《锅炉原理》课件超临界机组受热面

1、补充内容一：超临界机组锅炉(第六节直流锅炉蒸发受热面系统)浙江省近年新建超临界机组项目装机容量参数投资方投运年备注华能玉环电厂4100超超临界华能,一期98亿一期04动工,06.11.28发电哈锅引进技术象山乌沙山电厂460超临界大唐,06年4月浙能兰溪电厂460超临界浙江能投,100亿06年4月B&W浙能乐清发电厂260/ 266超临界/超超临界浙江能投,110亿08年9月上锅淮浙煤电凤台电厂263超临界淮南、浙能2008.8东锅北仑三期2100超超临界国电,浙能84.2亿2008.12国华宁海电厂2100(1期)超超临界国华等3家,85.8亿09年10月上锅项目装机容量参数投资方投运年备注

2、嘉兴电厂三期2100超超临界浙江能投82.092011.11哈锅浙能舟山六横电厂 4100(2期)超超临界浙能等78.92011.5开工，13年底投运华润电力(温州)有限公司2100超超临界华润等88亿在建，13-14年建成台州第二电厂2100超超临界浙能在建，2015年建成华能长兴电厂266超超临界华能2014.12.17国华宁海电厂2100(2期)超超临界温州电厂266超超临界浙能2015建成象山乌沙山电厂二期2100超超临界2004年建成2015年，电力装机容量：8670万千瓦超(超)临界机组：100万机组20余台，60-66万机组：18-20台锅炉超临界状态水的临界点：tc=374.1

3、5 ，pc=22.129MPa，临界焓 2095.2kJ/超临界压力下郎肯循环过程的TS图低于临界压力，水加热经过汽化过程，存在水和水蒸气共存状态；在临界压力或高于临界压力，水在加热过程中没有汽水共存状态，直接从水转变为蒸汽。超临界机组锅炉一、超临界压力下水和水蒸气的热物理特性在超临界压力区，水冷壁管内工质具有大比热容特性。在大比热容区，工质温度随吸热量变化不大；在大比热容区外，变化很大P=26MPa时水的热物性与温度的关系 压力对超临界压力水的比热的影响 二、超临界参数等级压力：pc超临界，超超临界是我国人为划分。国外技术资料Ultra Supercriticalhigh efficienc

4、y supercritical、advanced supercritical ，优化或高效、先进的超临界机组。超临界和超超临界区分二种观点、： 日本：24.1MPa/538/538超临界 24.1MPa/593/593超超临界 欧洲：24.7MPa/542超临界 27-28MPa/600超超临界 中国：27MPa/580/600；单机容量600MW(国际上：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。)压力按500 psi为一级，可分为：3500psi4000psi4500psi5000psi24.1MPa27.6MPa31MPa34.5MPa汽温按50 为一级，可分为：1

5、000 1050 1100 1150 1200 538 566 593 621 649 机组类型蒸汽压力M Pa蒸汽温度电厂效率%供电煤耗g/kWh亚临界机组17.0540/54038324超临界机组25.5567/56741300高温超临界25.0600/60044278超超临界机组30.0600/600/60048256高温超超临界30.070057215不同蒸汽参数机组经济性比较(锅炉出口参数)三、蒸汽参数对机组效率影响在超临界机组参数范围内，主汽压力提高1.0MPa，热耗下降0.13%-0.15；主汽温度提高10，热耗下降0.25-0.3；再热汽温提高10 ，热耗下降0.15-0.2；

6、采用二次再热，热耗可下降1.41.6。与同容量亚临界火电机组相比，超临界机组可提高效率2%-2.5%，超超临界机组可提高效率约5%。目前，世界上先进的超超临界机组效率已达到4749。而超超临界高温机组效率可达到5255。在性价比方面优于IGCC。国外部分超临界机组经济性超临界机组高温部件材料部件名称温度范围最高温度565最高温度600(625)最高温度625-650最高温度720高温再热器1%-2%CrMo钢9%CrMo钢奥氏体不锈钢9%Cr钢高温耐腐钢奥氏体不锈钢高温合金钢主蒸汽管、集箱、阀体2.25%CrMo钢9%Cr钢奥氏体不锈钢高温合金钢高温转子1%-2%CrMo钢9-12%Cr钢奥氏

7、体不锈钢9-12%Cr钢高温合金钢高温汽轮机内杠(HP/IP)外缸(HP/IP)1%-2%Cr钢1%-2%Cr钢9%-12%Cr钢1%-2%CrMo钢奥氏体不锈钢9%-12%Cr钢高温合金钢奥氏体不锈钢9%-12%Cr钢低压转子高纯度的3.5%NiCrMoV钢超高纯度的3.5%NiCrMoV钢四、超临界机组锅炉的发展1919年西门子公司根据捷克人马克.本生专利制造了世界第一台实验性超临界锅炉1949年前苏联安装了第一台超超临界直流锅炉试验机组，29.4MPa/600(12t/h)，后改造；1963年，第一台300MW，到1985年，187台投运。总功率6800万kW。单机功率，300MW、50

8、0MW、800MW、1200MW，蒸汽参数23.5MPa/540/540 1956年西德投运1台34MPa/610，容量88MW的超超临界机组1957年美国第一台，125MW，31MPa/621/566/566。到1980年共有166台机组投运，总功率1.1亿kW。其中，800MW以上107台，1300MW9台，参数主要为24.1MPa/538/538;1960年开始按设计参数运行的艾迪斯顿1号机34.3MPa/649/566/566(当时最高出力、压力、温度、效率)，8年后降压运行。日本1967年从美国引进第一台600MW机组，到1984年，共有73台投运。其中600MW机组31台，700M

9、W机组9台，1000MW机组5台，蒸汽参数24.1MPa/538/5662005年，超超临界机组的蒸汽参数：33.5MPa/630；预期2015年可达：40.0MPa/720，美国计划35MPa/760/760/760，发电效率高于55%乌克兰祖耶夫捷尔任斯基研究院（红旗电厂），多次获苏联劳动勋章。 1982年建立35MW试验锅炉中国超临界机组的发展60年代开始研究，上海重点办，西安交通大学，上海成套所80年代西交大建立超临界试验装置，压力28-30MPa，40MPa(适应超超临界)上海锅炉厂20世纪60-80年代自行研究开发直流锅炉；80-90年代引进国外技术；2000年以后技术转让、合作制

10、造、自行开发1987年部分引进瑞士Sulzer公司600MW技术，80年代末与ABB-CE公司合作制造石洞口二厂2600MW超临界机组直流锅炉，1998年与Alstom公司合作制造外高桥2900MW，2003年正式引进美国Alstom公司(原美国CE公司)600-1000MW超(超)临界锅炉成套设计和制造技术。我国超临界技术总体上比国外晚20-30年，但近年发展很快。三大锅炉厂典型超临界机组锅炉超超临界锅炉的形式DBC-1000MWHBC-1000MWSBC-1000MW锅炉参数26.25MPa/605/603 26.25MPa/605/603 27.56MPa/605/603 锅炉蒸发量30

11、3329503091技术支持巴布科克-日立（BHK）三菱（MHI）阿尔斯通（API）启动系统的形式循环泵+扩容器循环泵+扩容器循环泵+扩容器调温方式烟气挡板+喷水烟气挡板+摆动燃烧器+喷水烟气挡板+摆动燃烧器+喷水燃烧器的形式及配风方式HT-NR3燃烧器+扩大还原PM燃烧器+MACT同轴射流浓淡燃烧器LNCFS+SOF燃烧方式前后墙对冲燃烧双炉膛八角切圆双火焰单炉膛四角切圆火焰燃用煤种烟煤烟煤烟煤炉膛尺寸（m）33.973415.55846432.08415.6766.623.16023.16077.510炉膛容积热强度（kW/m）7982.765.93炉膛断面热强（MW/）4.54.554.

12、471炉膛下部及上部水冷壁的形式内螺纹管螺旋管圈+光管垂直管屏内螺纹管垂直管屏+光管垂直管屏光管螺旋管圈+光管垂直管屏磨煤机及制粉系统双进双出磨煤机，直吹式制粉系统中速磨煤机，直吹式制粉系统中速磨煤机直吹式减温水级数及总量二级8%三级7%三级锅炉制造厂东方锅炉（DBC）哈尔滨锅炉（HBC）上海锅炉（SBC）电厂山东邹县电厂浙江玉环电厂浙江宁海电厂玉环电厂1000MW机组锅炉最大连续蒸发量B-MCR： 2950 t/h额定蒸汽压力(过热器出口)： 26.25 MPa(a)额定蒸汽温度：605再热蒸汽流量B-MCR：2457 t/h再热器出口蒸汽压力B-MCR：5.07MPa(a)再热器出口蒸汽温

13、度B-MCR：603 给水温度B-MCR： 298 下部内螺纹垂直管屏，上部光管垂直管屏双炉膛直流燃烧器双切圆燃烧方式 邹县电厂1000MW机组锅炉旋流燃烧器前后墙对冲燃烧方式外高桥三期1000MW锅炉主蒸汽820.8kg/s (2,955 t/h) 29.7MPa (设计压力)605 0C再热蒸汽678.6kg/s (2,443 t/h)7.0 MPa (设计压力) 0C给水 297 0C煤种 烟煤光管螺旋管圈/光管垂直管屏直流燃烧器切向燃烧方式超临界机组锅炉水冷壁特点给水依靠给水泵压头在受热面中一次通过产生蒸汽，水变汽三阶段无固定分界点，汽温不易稳定。管内工质温度随吸热量变化，吸热量增加，

14、温度提高。如25MPa/540/540的超临界压力锅炉，水冷壁工质温度约提高98 。管内传热与工质的热物理特性密切相关，比体积和热导率等在拟临界温度附近的大比热容区急剧变化。热强度越大的管子或管屏流量越小，与自然循环汽包锅炉相反。变压运行：管内工质跨越亚临界、临界和超临界压力区。蒸汽参数(MPa/)25/540/58527/585/60030/600/62031.5/620/62035/700/720水冷壁材料F12T91NF616奥氏体钢铬镍合金机组效率(%)43.244.545.245.750超临界锅炉水冷壁管形式采用螺旋管圈垂直管圈方式螺旋管圈水冷壁是首先应用于超临界变压运行锅炉的水冷壁

15、型式。炉膛水冷壁采用螺旋管圈垂直管圈方式(即下部炉膛的水冷壁采用螺旋管圈内螺纹管，上部炉膛的水冷壁为垂直，利于穿墙和悬吊)，保证质量流速符合要求。水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁 水冷壁采用一次中间混合联箱来实现螺旋管至垂直水冷壁管的过渡光管垂直管屏水冷壁内螺纹管垂直管屏水冷壁光管螺旋管圈水冷壁内螺纹管螺旋管圈水冷壁给水省煤器炉膛下部水冷壁中间混合联箱(螺旋水冷壁出口联箱和垂直水冷壁进口联箱)炉膛上部水冷壁汽水分离器直流锅炉螺旋管与直管段联箱连接不同热负荷下含汽率与管壁温度特点一：内螺纹管不同流量下含汽率与管壁温度 特点二、螺旋管圈水冷壁热偏差小燃烧器燃烧器燃烧器燃烧器水冷壁出口介质温度垂直管布置

16、水冷壁螺旋上升式水冷壁热负荷前墙侧墙后墙侧墙前墙侧墙后墙侧墙流向流向流向流向螺旋管在盘旋上升的过程中，每根管子都经过炉膛下部高热负荷区域的整个周界，途经宽度方向不同热负荷分布的区域。因此，螺旋管的每个管子，以整个长度而言，热偏差很小 特点三、布置灵活，质量流速可选布置与选择管径灵活，易于获得足够的质量流速 螺旋管圈水冷壁所需管子根数和管径，可通过改变管子水平倾斜角度来调整，使之获得合理的设计值，以确保锅炉安全运行与水冷壁自身的刚性。 管子根数大大减少，流速可以提高，适应变压运行，保证水冷壁安全，而且这种减少水冷壁管子根数的办法不加大管子之间的节距，使管子和肋片的金属壁温在任何工况下都安全。螺旋

17、管圈与垂直上升水冷壁特性螺旋管圈垂直管圈水冷壁出口温度均匀性每个管通过炉膛四周，吸热均匀、温度均匀炉膛四周各部位吸热差异很大，需装节流圈水冷壁的安全性出口温度均匀，并采用内螺纹管依靠节流圈调节，难适应煤种等影响因素变化，影响水循环的可靠性和水冷壁安全性煤种变化和负荷变化的适应性质量流量选择有较大裕量，且不受节流圈限制，适应性强对所有负荷流量调节有困难，节流圈易结垢损坏，适应性较差水冷壁管质量流速选择的灵活性螺旋管的倾角可变，管子根数可变，流速选择范围大管子根数受炉膛尺寸的限制，流速只能通过管径来改变，灵活性有限制造、安装制造时间和难度长，但现场安装和调整需要总时间短需要现场调整节流圈，困难锅炉

18、运行的灵活性磨煤机、燃烧器的停投模式适应性强磨煤机、燃烧器的停投模式适应性差螺旋管圈单根水冷壁长(约为垂直管2倍)，阻力大；支撑结构和刚性梁结构复杂。建议参考资料樊泉桂，超超临界锅炉设计及运行，中国电力出版社，1010.8张磊，超超临界火力发电机组问答精选，化学工业出版社，2008.4补充内容二：四管爆漏四管爆漏锅炉四管水冷壁、过热器、再热器和省煤器。四管爆漏上述四种受热面由于过热、腐蚀、磨损等各种原因发生破裂、泄漏，导致受热管失效，甚至引起锅炉事故停炉。受锅炉运行工况影响最大的有10种：如短期过热、长期过热、飞灰磨损、焦块砸伤、吹灰器吹损等；受化学水汽品质影响最大的有8种：如氢脆、氧腐蚀、内

19、壁结垢腐蚀、应力腐蚀等；与材料本身、焊接质量直接相关的有4种(如高温蠕变、焊接缺陷等)。种类应力破坏水侧腐蚀火侧腐蚀冲蚀疲劳质量控制失灵机理短期过热碱性腐蚀低温腐蚀飞灰冲蚀震动疲劳维修清洗损坏高温蠕变氢损伤水冷壁腐蚀结渣冲蚀热疲劳化学变差损坏异种金属焊接点蚀煤灰冲蚀吹灰冲蚀腐蚀疲劳材料损坏应力腐蚀油灰腐蚀煤粒冲蚀焊接损坏四管爆漏的可能原因第二次爆管：时间：2006年10月31日位置：水冷壁大坝电厂300MW机组爆管情况统计浙能乐清电厂600MW锅炉高温管附焊件淮浙煤电风台发电公司四管爆漏统计原因分析磨损*焊缝质量过热腐蚀200MW30%26%16.5%3%300MW18.5%24.4%17.2

20、%3%*：主要是飞灰磨损，其次是机械磨损我国大容量发电机组锅炉事故引起的非计划停机时间占总停机时间的50%以上。锅炉四管爆漏引起的非计划停机时间占总停机时间的百分比：300MW机组38.1%200MW机组37.8%125MW机组42%美国四管爆漏占7%。磨损煤粉锅炉受热面的飞灰磨损和机械磨损，是影响锅炉长期安全运行的主要原因。 特征：受热面飞灰磨损泄漏、爆管有明显的宏观特征，管壁减薄，外表光滑。原因：造成飞灰磨损的原因有结构因素，设计、安装与检修的不足都可能导致，此外，煤种变化也是常见的原因。 位置：烟气走廊处弯头，过热器下弯头及管卡附近管和穿墙管部位；尾部受热面，喷燃器、吹灰器和三次风喷嘴附

21、近水冷壁。预防方法：主要是减小烟气走廊，均匀气流，受热面管子迎风面加装护板或涂耐磨涂料等。当然煤种是源头和重要原因。吹灰不慎引起受热面损伤也是常见的现象。 锅炉燃用煤质变差（热值4700大卡以下，灰分35%），尾部受热面、燃烧器喷口磨损减薄严重，加装防磨护瓦，受热面迎烟气面进行防磨喷涂。 护板低再管子吹损沟痕 中隔墙吹损沟痕 腐蚀腐蚀主要是管外的腐蚀和水品质不合格引起的管内化学腐蚀。受热面腐蚀机理复杂，要对管材进行金相分析烟气对管壁由于灰中的碱金属在高温下升华现象引起的高温腐蚀，水冷壁周围处于还原性气体，结渣引起高温腐蚀。尾部受热面的壁温低于酸露点引起的低温腐蚀。当给水品质不良、接触湿空气、含

22、氧超标引起管内化学腐蚀。 官外腐蚀与温度、气氛关系密切预防方法：改善炉内燃烧状况和烟气动力场，避免还原性气氛，控制局部高温，减少烟温偏差，控制燃料不良成分等低温腐蚀、堵灰管表面腐蚀、氧化层过热受热面过热指管材金属温度超过允许使用的极限温度，发生内部组织变化，降低了许用应力，管子在内压力下产生塑性变形，使用寿命明显减少，最后导致超温爆破。 长期过热和短期过热：长期过热指壁温长期处于设计温度以上而低于材料的下临界温度，超温幅度不大但时间长，管子发生碳化物球化，管壁氧化减薄，蠕变速度加快，最后导致脆裂爆管。短期过热指壁温超过材料的下临界温度，材料强度明显下降，在内压力作用下，发生胀粗和爆管现象。长期过热爆管主要发生在过热器和再热器的外圈和向火面；短期过热爆管常发生在过热器的向火面直接和火焰接触及直接受辐射热的受热面管子。过热爆管破口特征不一，但常见爆口粗糙，边缘为不平整的钝边，爆口处管壁厚度减薄不多。预防腐蚀的方法：主要是避免受热面高温，火焰偏斜，减少热偏差等。 过热爆漏管材：12Cr1MoV，规格：579。爆口：棱形，爆口处边缘管壁拉薄和撕裂。主要是长期过热，其次是短期过热，同屏热偏差 爆管、胀粗分割屏泄漏 焊接质量和拉裂焊接缺陷主要有裂纹、未焊透、未熔合、咬边、夹渣、气孔等，这些缺陷存在于受热面金属基体中，使基体被割裂，产生应力集中现象，逐渐使基体开裂并发展成宏