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 (1c)

一.美国发展超临界压力机组的原因 [1]-[8]

二.美国各个时期超临界压力机组发展概况 [9]-[12]

. 单机容量

Bild

图1-2 美国各种单机容量超临界压力机组的台数
(截止1976年)

Bild

图1-3 美国各种容量超临界压力机组的容量比率
(截止 1976 年)


1976年为止,美国超临界压力锅炉各种容量机组的台数和容量比率如图 1-2和图 1-3所示。
  

四,蒸汽参数

1.蒸汽压力

到1976年为止,在美国生产的 117台,7773.4
万千瓦超临界压力锅炉中,只有2台机组的压力超过270公斤/厘米2,即:一台为菲洛电站 No6机组(316公斤/厘米2),另一台为爱迪斯顿 No1(352公斤/厘米2),其余98.3%机组压力均低于270公斤/厘米2)。其中246公斤/厘米2)级的占58.12%。美国在60年代生产的大多数超临界压力实用机组均为246公斤/厘米2级。从70年代开始,270公斤/厘米2级压力的机组剧烈增加。这可能和材料科学的进步有关系(表 1-3)。

表1-3 美国超临界压力锅炉的蒸汽压力


压力(公斤/厘米2

台数

比率(%)

352

1

0.85

316

1

0.85

>250-270

47

40.18

246-250

68

58.12

(截止 1976年)

2.蒸汽温度

美国超临界压力锅炉的蒸汽温度种类繁多。在 1957-1976年生产的117 台机组中,一次再热机组占绝大多数( 78.63%)。两次再热机组仅占21.37 %。蒸汽温度总的趨势是选538°C左右,以减少奥氐体不锈钢的用量。在一次再热机组中,又以538 /538 °C这种新汽和再热汽温相同的机组用得最多,共有51台,占一次再热机组总数的 55.4 %。在两次再热机组中,又以再热汽温逐步升高的 538 / 552 /566 °C这种机组使用得最普遍,共有12 台,占两次再热机组的 48 %(表 1-4)。

表1-4 美国超临界压力机组的蒸汽温度

一次再热机组

两次再热机组

蒸汽温度(°C)

台数

比率( %)

蒸汽温度 (°C)

台数

比率(%)

593/566

2

2.17

649/565/565

1

4

543/546

1

1.08

621/566/538

1

4

543/543

7

7.6

565/565/565

3

12

542/540

7

7.6

543/552/566

4

16

541/541

18

19.56

538/538/538

2

8

541/538

1

1.08

538/552/566

12

48

540/540

5

5.43

538/565/538

2

8

538/538

51

55.4

 

 

 

总计

92

78.63 *

总计

25

21.37 *

注:* 表示一次或两次再热机组的总比率

图1-4和图1-5表明,在美国的超临界压力锅炉中,一次再热机组除1964年外,占了绝对的优势.尤其是1973年以后的机组,几乎没有再采用两次再热的了.

 

Bild

图1-4 美国历年超临界压力机组各种再热方式的装机容量

Bild

图1-5 美国历年超临界压力机组各种再热方式的容量比率

五,美国超临界压力机组生产下降的原因

回顾美国电站锅炉的发展史, 其超临界压力机组的发展情况如图 1-6 所示, 像一座崎岖的高山。1967-1968年是其顶峰。1960年和1973年是另外两个较低的小峰。发展超临界压力机组,对美国电力工业的发展是有突出贡献的。但事物的发展很少是直线上升的。如1964年和1972年超临界压力机组生产的下降,换来了1967年和1968年,以及1973年生产的猛增。目前美国在超临界压力机组方面的退却,并不一定意味着这种机组会从此在美国消失和绝无东山再起的机会。下面根据文献资料的报导,进一步剖折一下美国超临界压力机组生产下降的情况和若干原因。

Bild
图1-6 美国历年超临界压力机组的装机容量、台数和平均单机容量

1 下降的情况(图 1-6)

美国超临界压力机组从1969年开始走下坡路,势如破竹,每况愈下。如在1968年时,超临界压力机组的装机容量为美国该年火电新增机组总容量的 60 %左右,但到了1972年,短短4 年多时间,便下降到只占 30 %多。由1313. 6万千瓦先猛跌到 900多万千瓦 ,再继续跳水到只有279.5万千瓦。1973年又回升到 39 %左右。但到了1975年又跌到 24 %。以后,超临界压力机组的生产,在美国就无声无息了。1979年美国国内总共只订购了18 台锅炉,总蒸发量为26043吨/时,无论从锅炉的台数和容量看,都是 1960年以来的最低水平,这些锅炉全部是亚临界压力机组。也就是说,已经下降到底了。后来又有少量回升。近年来资料上很少报导。有人估计,目前超临界压力机组在美国新增机组中的比例为 10-15%。据说,这种机组的生产暂时处于低潮,但对新型机组(也包括新型超临界压力机组)的研究和开发工作还在进行。

2 下降的原因

1)受到了美国爱迪生电力研究所统计资料的影响

1974年,美国爱迪生电力研究所发表了一份关于美国各种发电机组事故停机率和可用率的统计资料(表 1-5)。由于该研究所是美国的一家很有威望的研究机构,故对大机组的发展与否有不小的影响。

表 1-5 美国爱迪生研究所1974年公布的各种发电机组事故停机率和可用率


发电机组型式

事故停机率 ( %)

可用率 ( % )

0-8.9万千瓦(火电)

1.7

98.3

9-12.9万千瓦(火电)

3.3

96.7

13-19.9万千瓦(火电)

2.9

97.1

20-39.9万千瓦(火电)

4.4

95.6

39-59.9万千瓦(火电)

8.3

91.7

>60万千瓦(火电)

16.8

83.2

核电站

8.39

91.61

燃气轮机发电

24.4

75.6

受上述统计资料的影响, 美国70年代大机组的订货量骤降。如表 1-2所示,美国超临界压力机组的平均单机容量为 66.44万千瓦。虽然认定>60万千瓦机组的事故停机率高达16.8 % ,且可用率仅为83.2 %,故美国各电力公司都倾向于订购< 60万千瓦的机组,必然造成美国超临界压力机组生产的大幅倒退。


表 1-6 美国> 60万千瓦大机组存在的主要问题


锅炉
汽轮机 辅机
管朿故障
结渣与积灰
炉膛放炮
结构故障
剥落
锅炉调节系统
其它锅炉部件
叶片装置
轴承及润滑
振动
漏水
汽机调节
结构部件
发电机定子和转子
煤粉制备设备
送风机
引风机
再生式空气预热器
再循环风机
除灰设备
循环泵和给水泵

美国>60万千瓦大机组存在的主要问题如表1-6所示 。
爱迪生研究所分折产生事故的主要原因时认为,80 %以上的事故是锅炉起的。其中过热器事故占 29 % ,水冷壁事故占 22 % 。汽温越高,过热器事故越多;压力越高,水冷壁事故越多。从而错误地推导出,采用超临界压力机组是锅炉事故率增高的重要原因之一。锅炉的事故虽多,但平均捡修的时间较短。
汽机事故占全部事故的13%,其中控制阀事故占23%,振动占20%。叶片的事故率较低,但捡修时间较长,平均每次捡修约需500多小时,因此叶片事故是一种严重的事故。
发电机事故只占总事故率的4.3%,但每次事故的停机时间特别长。
有的学者在仔细研究这个问题后指出,美国爱迪生电气研究所的统计资料是片面的和不公平的。表现在以下方面:

2)混淆了大机组问题和超临界压力机组问题

上述大机组问题,超临界压力机组会碰到,但亚临界压力机组也同样会碰到。好比母鸡会下蛋,但绝不能据此謬断,下蛋的一定是母鸡一样。在蒸汽温度高时,过热器和炉膛水冷壁事故可能会比高压和超高压机组稍多一些,但也不能推断出,凡是比超临界参数低时,事故率就少的结论。理论研究和实际运行均表明,亚临界压力机组,由于在工质产生饱和的区域,有水和蒸汽共存的沸腾现象,此时蒸汽在蒸发热的作用下,焓和比容急剧增高,容易产生膜态沸腾。此时,事故率比超临界压力机组还要高。
美国1976-1977年对 60-82.5万千瓦燃煤电站的性能评价表明:采用新技术设计的大机组,可以达到较高的可用率。如采用了先进技术的 246 公斤/ 厘米2,538 / 552 /566 °C的超临界压力两次再热机组(再热温度逐次增加),它的可用率是随机组容量增大而增大,且其可用率的起始点位置也相对较高。而中等技术水平的 246公斤 /厘米2,538 /538 °C 一次再热机组,也有同样的倾向,只不过可用率的水平稍低一些。而采用落后技术的亚临界压力机组,则随机组容量增大,可用率下降(图 1-7)。

Bild

图1-7机组容量和运行可用率的关系 

3)忽视了燃料的区别

在表 1-5 的统计资料中忽视了燃料的不同。将烧油、气和煤粉的锅炉统称为烧化石燃料的火电机组。当时美国中、小容量的机组一般是自然循环汽包炉。大家知道,汽包炉在美国有悠久的发展历史,有丰富的设计、制造和运行经验。这类机组一般烧高热值的液体和气体燃料。与此不同的是,美国的超临界压力机组,由于发展历史相对较短,而绝大多数又是烧煤。如1957-1976年这期间生产的117台超临界压力机组中,烧煤的就占了90台(77 %)。美国的超临界压力机组由于发展速度过快,经验不足,炉内问题较多,锅内问题较少。这一切都说明,这些问题不是提高蒸汽参数引起的,和采不采用超临界技术无关。
后来,美国一些专家重新对 42.5-58.5万千瓦全烧油的亚临界压力汽包炉和超临界压力直流炉作了调查。在整个三年调查期内,两者之间的平均可用率没有明显的差别。
早期超临界压力机组的问题集中表现在机组可用率低。具体表现在由于缺乏设计经验,对部分结构考虑不够周到。同时也缺乏制造经验,奥氐体钢的焊接和捡验工艺不过硬,以及小R弯头制造工艺没过关、滥用两次再热机组、调峰性能差等。本书将在第Ⅳ 部分作专门介绍。