽压变化快而必需有相当灵敏可靠的自动调理

7、系统，锅炉机组的自控程度要求也较高一些。 w超临界机组也存在着一些缺乏： (1) 超临界压力锅炉由于参数高，锅炉停炉事故的概率比亚临界多，降低了设备的可用率和可靠性。另外，超临界压力锅炉出现管线破裂和起动阀走漏缺点时影响较大。 (2)超临界压力锅炉虽然热效率高，但锅炉给水泵、循环泵却要耗费较多的电耗，压力参数的提高又会添加系统的漏泄量，实践上对热效率的提高和热耗的减少都会有一定的影响。 (3)超临界压力锅炉为了保证水冷壁和过热器的冷却，启动时要建立一定的启动压力和流量，为此要配置一整套公用的启动旁路系统，因此启、停的操作较复杂，热损失也大。 (4) 超临界直流锅炉水冷壁的平安性较差。直流锅炉的

8、水冷壁出口处，工质普通已微过热，故管内会发生膜态沸腾，自然循环有自补偿特性，而直流炉没有这种特性，因此，直流炉水冷壁管壁的冷却条件较差，较易出现过热景象。600MW超临界主机的一些特殊要求w(1) 锅炉部分 由于超临界锅炉的温度和压力比亚临界锅炉高，因此对锅炉提出了一些特殊的要求： w 超临界锅炉受热面任务条件就较亚临界锅炉为差，故对于受热面钢种、管道规格等选择上提出较高的要求。尤其是过热器管选择时，更应留意所用钢材的抗腐蚀性和晶粒度目的。沁北电厂采用SUS347替代在亚临界压力锅炉上常用的SUS321，就是思索到SUS321的晶粒度大，易构成氧化层Fe3O4，零落后将引起汽轮机的“硬粒冲蚀的

9、问题。 w保证锅炉在各种工况下水动力的可靠性，在各种负荷下，从超临界压力到亚临界压力广泛的运转工况范围内，各水冷壁出口温度上下幅度须限定在规定范围内，确保水动力稳定性不受破坏；尤其当水冷壁悬吊管系中设有中间联箱时，必需采取措施防止在启动分别器干湿转换、工质为两相流时，联箱中出现流量分配不均匀而使悬吊管温差超限，导致悬吊管扭曲变形等问题。 超临界变压运转锅炉水冷壁对炉内热偏向的敏感性较强，当采用四角切园熄灭方式时必需采取有效的消除烟气温度偏向的措施锅炉出口两侧最大烟温差不得大于50。沁北电厂采用前后墙对冲熄灭的方式。w(2)汽轮机部分 对于汽轮机本体来说，由于超临界压力机组是由直流炉供汽，溶解于

10、蒸汽中的其他物质较多，蒸汽在汽轮机的通流部分做功后压力降低，原先在高压下溶解的物质会释放出来，产生固体硬粒冲蚀。针对超临界机组固体硬粒冲蚀这一突出问题哈尔滨汽轮机厂采取了对通流部件进展外表硬化处置；从防磨角度优化通流部分进汽角度，减轻对叶片的冲蚀；采用全周进汽和调理汽门合理管理系统AMS以降低启动流速，减小硬粒冲击能量等。 w超临界汽轮机由于主蒸汽参数及再热蒸汽参数的提高，特别是温度的提高，一些亚临界机组运用的资料，已不能顺应超临界汽轮机的任务情况，因此，在选材问题给予了高度注重。主汽调理阀壳体和主蒸汽管采用9%Cr锻钢，以顺应主蒸汽温度和压力变化的要求。低压缸进汽温度由亚临界的320升至37

11、0，亚临界运用的普通30Cr2Ni4MoV转子资料的长期时效脆性敏感性高，不能满足长期平安运转的要求。因此采用了超纯30Cr2Ni4MoV转子资料，降低资料的长期时效脆性敏感性，使超临界的低压转子可以长期平安运转。 构造设计上采取防止蒸汽旋涡振荡的措施，防止由于高压缸入口压力高、汽流密度大，使调理级复环径向间隙处发生蒸汽旋涡振荡所引起的轴承不稳定振动。通常以高压调理级处出现蒸汽振荡的能够性最大，设计上采用有成熟阅历的叶型，并进展动强度核算，防止轮系振动频率与喷嘴尾迹扰动力频率重合所产生的共振。 超临界机组开展现状w美国是开展超临界发电技术最早的国家。世界第一台超超临界参数机组125MW，31.

12、03MPa，621/565/538于1957年在美国投运。美国投运的超临界机组占大型火电机组的30%以上，容量以500800MW为主。美国拥有超临界机组两个世界之最，即最大单机容量1300MW和最高蒸汽参数费城电力公司EDDY-STONE电厂的#1机组，蒸汽参数为34.5MPa，649/566/566。近年来，美国GE公司还为日本设计制造了蒸汽参数分别为26.6Mpa/577/600和25Mpa/600/610的超超临界机组。w俄罗斯是开展超临界机组最坚决的国家。1963年，前苏联第一台300MW超临界机组投入运转，机组参数为23.5Mpa/580/565。如今共有超临界机组200多台，占总装

13、机容量的50%以上，其300MW以上容量机组全部采用超临界参数。目前，俄罗斯研制的新一代大型超超临界机组采用参数为2830Mpa/580600。 w日本采用引进、仿制、创新的技术开展道路。日本的超临界机组占常规火电机组装机容量的60%以上，其450MW以上机组全部采用超临界参数，最初投运的两套超超临界机组由三菱公司设计，容量700MW、蒸汽参数34.5Mpa/620/650。 w我国于上世纪80年代后期开场从国外引进超临界机组，第一台超临界机组于1992年6月投产于上海石洞口二厂2600MW，25.4MPa，541/569。目前我国曾经投产的超临界机组合计10余台。2019年，我国首批国产超超

14、临界百万千瓦机组华能玉环电厂一期工程相继投运，标志着我国电力工业技术配备程度和制造才干进入新的开展阶段。 部分超临界机组可靠性举例 部分超临界机组可靠性举例 电厂项目机组容量MW 可用率%美国马歇尔电厂263088.7（1985年）勃鲁斯电厂2112094（1985年）蒙太尔电厂21300连续运行607天AEP电力公司71130平均EAF=83.3韩国保宁电厂50088.92（1994）中国石洞口二厂260091.47（1994）华能南京电厂2300连续运行1700多天（到2019年底部分超临界机组经济性举例电厂项目蒸汽参数机组效率% 投运年份丹麦Vesk电厂407MW25.1MPa,560/

15、560C45.31992法国STAUDINGE厂550MW25MPa,540/560C42.51992德国ROSTOCK电厂559MW25MPa,540/560C42.51994韩国500MW24MPa,538/538C41石洞口二厂600MW24.2MPa,538/566C41.091992西门子设计4001000MW27.5MPa,589/600C452019丹麦拟建设412MW28.5MPa,580/580/580C492019平圩电厂600MW17MPa,537/537C36.91989 第二部分第二部分 超临界锅炉超临界锅炉超临界锅炉任务原理及根本型式超临界锅炉任务原理及根本型式 1

16、 根本任务原理根本任务原理一、任务原理及过程一、任务原理及过程工质依托给水泵的压头一次经过预热、蒸发、过热工质依托给水泵的压头一次经过预热、蒸发、过热各受热面而加热成为过热蒸汽。各受热面而加热成为过热蒸汽。 给水流量给水流量 G 蒸发量蒸发量 D给水泵给水泵 省煤器省煤器 水冷壁水冷壁 过热器过热器 管内三类受热面无固定分界点管内三类受热面无固定分界点G 工质流量工质流量 Kgi 工质进口欠焓工质进口欠焓 KJ/Kgq 管子平均热负荷管子平均热负荷 KW/m2r 蒸发潜热蒸发潜热 KJ/Kgd 管内径管内径 m沿直流锅炉管子工质的形状和参数不断变化沿直流锅炉管子工质的形状和参数不断变化)KW(

17、iGdqLrs )KW(GrdqLzf )KW(LLLLzfrsgr 二、直流锅炉的特点二、直流锅炉的特点 本质特点本质特点无汽包无汽包工质一次经过各受热面，强迫流动工质一次经过各受热面，强迫流动受热面无固定界限受热面无固定界限水冷壁中工质流动特点水冷壁中工质流动特点受热不均对流动影响受热不均对流动影响水动力多值性水动力多值性有脉动景象有脉动景象给水泵压头大；给水泵压头大；传热过程特点传热过程特点在水冷壁中工质干度在水冷壁中工质干度 x 由由0 1，因此第二，因此第二类传热恶化一定出现类传热恶化一定出现热化学过程特点热化学过程特点要求给水质量高要求给水质量高控制调理过程特点控制调理过程特点直流

18、锅炉对自动控制系统要求高，缘由如下直流锅炉对自动控制系统要求高，缘由如下负荷变动时，直流锅炉的蓄热才干较低，依托本身炉水负荷变动时，直流锅炉的蓄热才干较低，依托本身炉水和金属蓄热或放热来减缓汽压动摇的才干较低和金属蓄热或放热来减缓汽压动摇的才干较低 直流锅炉必需同时调理给水量和燃料量，以保证物质平直流锅炉必需同时调理给水量和燃料量，以保证物质平衡和能量平衡，才干稳定汽压和汽温。所以直流锅炉对衡和能量平衡，才干稳定汽压和汽温。所以直流锅炉对燃料量和给水量的自动控制系统要求高。燃料量和给水量的自动控制系统要求高。启动过程特点启动过程特点设有启动旁路设有启动旁路启动速度快启动速度快在启动过程中，有工

19、质膨胀景象在启动过程中，有工质膨胀景象启动一开场，必需建立启动流量和启动压力启动一开场，必需建立启动流量和启动压力设计、制造、安装特点设计、制造、安装特点直流锅炉适用于任何压力直流锅炉适用于任何压力蒸发受热面可以恣意布置蒸发受热面可以恣意布置节省金属节省金属制造方便制造方便2 蒸发受热面主要方式蒸发受热面主要方式一、早期采用的方式一、早期采用的方式本生型，即多次串联垂直上升管屏式本生型，即多次串联垂直上升管屏式苏尔寿式，即多行程迂回管屏式苏尔寿式，即多行程迂回管屏式拉姆辛型，即程度围绕上升管圈式式拉姆辛型，即程度围绕上升管圈式式 垂直上升管屏式垂直上升管屏式 1-垂直管屏；垂直管屏；2-过热器

20、；过热器；3-外置式过渡区；外置式过渡区；4-省煤器；省煤器；5-空气预空气预热器；热器； 6-给水如口；给水如口；7-过热蒸汽出口；过热蒸汽出口；8-烟气出口烟气出口 回带管屏式回带管屏式 1-程度回带管屏；程度回带管屏；2-垂直回带管屏；垂直回带管屏；3-过热蒸汽出口；过热蒸汽出口；4-过热器；过热器；5-外置式过渡区；外置式过渡区；6-省煤器；省煤器；7-给水入口；给水入口；8-空气预热器；空气预热器；9-烟烟气出口气出口 程度围绕管圈式程度围绕管圈式 1-省煤器；省煤器；2-炉膛进水管；炉膛进水管；3-水分配集箱；水分配集箱；4-熄灭器；熄灭器；5-程度围绕管圈；程度围绕管圈；6-汽水

21、混合物出口集箱；汽水混合物出口集箱；7-对流过热器；对流过热器；8-壁上过热器；壁上过热器；9-外置式过渡区；外置式过渡区；10-空气预热器空气预热器 二、现代直流锅炉采用的方式二、现代直流锅炉采用的方式 由于锅炉向大容量、高参数开展；采用了膜式水冷由于锅炉向大容量、高参数开展；采用了膜式水冷壁；滑参数运转和给水处置技术开展。因此直流锅壁；滑参数运转和给水处置技术开展。因此直流锅炉方式有了很大的变化。炉方式有了很大的变化。 一次垂直上升管屏式一次垂直上升管屏式UP型型炉膛下部多次上升、炉膛上部一次上升管屏式炉膛下部多次上升、炉膛上部一次上升管屏式FW型型螺旋围绕上升管屏式螺旋围绕上升管屏式 U

22、PUP型垂直上升管屏水冷壁型垂直上升管屏水冷壁 UP UP型垂直上升管屏包括一次上升和上升型垂直上升管屏包括一次上升和上升- -上升上升 一次上升型一次上升型a a 给水一次流经全部四面墙水冷给水一次流经全部四面墙水冷壁管屏，没有下降管，管屏沿高度分为上、中和下壁管屏，没有下降管，管屏沿高度分为上、中和下部三个辐射区，各区段之间设有混合器，用以消除部三个辐射区，各区段之间设有混合器，用以消除平行管子间的热偏向平行管子间的热偏向 系统简单，流动阻力小，可采用全悬吊构造，系统简单，流动阻力小，可采用全悬吊构造，水力特性较为稳定水力特性较为稳定 上升上升- -上升型上升型b b 炉膛下部高热负荷区域

23、布置炉膛下部高热负荷区域布置两个串联回路，用于提高管内工质质量流速以防止两个串联回路，用于提高管内工质质量流速以防止流动异常和传热恶化流动异常和传热恶化a ab b一次垂直上升管屏式一次垂直上升管屏式UP型型FWFW型垂直上升管屏水冷壁型垂直上升管屏水冷壁 多次垂直上升管屏多次垂直上升管屏 炉膛下部高热负荷区域，炉外加设下降管，炉膛下部高热负荷区域，炉外加设下降管，构成多次垂直上升；在上部较低热负荷区，仍采用一次垂直上升构成多次垂直上升；在上部较低热负荷区，仍采用一次垂直上升管屏管屏 FWFW型垂直上升管屏为多次垂直上升管屏型垂直上升管屏为多次垂直上升管屏 多次垂直上升管屏的特点多次垂直上升管

24、屏的特点 既可保证高热负荷区有较高的质量流速，到达充分冷却的目的；既可保证高热负荷区有较高的质量流速，到达充分冷却的目的；又可减少水冷壁的流动阻力又可减少水冷壁的流动阻力 有不受热的下降管，工质流程长，系统阻力较大有不受热的下降管，工质流程长，系统阻力较大FW型型螺旋管圈型水冷壁螺旋管圈型水冷壁 螺旋管圈型水冷壁螺旋管圈型水冷壁 由假设干根水冷壁组成管带，沿炉膛四面倾斜上升，由假设干根水冷壁组成管带，沿炉膛四面倾斜上升，无程度段，各管带均匀地分布在炉膛四壁，任一高度上一切管带的受热几无程度段，各管带均匀地分布在炉膛四壁，任一高度上一切管带的受热几乎完全一样乎完全一样 螺旋管圈型水冷壁的特点螺旋

25、管圈型水冷壁的特点 炉膛周围热负荷不均不会增炉膛周围热负荷不均不会增大工貭热偏向，热偏向较小大工貭热偏向，热偏向较小 可根据需求获得足够高的工可根据需求获得足够高的工质质量流速，可减轻传热恶化质质量流速，可减轻传热恶化的影响的影响螺旋管圈型水冷壁螺旋管圈型水冷壁 工质焓值较高的管段处在热负荷较低的炉膛上部，对防止管壁超温工质焓值较高的管段处在热负荷较低的炉膛上部，对防止管壁超温有利有利 无下降管及中间联箱，金属耗量小无下降管及中间联箱，金属耗量小 缺陷是大机组沿炉膛高度管带中各管之间热偏向较大，制造安装困缺陷是大机组沿炉膛高度管带中各管之间热偏向较大，制造安装困难，任务量大，承重才干差，悬吊难

26、难，任务量大，承重才干差，悬吊难螺旋围绕上升管屏式螺旋围绕上升管屏式水冷壁设计及布置水冷壁设计及布置w炉膛周界尺寸是由熄灭的条件决议的，它取决于炉膛的净热输入，燃料的种类和特性、熄灭器的型式和布置。对垂直管水冷壁而言，炉膛周界长度、管子直径、管间节距决议了它的分量流速的大小。在定的炉膛周界情况下，如采用垂直布置的水冷壁管，其管子根数根本固定，管子直径不能过细，为了保证水冷壁管子的平安，必需保证一定的工质流量，所以垂直管圈的分量流速大小是遭到严厉限制的。 w炉膛周界尺寸的添加与锅炉容量的添加是不成正比例的。因此容量较小的直流锅炉水冷壁往往存在着单位容量炉膛周界尺寸过大，水冷壁管子内难以保证足够的

27、分量流速。300Mw容量的锅炉水冷壁不能设成一次垂直上升型管圈；600MW容量的锅炉在负荷低于60%左右时分量流速也显得缺乏这里指的是采用较粗的管子且无多次上升垂直直管圈，即采用UP型一次上升水冷壁构造，根据苏尔寿公司的阅历，燃煤锅炉水冷壁设计成一次上升垂直管圈的极限容量最小应该在700MW以上。w处理炉膛周界和分量流速之间矛盾的方法普通有下述四种：1采用小管径和多次混合的水冷壁如上锅300MWUP锅炉，采用内径11mm的管子。2水冷壁采用工质再循环低倍率和复合循环锅炉。3采用多次上升管圈型水冷壁FW型锅炉。4采用螺旋管圈型水冷壁。表表4- -1 螺旋管圈和垂直管圈重量流速的比较螺旋管圈和垂直

28、管圈重量流速的比较项 目螺旋管圈假想的垂直管圈管子规格mm385.628.65.7管间节距mm5443管子根数N3161645重量流速(MCR)kg/m2.s28081316重量流速(37%MCR)kg/m2.s982458螺旋管圈水冷壁的特点螺旋管圈水冷壁的特点w螺旋管圈的一大特点就是可以在炉膛周界尺寸定的条件下，经过改动螺旋升角来调整平行管的数量，保证容量较小的锅炉并列管束数量较小，从而获得足够的工质分量流速，使管壁得到足够的冷却。消除传热恶化对水冷壁管子平安的要挟。tLNsin螺旋管圈水冷壁的特点螺旋管圈水冷壁的特点w在管间节距不变的情况下，如要坚持螺旋管的根数不变，那么炉膛周界L减少，

29、螺旋角就要添加。如何坚持炉膛周界不变，那么螺旋角减小，管子根数N亦减小。在管径一定的条件下管子根数N决议了水冷壁的分量流速。w当螺旋角到达最大值90时，螺旋管就变成垂直管了。此时，N=L/t，并列管子根数最大。w采用螺旋管圈水冷壁主要优点如下:w1能根据需求获得足够的分量流速，保证水冷壁的平安运转。w2管间吸热偏向小，特别是对于容量比较小的锅炉，并列管子根数少，同时由于沿炉膛高度方向的热负荷变化平缓，因此热偏向小，螺旋管在盘旋上升的过程中，管子绕过炉膛整个周界、即途经宽度上热负荷大的区域又途经热负荷小的区域，因此就螺旋管的各管，以整个长度而言吸热偏向很小。据有关资料引见，当螺旋管环绕圈数为1.

30、52.0圈时，其吸热偏向不会超越0.5%冷灰斗也采用螺旋管圈。w3抗熄灭干扰的才干强。在前墙的吸热量添加15%，右侧墙坚持不变，而后墙的吸热量减少10%，左侧墙亦减少5%时，螺旋管圈的吸热偏向仍不会超越1%，其出口温度偏向在15之内。而一样情况下垂直管圈管间的吸热量偏向就会毫无缓冲地落在+15%-15之间。w4假设只思索流量调理,可以不设置水冷壁进口的分配节流圈。垂直管圈为了减少热偏向，在水冷壁进口要按照沿宽度上的热负荷分布曲线设计配置流量分配节流圈。这种节流圈一方面添加了水冷壁的阻力降，而且节流圈对不同的负荷表现出的特性有差别,给水冷壁的设计带来很大复杂性。由于螺旋管吸热偏向很小，冷灰斗也采

31、用螺旋的螺旋管圈，水冷壁管的阻力损失大大降低。w5顺应于锅炉变压运转。螺旋管圈在变压过程中可以处理低负荷时汽水两相分配不均的问题,同时它能在低负荷时维持足够的分量流速,适宜于变压运转。2.螺旋管圈水冷壁的特点螺旋管圈水冷壁的特点w采用螺旋管圈水冷壁主要有以下几点缺陷。w1由于螺旋管圈的承重才干弱，需求附加的炉室悬吊系统。w2螺旋管圈制造本钱高。它的螺旋冷灰斗、熄灭器水冷套以及螺旋管至垂直管屏的过渡区等部组件构造复杂，制造困难。w3螺旋管圈炉膛四角上需求进展大量单弯头焊接对口，工地吊装次数的添加，因此给工地安装添加了难度和任务量。w4螺旋管圈管子长度较长，阻力较大，添加了给水泵的功耗。w 采用螺

32、旋管圈水冷壁虽然可以获得足够的管内质量流速，但也带来了水冷壁的支撑问题。所以国产600MW超临界压力直流锅炉的设计关键是：确定管内质量流量，防止传热恶化导致管壁温度过高；处理螺旋水冷壁炉膛的支撑，即刚性梁的设计。DBC/BHK/BHDBDBC/BHK/BHDB锅炉水冷壁构造设计锅炉水冷壁构造设计w炉膛周围水冷壁的构造设计重点思索处理和防止以下问题：w1随着负荷降低，任务条件极为恶劣的水冷壁中，质量流速也按比例下降。在直流方式下，工质流动的稳定性遭到影响，为了防止出现流动的多值性不稳定景象，须限定最低直流运转负荷时的质量流速；w2在进入临界压力点以下低负荷运转时，与亚临界机组一样，必需注重水冷壁

33、管内两相流的传热和流动，要防止发生膜态沸腾导致水冷壁管金属超温爆管；w3负荷降低后，炉膛水冷壁的吸热不均将加大，须留意防止它引起水冷壁管圈吸热不均导致温度偏向增大；w4在整个变压运转中，蒸发点的变化，使单相和两相区水冷壁金属温度将变化，须留意水冷壁及其刚性梁体系的热膨胀设计，并防止频繁变化引起承压件上出现疲劳破坏；w5由于降低负荷后，省煤器段的吸热量减少，按B-MCR工况设计布置的省煤器在低负荷时有能够出现出口处汽化，它将影响水冷壁流量分配，导致流开工况恶化。锅炉水冷壁构造设计锅炉水冷壁构造设计w炉膛中下部及冷灰斗均采用螺旋环绕的水冷壁构造，使其在各种工况特别是启动和低负荷工况下让各水冷壁管内

34、具有足够的质量流速，管间吸热均匀，防止亚临界压力下出现偏离核态沸腾DNB，超临界压力下出现类膜态沸腾DNB，减小炉膛出口工质温度偏向，以及水动力不稳定等传热恶化工况。水冷壁具有足够的动压头，也可防止如停滞、倒流、流动多值性等水循环不稳定问题的发生。这种布置构造简单，维护任务量小，即不需求变径的节流圈或阀门，同时也不用在水冷壁进口设专门给水流量平衡调理分配安装。w整个炉膛周围为全焊式膜式水冷壁，炉膛由下部螺旋环绕上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁两个不同的构造组成，两者间由过渡水冷壁转换衔接，炉膛角部为圆弧过渡构造。炉膛冷灰斗的倾斜角度为55。炉膛水冷壁总体布置见图4-9。w炉膛下部水冷壁包括冷灰斗

35、水冷壁、中部螺旋水冷壁都采用螺旋环绕膜式管圈，从水冷壁进口到折焰角水冷壁下标高处。螺旋水冷壁管全部采用六头、上升角60的内螺纹管。螺旋冷灰斗的构造如图4-10所示。图4-9 水冷壁总体布置图 图4-10 螺旋冷灰斗的构造 3 本机组特点本机组特点一、构造与技术特性一、构造与技术特性本厂本厂600MW机组采用的是机组采用的是DG1950/25.4型直流锅炉型直流锅炉 。是东方锅炉集团股份与日本巴布科克是东方锅炉集团股份与日本巴布科克-日立公日立公司及东方司及东方-日立锅炉协作设计、结合制造的日立锅炉协作设计、结合制造的600MW超临界本生直流锅炉。该锅炉为超临界参数变压直超临界本生直流锅炉。该锅

36、炉为超临界参数变压直流本生型锅炉，一次再热，前后墙对冲熄灭，单炉流本生型锅炉，一次再热，前后墙对冲熄灭，单炉膛，尾部双烟道构造，采用挡板调理再热汽温，固膛，尾部双烟道构造，采用挡板调理再热汽温，固态排渣，全钢构架，全悬吊构造，平衡通风，露天态排渣，全钢构架，全悬吊构造，平衡通风，露天布置。布置。 水冷壁及水循环系统特性水冷壁及水循环系统特性启动旁路系统特性启动旁路系统特性二、设计思索与布置特点二、设计思索与布置特点设计指点原那么设计指点原那么布置特点布置特点三、变压运转优点三、变压运转优点600MW600MW超临界压力直流锅炉超临界压力直流锅炉水冷壁系统石洞口二厂水冷壁系统石洞口二厂1900t

37、/h1900t/h 炉膛总高度自进口集箱至顶棚炉膛总高度自进口集箱至顶棚为为62125mm62125mm，宽度为，宽度为18816mm18816mm、深度、深度为为16576mm 16576mm 水冷壁在标高水冷壁在标高47882mm47882mm处由螺旋处由螺旋管向垂直管屏的过渡，上部为垂直管向垂直管屏的过渡，上部为垂直管屏；下部为螺旋管圈，由管屏；下部为螺旋管圈，由316316根根平行管组成，以双头螺旋的方式盘平行管组成，以双头螺旋的方式盘旋上升，螺旋升角为旋上升，螺旋升角为13.949813.9498度。度。 螺旋冷灰斗前后墙的垂直倾角为螺旋冷灰斗前后墙的垂直倾角为4040，后水冷壁折焰

38、角伸入炉膛的，后水冷壁折焰角伸入炉膛的深度为深度为4368mm4368mm占炉膛深度约占炉膛深度约1 14 4，折焰角上方的出口烟窗的平，折焰角上方的出口烟窗的平均高度约均高度约14000mm14000mm左右左右 l-l-水冷壁进口环形集箱；水冷壁进口环形集箱；2-2-螺旋冷灰斗；螺旋冷灰斗；3-3-螺旋管螺旋管圈；圈；4-4-中间混合集箱；中间混合集箱；5-5-垂直管屏；垂直管屏；6-6-折焰角；折焰角；7-7-折焰角出口集箱；折焰角出口集箱；9-9-后水冷壁悬吊管进口集箱；后水冷壁悬吊管进口集箱；10-10-后水冷壁悬吊管；后水冷壁悬吊管；11-11-水冷壁出口集箱；水冷壁出口集箱；12

39、-12-水水冷壁出口衔接纳道；冷壁出口衔接纳道；13-13-启动分别器；启动分别器；14-14-分别器出分别器出口衔接纳道口衔接纳道 600MW600MW超临界压力直流锅炉超临界压力直流锅炉水冷壁系统石洞口二厂水冷壁系统石洞口二厂1900t/h1900t/h 省煤器出口的工质省煤器出口的工质炉膛下部环形炉膛下部环形进口集箱进口集箱 螺旋管圈螺旋管圈中间混合集箱中间混合集箱垂直管屏垂直管屏衔接纳衔接纳汽水分别器汽水分别器 分别出来蒸汽由汽水分别器四根引出分别出来蒸汽由汽水分别器四根引出管引入过热器系统；水排入疏水扩容管引入过热器系统；水排入疏水扩容器实现工质回收器实现工质回收 w过热器构造和布置

40、方式过热器构造和布置方式w 根据传热方式，过热器根据传热方式，过热器可分为对流式、辐射式和半辐射可分为对流式、辐射式和半辐射式，而再热器通常都是对流式，式，而再热器通常都是对流式，在亚临界控制循环锅炉中也采用在亚临界控制循环锅炉中也采用辐射式和半辐射式再热器。辐射式和半辐射式再热器。w 辐射式过热器布置在炉膛的炉辐射式过热器布置在炉膛的炉壁上，直接吸收炉膛辐射热，它壁上，直接吸收炉膛辐射热，它的构造和水冷壁类似，只需管径的构造和水冷壁类似，只需管径能够不同。半辐射式过热器布置能够不同。半辐射式过热器布置在炉膛上方，同时吸收炉膛的辐在炉膛上方，同时吸收炉膛的辐射热和烟气的对流传热，常由许射热和烟

41、气的对流传热，常由许多根做成多根做成“U U形的管子排成一个形的管子排成一个平面的管屏，因此又称屏式过热平面的管屏，因此又称屏式过热器。屏式过热器是系统平安运转器。屏式过热器是系统平安运转中的薄弱环节。中的薄弱环节。w 123456789101112131411过热器的根本构造例如图1.锅筒；2.在炉膛壁上的二行程辐射式过热器；3. 炉膛出口处屏式过热器；4. 立式对流过热器； 5. 卧式对流过热器； 6. 顶棚过热器；7. 喷水减温器； 8. 过热蒸汽出口集箱；9. 悬吊管进口集箱； 10. 悬吊管出口集箱；11. 过热器悬吊管； 14. 熄灭器壁孔 分分5级：级：顶棚过热器顶棚过热器包墙过

42、热器包墙过热器低温过热器低温过热器屏式过热器屏式过热器高温过热器高温过热器 去高压缸 去中压缸 来自高压加热器 来自高压缸 汽水分离器 顶棚过热器 包墙过热器 低温过热器 屏式过热器 末级过热器 低温再热器 高温再热器 过热器一级减温器 过热器二级减温器 再热器减温器 再热器系统再热器系统分分2级：级：低温再热器低温再热器高温再热器高温再热器w过热汽温及再热汽温的调理过热汽温及再热汽温的调理 w 过热器及再热器作用：由于受资料的限制，锅炉过热器及再热器作用：由于受资料的限制，锅炉的过热汽温度停留在的过热汽温度停留在540540550550的程度。仅提高压力而的程度。仅提高压力而不相应的提高蒸汽

43、温度，过热蒸汽在汽轮机膨胀作功后不相应的提高蒸汽温度，过热蒸汽在汽轮机膨胀作功后湿度很大，会影响汽机的平安，因此通常是将蒸汽在汽湿度很大，会影响汽机的平安，因此通常是将蒸汽在汽轮机作一部分功后送回到锅炉再加热，然后再回到后面轮机作一部分功后送回到锅炉再加热，然后再回到后面的汽轮机作功，这样可降低汽轮机末级叶片中蒸汽湿度，的汽轮机作功，这样可降低汽轮机末级叶片中蒸汽湿度，电站的热效率还可进一步提高。再热器的作用就是布置电站的热效率还可进一步提高。再热器的作用就是布置在锅炉中加热从汽轮机引回来的蒸汽。在锅炉中加热从汽轮机引回来的蒸汽。 w 汽温的调理方式可分为蒸汽侧和烟气侧。蒸汽侧汽温的调理方式可

44、分为蒸汽侧和烟气侧。蒸汽侧主要是喷水减温，在高温蒸汽中喷入高纯度的除盐水，主要是喷水减温，在高温蒸汽中喷入高纯度的除盐水，水滴的汽化使蒸汽的温度降低。调理喷入的水量，可以水滴的汽化使蒸汽的温度降低。调理喷入的水量，可以到达调理汽温的目的。烟气侧主要是经过改动锅炉内辐到达调理汽温的目的。烟气侧主要是经过改动锅炉内辐射受热面和对流受热面吸热量分配比例的方法来调理蒸射受热面和对流受热面吸热量分配比例的方法来调理蒸汽温度，主要有烟气再循环、调理熄灭器倾角等方式。汽温度，主要有烟气再循环、调理熄灭器倾角等方式。为保证经济性，再热蒸汽常采用烟气侧调温。为保证经济性，再热蒸汽常采用烟气侧调温。w 二、汽温特

45、性及调理二、汽温特性及调理过热汽温过热汽温影响要素影响要素（有有再再热热）（无无再再热热）)hh(GGQGBhhQGBhhzrzrzrglnet,args grglnet,args gr 煤水比、给水温度、过量空气系数、火焰中心位置、受热煤水比、给水温度、过量空气系数、火焰中心位置、受热面面 粘污粘污调理特点调理特点调理煤水比为主调理手段；辅以喷水减温调理煤水比为主调理手段；辅以喷水减温再热汽温再热汽温三、过热器运转问题略三、过热器运转问题略2 尾部受热面尾部受热面 省煤器省煤器后竖井后烟道低过下方，顺列布后竖井后烟道低过下方，顺列布置。置。给水单侧炉右侧引入，单根给水单侧炉右侧引入，单根下水

46、衔接纳炉右侧引出。下水衔接纳炉右侧引出。蛇形管：蛇形管：50.850.87.17.1SA-SA-210C210C，光管，光管，4 4管圈绕，横向管圈绕，横向节距节距114.3mm114.3mm，168168排，上下两组排，上下两组逆流布置。逆流布置。省煤器进口集箱：省煤器进口集箱：5085088888，SA106CSA106C；省煤器出口集箱；省煤器出口集箱5085088888，SA106CSA106C。省煤器系统分量由包墙系统引出省煤器系统分量由包墙系统引出的汽吊管悬吊。的汽吊管悬吊。省煤器管束与周围墙壁间设有阻省煤器管束与周围墙壁间设有阻流板，每组上两排迎流面及边排流板，每组上两排迎流面及

47、边排和弯头区域设置防磨盖板。和弯头区域设置防磨盖板。 顶棚进口集箱水冷壁前上集箱二级过热器汇集集箱三级过热器进口集箱过热器二级减温器二级过热器进口集箱水冷壁凝渣管束水冷壁后墙出口集箱三级过热器出口集箱高再进口集箱高再出口集箱顶 棚 出 口 集 箱低 再 进 口 集 箱低再出口集箱后竖井前墙集箱再热器减温器后竖井吊挂管集箱再热器减温器后竖井中隔墙集箱一级过热器出口集箱后竖井吊挂管集箱后竖井后墙集箱刚 性 梁刚 性 梁刚 性 梁刚 性 梁刚 性 梁刚 性 梁刚 性 梁刚 性 梁刚 性 梁刚 性 梁顶棚出口集箱空气预热器空气预热器 采用采用32#,VI型回转式空气预热器，每台锅炉配置两台三分型回转式

48、空气预热器，每台锅炉配置两台三分仓空预器。仓空预器。 转子直径为转子直径为06mm，正常转数为，正常转数为0.99r/min，预热器采用反，预热器采用反转方式，即一次风温低，二次风温高，转方式，即一次风温低，二次风温高， 受热面自上而下分受热面自上而下分为三层，其高度分别为为三层，其高度分别为300+800,800,300mm。 热端和中间段蓄热元件由定位板和波形板交替叠加而成，热端和中间段蓄热元件由定位板和波形板交替叠加而成，钢板厚度钢板厚度0.6mm，高度为，高度为300+800+800mm,资料为资料为Q215-A.F。冷端蓄热元件由。冷端蓄热元件由1.2mm 厚垂直大波纹的定位板和平厚

49、垂直大波纹的定位板和平板构成，高度为板构成，高度为300mm。冷端蓄热元件采用低合金耐腐。冷端蓄热元件采用低合金耐腐蚀钢板。蚀钢板。 空气预热空气预热器分解图器分解图空气预热器空气预热器第六章第六章 超临界锅炉的水动力特性超临界锅炉的水动力特性 压力到超临界压力以上时，工质特性发生较大的变化；汽水密度差趋于0滑压运转时，压力为亚临界压力及以下1 受热面壁温及平安性一、壁温计算理想情况)1ln2(2wgzwbDqtt)1ln4D(qtt2wgzb 实践情况)1ln2D(qttt2wmaxgzgzwb )1ln4D(qttt2wmaxgzgzb 二、超临界压力下管壁温度2在一定情况下较大保证平安任

50、务的原那么2 水动力不稳定性一、超临界压力下工质的特性 超临界指工质参数 临界参数 临界压力Pc 22.129 MPa 临界温度t c 374.15 加热过程 ： 未饱和水 主要工质物性参数 变化规律超临界压力下定压比热Cp具有最大值时的温度为拟临界温度或类临界温度。 在临界温度和类临界温度附近，工质的各主要参数发生比较大的变化。见图二、管内汽液两相流型随着干度 x 的添加，两相流型逐渐变化。a泡状流；泡状流； b弹状流；弹状流； c环状流；环状流； d雾状流雾状流 三、水动力不稳定性多值性当蒸发受热面进出联箱两端压差一定的条件下，管内能够出现多种不同的流量，即水动力特性出现多值性，这样的流动

51、特性就是不稳定的。流量小的管子，管内对流换热系数小，冷却差，管壁温度高，有能够呵斥炉管失效损坏。 程度管圈特性方程 在一定的热负荷下，管屏的压差与质量流量的关系式。 管内工质流动阻力P = P lz = P rs + Pzf推导可得推导可得 CBAP23 1r2i11q8iA 1ri1d2LB 1rdqLC22 G = w 特性曲线特性曲线产生缘由2)w(dLp2rsrs )1 (x12)w(dLLp2rszf 产生缘由单值性条件 1ar46.7i 影响要素工质进口欠焓压力热负荷热水段阻力影响要素工质进口欠焓压力热负荷热水段阻力处理方法减少蒸发受热面水冷壁入口欠焓 提高蒸发受热面的压力 水冷壁

52、人口处装节流圈 提高水冷壁入口的质量流速 w (1.3-1.5) w*垂直管圈垂直管屏的水动力特性，必需思索重位压差的影响重位压差的影响对水动力特性的影响有利于水动力特性趋向稳定 Pzw = Hrs rs g + Hzf zf g 当质量流速添加时，垂直管中重位压差的影响减少，这时的水动力特性趋向于程度管圈的水动力特性 ;当质量流速小时，垂直管中重位压差的影响大，这时的水动力特性趋向于自然循环管子的水动力特性 。在超临界压力下在大比热区思索到管内工质沿截面的不等温性；在大比热区温度的微小变化会引起动力粘度较大的变化，从而引起摩擦阻力系数较大的变化，也有能够出现水动力多值性的问题。3 蒸发受热面

53、中流体的脉动景象 在两端管屏两端压差一样，当给水量和流出量总量根本不变的情况下，管屏里管子流量随时间作周期性动摇，这种景象称为管间脉动 。动态不稳定水动力特性 ：脉动静态不稳定水动力特性 ：多值性一、脉动种类 整体脉动屏间屏带或管屏脉动 管间脉动特点：特点：管屏两端压差一样的情况下，管屏间管子中的有些流量在添加，另外一些管子的流量减少 同一根管子，给水量随时间作周期性动摇，蒸发量也随时间作周期性动摇，它们的动摇相位差为180脉动是不衰减的 对于垂直上升管屏，也有管间脉动景象发生 。且对脉动更敏感，更加严重 二、管间脉动分析 脉动产活力理脉动景象是当流量G大时，蒸发量D小；流量G小时，蒸发量D大

54、 脉动景象解释在管子中间某一点一定存在着一个压力峰。当某点压力P高时，进水端压差P1-P下降，流量G减少，当P大大添加时，能够引起水倒流；出口端压差 P-P2 添加，蒸发量D增大。当某点压力下降时，进水端压差添加，流量G添加；出口端压差减小，D减小。 压力峰 压力峰构成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动摇，在交界处附近壁温周期性变化，最大动摇甚至到达150 ，因此使管子产生疲劳破坏 。并联各管会出现很大的热偏向，当超越允许的热偏向值时，也将使管子超温过热而损坏 。 消除脉动措施增大管内工质质量流量 w 增大热水段阻力 加节流圈；采用逐渐扩展的管径省煤 器采用较小

55、管径 减少蒸发段阻力 添加呼吸联箱，呼吸联箱处使压力平衡适宜的压力和热负荷 4 蒸发受热面中热偏向 一、热偏向 定义并列管组中各管，由于各管子的构造尺寸、内部阻力系数和热负荷能够各不一样，因此每根管子中蒸汽的焓增也就不同，这种景象叫做热偏向。热偏向系数pjpii pjpjpjpjGAqi ppppGAqi 二、特点直流锅炉工质在水冷壁中全部蒸发，热偏向会对传热恶化呵斥很大的影响，且水冷壁出口工质温度已过热，所以水冷壁热偏向对水冷壁管子平安有很大的影响，不可忽视。超临界压力时，工质不存在恒定的饱和温度，偏向管工质温度差别更高。三、影响要素热力不均匀热负荷分布不均匀。锅炉炉膛中沿宽度方向烟气的速度

56、场、温度场和热流的分布不均匀是呵斥水冷壁并联管组吸热不均匀的主要缘由 。和机组容量，炉内熄灭、流开工况，熄灭器布置和运转方式，负荷变化，煤种变化等有关。水力不均匀程度管圈pppjpjGvzvz 热负荷的影响构造的影响工质在受热面进口处的焓值的影响压力的影响水力不均匀垂直管圈2pjpjpjPpjpppjpjG)w(zHgv1vzvz 重位压差的影响类似于自然循环自补偿作用的影响，使重位压差有减轻或改善流量不均的作用；重位压差占流动阻力比例愈大，其影响愈大，流量不均愈小。决议重位压差占总流动阻力比例的要素是质量流速，它取决于锅炉的负荷。负荷添加，重位压差在总阻力中所占份额减少，即锅炉在高负荷时，重

57、位压差作用减小，流动特性表现出强迫流动特性。当锅炉在低负荷时，重位压差在总阻力中所占份额增大，重位压头作用增大，流动更多地表现出自然循环特性。在负荷较低时，有能够导致出现流动的停滞和倒流。四、消除及减轻措施 减小受热不均匀 减小构造不均匀 减小受热不均对热偏向的影响 加节流圈 增大管内工质质量流量 w5 蒸发受热面中传热恶化景象 管内工质沿着长度方向吸热并且含汽率的添加，工质的流动构造也相应发生变化。由于流动构造不同，传热特性不同，以及管内工质温度的变化，那么管壁温度也随之变化 。)1ln2D(qttt2wmaxgzgzwb )1ln4D(qttt2wmaxgzgzb 管内工质流动沸腾传热工况

58、管内工质流动沸腾传热工况 部分出现膜态沸腾或出现蒸干，使得管内换热减弱，在蒸发受热面管段某一处会出现壁温的峰值，甚至使管子烧坏。这两种景象统称为传热恶化。 一、临界压力以下传热恶化类型第一类传热恶化当热负荷较高大于某个值时，能够出现核态沸腾直接过渡到膜态沸腾的景象，称为偏离核沸腾，或用DNBDeparture from Nucleate Boiling来表示 。管内2减小，壁温升高。特征参数 临界热负荷 q lj影响q lj的要素：质量流速、含汽率、压力、管子内径和管子长度与内径的比值 )d/l ,d,p,x,(fqnnlj 第二类传热恶化所谓第二类传热恶化是发生在环状流动或者汽雾状流动情况下

59、，因水膜撕破或“蒸干所呵斥的管内2减小，壁温升高的传热恶化景象。特征参数 界限干度质量含汽率 x jx汽流中的水滴还潮湿管壁时， x jx与热负荷有关。汽流中的水滴没有润湿管壁时， x jx与压力、质量流速和管径有关二、超临界直流锅炉传热恶化特点第一类传热恶化能够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34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。超临界压力下传热恶化实验曲线超临界压力下传热恶化实验曲线p=23MPa，w = 400k

60、g/(m2.s)1 q=698kW/m2；2 q=6580kW/m2；3 q=465kW/m2；4 q=349kW/m2三、处理传热恶化措施运用较好的资料 如SA213-T23钢 ，耐温极限可达460 推迟传热恶化 提高界限含汽率，使得传热恶化出如今低热负荷区，从而降低壁温遏止传热恶化 提高w 运用内螺纹管或扰流子(a)(b)(c)6 蒸发受热面运转中留意问题 一、管子烧坏爆管影响平安性要素水动力多值性停滞及倒流脉动热偏向传热恶化两相流体分配不均程度管汽水分层给水质量管内工质热化学问题运转操作中问题2. 防爆措施二、热膨胀问题保证tb 50 第九章第九章 超临界锅炉的启停超临界锅炉的启停热态启