国外超临界压力火力发电机组

江河水编译

目录

第一部分 国外超临界压力机组发展概况

第一章 美国


一.美国发展超临界压力机组的原因
1.超临界比亚临界压力机组具有更好的技术经济效益
2.节约能源
3.适应大机组发展的需要

.美国各个时期超临界压力机组发展概况
三.单机容量
四、蒸汽参数
五、美国超临界压力机组生产下降分折


第二章 日本

一.日本发展超临界压力机组前的准备工作
二、采用超临界压力机组的必要性和可行性研究 (2b)
三.日本超临界压力机组发展概况

第三章 苏联

一.苏联超临界压力机组发展概况
二.苏联超临界压力机组的若干特点
三.
苏联各种容量进超临界压力锅炉的特性 (3c)


第四章 西德


一、西德超临界压力机组发展概况 [57]-[61 (4a)
1. 西德电力工业发展情况
2.西德超临界压力机组的特点[60],[62

二a.西德各个时期生产的超临界压力典型机组(4b)
二b
.西德各个时期生产的超临界压力典型机组(4c)(续前)

第二部分 大机组的单机容量和蒸汽参数

第一章 单机容量

一.美国电站锅炉单机容量的发展概况
1.美国各个历史时期的发展情况
2.美国火电设备单机容量下降的原因

二.其它国家电站锅炉单机容量发展概况(包括日本、苏联、西德和英国)
三.发展大容量机组的优点
四.若干国家机组容量发展的比较

第二章 蒸汽参数

一.若干国家蒸汽参数发展历史的回顾
二.蒸汽参数发展的总趨势

第三部分 各种超临界压力锅炉的炉型特点和典型机组概况

第一章 超临界压力UP直流锅炉

一.发展历史回顾
二.设计中的若干具体问题
1.工质流程
2.炉膛结构

三.典型机组概况

第二章超临界压力复合循环锅炉

一.概述
二.主要特点
三a.设计中的若干具体问题

三b.设计中的若干具体问题(续前)
四.典型机组概况

第三章 超临界压力苏尔寿锅炉

一.发展历史回顾
二.主要设计特点
三.典型机组概况


第四章 超临界压力FW型锅炉

一.主要特点
二.典型机组概况


第五章 变压运行的超临界压力锅炉

一.对变压运行超临界压力机组的概述
二.变压运行超临界压力机组的基本技术
三.典型机组概况

第四部分 国外早期超临界压力机组的运行情况及其主要技术问题

第一章 国外早期超临界压力机组的运行情况

一、概况
二、早期机组运行不隹的征兆-可用率低
三、早期机组调峰性能差
四.早期机组啟动热量损失大,啟动时间长
五、运行费用偏高
六、发电成本高


第二章 国外早期超临界压力机组的主要技术问题

一 设计问题
二 制造工艺问题
三 钢材问题
四水处理问题
五 阀门问题


第五部分 发展超临界和亚临界压力机组的经济和技术比较

第一章 发展超临界和亚临界压力机组的经济性比较

一.经济性比较的方法和侧重点
二.燃料消耗的比较
三.基本建设费用的比较
四 发电成本的比较
五 经济比较的结论


第二章 超临界和亚临界压力机组的技术比较较

一.超临界压力机组的可靠性问题
二.技术比较的结论

 

第一部分 国外超临界压力机组发展概况 (1)

(1)(2)(3)(4)

第一章   美国 (1a)

一.美国发展超临界压力机组的原因 [1]-[8]

美国在50年代初期, 国民经济增长很快, 对电力工业的发展提出了较高的要求。当时(1951年左右), 美国装机容量已达到 8285万千瓦 ,发电量为本3887 亿度。比苏联,日本等国高 5—6 倍。火电设备的最大单机容量已上升到 15万千瓦左右。并开始了研制和发展超临界压力机组,其原因主要有以下几点:
 
1
. 超临界压力机组比亚临界压力机组具有更好的技术经济效益

如前所述,美国从40年代起就开始采用了亚临界压力机组,经过多年的发展,取得了丰富设计,制造和运行经验。并从1955 年正式开始在大机组中采用亚临界压力机组。亚临界压力机组的装机容量迅速增长,如1955 年投运了 5 台,共90万千瓦;到 1956 年机组的数量不增加到了16 台,装机容量达到 300万千瓦;1957年,又增加40台,共866万千瓦。初步尝到了提高蒸汽参数的甜头。因为亚临界压力机组比高压或超高压机组的电站热效率高得多。美国当时并没有满足于现状。当他们从情报资料中得知,西德正在加紧研制一台8万千瓦 250 /时,300大气压,600/ 560 / 560 °C 的超临界压力工业背压机组时,美国也立即组织力量,投入了超临界压力机组的研制工作。在西德许尔斯化工厂第二自备电厂N1的世界首台超临界压力工业背压机组投运的第二年(1957 年),美国菲洛电站N.6机组-当时世界公共电站第一台超临界压力机组也顺利投运。理论研究和工业实践均表明,超临界压力机组比亚临界的更优越,技术经济效果更好。

2
.节约能源

由于超临界压力机组的热耗和煤耗低,一般情况装机容量100万千瓦的电站,与亚临界压力机组相比,每年可节约燃料 6—9  万吨。经济性好,激励了美国各电力公司争相订购超临界压力机组的热情。

3 适应大机组发展的需要

美国火电设备的单机容量上升很快,这和蒸汽参数的提高有直接的关系。1962 年以前,50 万千瓦以上的机组主要为亚临界压力机组。但在获得第一批投运的另外4 台超临界压力机组的运行经验后(指:阿逢,爱迪斯顿,布里德和菲利普斯蓬电站),电力公司便中止了对亚临界压力机组的订购量。如在 1963—1964年,除 2台机组外,另外 28 台机组全部订购了超临界压力机组。在1963-----1964年还有9台单机容量小于 50万千瓦的机组(30---40万千瓦)也订购了超临界压力机组。
在美国
1964 年以来投运的单机容量在 30万千瓦以上的机组中,亚临界压力的有 43台,合计容量 1982.9 万千瓦;超临界压力的有 42 台,合计容量 2410.1 万千瓦。超临界压力机组占美国 1964 年以来预定运行总火力发电量的 75---80 %
美国当时选择蒸汽参数的原则是,超过
50万千瓦的机组用超临界,30 万千瓦以下的用亚临界;30 ---50 万千瓦之间的,可根据燃料价格和发电成本来决定所采用的蒸汽参数等级。

二.美国各个时期超临界压力机组发展概况 [9]-[12]

1-1是美国各个时期的超临界压力机组的生产情况, 1-2美国超临界压力机组锅炉的炉型发展概况。

150年代
 
美国于1957年和1959年先后投运了两台超临界压力机组。美国菲洛电站 N6 是世界上公共电站的第一台超临界压力机组 12.5 万千瓦,316公斤/厘米2621 / 566 / 538°C),采用UP直流炉锅炉,该锅炉由美国拔伯葛公司制造。另一台是阿逢电站是第二台超临界压力机组,单机容量比菲洛电站 N6 大一倍为25万千瓦。但蒸汽参数比前者明显降低,为253公斤 /厘米2 593 /566 °C

260年代

总的来讲,这是美国超临界压力机组发展最快的
10 年。但发展也不是直线上升的。60年代一开始,即1960 年,美国继菲洛和阿逢电站的这两台机组后,一下又投入了 5 台大机组。它们是布里德,克利夫兰,爱迪斯顿和菲利普斯蓬等电站。加上1957年和 1959 年的那两台,共计七台早期试验机组,其中有四台选用苏尔寿回带管屏管圈的超临界压力锅炉,另外三台为UP 直流锅炉。有两台的蒸汽参数选得特别高,其余机组压力为250公斤/厘米2,温度为害 593 / 566 °C 或为 565 / 565/ 565 °C的两次再热机组。这些机组全为燃煤机组。分别由美国拔伯葛公司和美国燃烧工程公司制造。这几台机组投运后,由于缺乏经验,出了一些技术问题。经过这些机组的建设,运行和实际效果的研究,认为按当时的技术经济条件,应该将实用机组的蒸汽参数选得稍微低一些,故美国在1964 年后确定将蒸汽参数降低为 246 公斤/厘米2,温度为 538°C

1964 年开始,特别是 1966 年以后,美国再次开始大规模发展超临界压力机组。如 1966—1970年,美国当时原只计划发展超临界压力机组 50 台,总装机容量约为 3060万千瓦。但由于这些机组投运后,技术经济效果特隹,吸引了各大电力公司踊跃订购。实际投运的机组数量达到 79 台,总装机容量达到 5030.4万千瓦。机组数量比原计划多了 29 台,装机容量多发展了 1970.4 万千瓦。另一个显著的特点是超临界压力机组的平均单机容量也增长得很快。

在美国
60 年代初期作为第一代产品投运的超临界压力机组中 ,在设计时有意识地选了几台机组,采用非常高的蒸汽参数。显然是把它们作为试验机组,具有开发新技术的目的。仅以基建投资为例,爱迪斯顿电站 N1 机组的投资为 238美元 / 千瓦,而当时一般亚临界压力机组的投资仅为 150美元 / 千瓦。超临界压力机组费用高昂的原因是它必须使用很多价格很贵的奥氐体不锈钢材料。
为降低造价,随后造了一些蒸汽参数稍低一点的超临界压力机组,这些实用机组,大大抑制了奥氐体不锈钢的用量的增加,制造上的一些技术问题得到某种程度的缓和,运行上的问题也大为减少。但若和亚临界压力机组相比,所需的的奥氐体不锈钢数量仍偏高。为了进一步减少基建投资,美国从1964 年以后投运的超临界压力机组的主蒸汽温度一般为538°C。这样一来,它比早期机组的电站热效率稍有降低,但却大幅度地减少了奥氐体不锈钢的用量,降低了投资费用,并节省了机械加工工作量。从而使这种机组的运行技术和过去的亚临界压力机组大致相同。

美国
1965 年时超临界压力机组在新增机组中的比例达到 18%,但其比例仍低于高压机组( 127 公斤/ 厘米2);而当时亚临界压力机组达到 52%。到 1966 年后,超临界压力机组的比例上升到 50%;同期亚临界压力机组却降为 30%。到 1967 年,超临界压力机组又进一步增加到 57%(见图 1—1)。

从表1-1 和图1-1可看出,美国真正大力发展超临界压力机组是在 1966 年,即在第一台机组投运的 10 年以后,此时已完成了第一和第二代产品的研究和试运行,取得了丰富的经验。美国在1966 年一年内就投运了 13 台超临界压力机组,合计容量为 761.3万千瓦,但平均单机容量只达 58.5万千瓦。炉型主要为UP 直流锅炉。苏尔寿炉已被淘汰。此时的绝大部分产品由美国拔伯葛公司制造。其中有三台复合循环锅炉则由美国燃烧工程公司生产。

         Bilderkl.           

  1-1  美国1965-1970年各种蒸汽参数机组占新增机组总容量的百分比

1967年和 1968 年,美国超临界压力机组的发展达到了顶峰。1967年投运了19台,1062.5万千瓦,平均单机容量比1966年稍微降低了一些,这是因为当时复合循环锅炉大量投运,而复合循环锅炉的单机容量不大的缘故。在这两年内,UP直流锅炉的地位已由绝对垄断降为次要的地位。如在美国1977 年投运的19台机组中,UP直流锅炉仅占7台,复合循环锅炉却增加到11台。在 1967 年,美国还研制成功了一台FW型锅炉,装在美国米楚德电站N3机组(58.5万千瓦,1800 / 时,250 公斤/厘米2538 / 538°C)。到1968 年,美国又投运了三台FW型锅炉。它们是罗赛逊电站N358.5万千瓦,1810 / 时,256 公斤/ 厘米2541 / 538°C)、维罗。格林电站N358.5万千瓦,1840 / 时,270公斤 /厘米2541 / 538°C)和赫德森电站 N362万千瓦,1800 / 时,250公斤/厘米2538 / 552 / 565°C)。1968年共投运21台机组,1313.6万千瓦,平均单机容量上升到67.2万千瓦。在这21台超临界压力机组中,复合循环锅炉占14台,909.6万千瓦,FW型锅炉的地位进一步上升,超过UP直流锅炉居第二位。

1969
年共投运14台,959万千瓦,平均单机容量为68.5万千瓦。其中复合循环锅炉8台,FW型锅炉4台,UP直流锅炉2台。美国在60年代共生产超临界压力锅炉76台,4708.4万千瓦。主要采用UP直流锅炉和复合循环锅炉。UP直流锅炉共生产了 31台,1692万千瓦,平均单机容量为54.6万千瓦。复合循环锅炉从 1965年超才开始投运,到1969年,共投运了37台,2414.3 万千瓦,平均单机容量为65.2万千瓦。

3.70年代

截止1976年,美国在70年代超临界压力机组的发展方面,由于种种原因,开始走下坡路。表现在以下几方面。

1). 美国燃烧工程公司从1972年起很少再生产超临界压力锅炉。在1970---1971年该公司还生产过13台,10205万千瓦,平均单机容量 78.5万千瓦。该公司有人说:“...对超临界参数,由于阀门数量多且易于泄漏,控制复杂,可用率低等缺点,认为不宜发展。”又说:“那怕对大于60万千瓦的大机组,同样因可用率问题,还有订货量不足等问题,也不宜大力发展。从可用率看,最适宜发展30---35万千瓦机组。但因其初投资和运行费用大,当时以60万千瓦的订货为最多。”实际情况却并非如此。因为,从60年代以来到1976年为止,美国燃烧工程公司共生产了50台,总计容量达3435.4万千瓦的超临界压力复合循环锅炉,占当时美国全部超临界压力机组容量的 44.2%,台数的 42.8%。如果真的有这样多问题的话,该公司早就该倒闭了。这件事情本身说明,超临界压力机组仍有非常旺盛的生命力。而美国燃烧工程公司对超临界压力机组生产产量的削减,有自已的考虑。真正的原因需进一步探讨。从一些情报资料信息得知,该公司正组织力量研究煤的综合利用,如:煤的气化和液化、气/ 汽透平联合循环发电和其它新能源和高效发电方法。并大力发展核电。很可能暂停超临界压力复合循环锅炉的生产只是权宜之计。

2) 拔伯葛公司的UP直流锅炉向更大容量发展。1970----1971年,该公司暂停了前一阶段UP直流
锅炉的生产,但从
1972年开始,新投运的UP直流锅炉的单机容量均为目前世界上最大容量的机组
130千瓦)。

3
美国使用较多的超临界压力锅炉为FW型锅炉。从 1967年第一台投运到 1976年已生产了共26 台,1868.5万千瓦,平均单机容量为 71.86万千瓦。