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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 (2)

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

第二章 日本[13-14](2)

一、日本发展超临界压力机组前的准备工作 [20](2a)

二、采用超临界压力机组的必要性 (2b)

三、日本发展超临界压力机组的可行性研究 [2b]

四、日本超臨界压力机组发展概况 [13-19](2c)

1.日本电站锅炉的发展趨势和当前世界总的发展趨势相吻合,主要发展大容量和高蒸汽参数机组。
 
单机容量的发展情况:在1955年时,日本最大单机容量锅炉只有6. 6万千瓦。但以后每隔2---3年提高一级,到1965年时便发展到了32. 5万千瓦。1969年达到60万千瓦,1974年单机容量增加到70-100万千瓦。到目前为止,依然稳定在100万千瓦。

在第二次世界大战前后的一段漫长岁月里,日本电站锅炉全为中压参数(45公斤/厘米2,450℃ )。直到1951年才开始在九州电力公司筑上电站首次用了次高压参数(60公斤/厘米2 ,485 ℃)。以后:1953年小野田电站为75公斤/厘米2 ,500℃ );1955年三重电站为90公斤/厘米2 ,510℃ );1956年劝田电站开始用高压机组(100公斤/厘米2 ,545℃ );1957年千葉电站开始采用超高压机组(130公斤/厘米2 , 545℃ ), 不久, 即两年后(1979年), 该电站便开始用上了亚临界参数机组(170公斤/厘米2 , 566/538℃ )。从那以后,新建机组几乎全为这种亚临界压力机组, 其中有的压力还高达 190公斤/厘米2。日本从1962年起研制超临界压力机组,作了两年的调查研究,写出了可行性报告。然后从美国B&W公司引进了一台60万千瓦超临界压力UP直流锅炉,装在姉崎电站No1机组。引进技术的同时,还组织力量进行技术消化和仿制。1967年12月1 日,日本首台从美国引进的机组顺利投运,两年之后,日本仿制的一台同容量的UP直流锅炉也在同一电站No2机组顺利投运。1968年3月,日本从美国CE公司引进了一台45万千瓦超临界压力复合循环锅炉,刚投运不久,日本三菱重工仿制的50万千瓦机组复合循环锅炉也顺利投运。这一切都表明,日本已有能力生产这种机组了。日本从此进入了大力发展超临界压力机组的时代。

日本在1967年时,火力发电事业已经有了长足的进步。截止该年3 月底止,已投运15.6-17.5万千瓦容量级的亚临界压力机组44台,22 -26.5万千瓦的机组23台。32.5-37.5万千瓦的机组10台,总装机容量达到了1470万千瓦。发电用电站的年平均供电热效率已进入世界最先进的行列。在上述亚临界压力机组中已有10台为直流锅炉。
 
表2-14 给出了日本超临界压力锅炉的发展情况。1967-1968年,日本共投运了三台超临界压力机组,其中有二台分别由美国B&W和CE公司引進裝在姉崎电站No1 和姬路第二电站No4, 三菱重工后来生产的那台装在知多电站No3, 总装机容量为155万千瓦。1966年开始建设的姉崎电站No2、新官津电站No1和No2机组已于1969年11 月和1972年4月陆续投运;1970年投运了二台,90万千瓦;1972年投运了10台,540万千瓦;1973年9台,440万千瓦;1974年投运10台,730万千瓦;1975年投运5台,365万千瓦。截止1975年,共计投运超临界压力机组46台,2700万千瓦,平均单机容量为58.7万千瓦。日本在短短7-8年时间就使电力工业获得了很大的发展。
 
日本的这些超临界压力机组采用的蒸汽参数和锅炉型式各异,但目的只有一个,就是积累在不同炉型和蒸汽参数情况下的运行经验。

日本发展超临界压力机组的时间较晚,可是发展速度非常快,已后来居上。日本对发展超临界压力机组有浓厚的兴趣,其实美国和西德比日本更早对超临界压力机组发生兴趣,不同的是,他们的兴趣由“浓”已开始变“淡”罢了。根本原因何在?现在流行着这样的解释:日本燃料资源缺乏,几乎全靠进口。又说日本进口的燃料主要是重油或原油,热值高,锅炉燃烧引起的炉内问题少,所以才热衷于发展热效率高的超临界压力机组。言下之意,美国煤炭和石油资源丰富,西德褐煤藏量也相当多,所以不太感兴趣了。这样的分折论断有一定道理,但并不全面。应根据提高电站热效率,降低热耗和煤耗,节约燃料费用和增加基建投资的比较,即根据发电成本和节约能源综合分折来加以区别。燃料价格是发电成本的一个重要构成部分,但并不等于发电成本。为此,日本发展超临界压力机组,燃料贵是众多原因之一,但绝不是唯一的原因。

在日本,由于人们重视技术情报,故方向看得准。因它广泛吸取别人的长处,加强试验研究,不断改进设计、工艺和运行水平、不断总结提高、果断地采用新技术,故没有超临界比亚临界机组和可用率低的评论,也没有大机组比小机组事故多的议论。

表2-14 日本超临界压力锅炉历年发展情况

 

年份

 

 

 

电站名称

 

机组号

 

单机容
量(万
千瓦)

 

蒸发量
(吨/时)

 

压力
公斤/厘米2

 

温度(℃)

 

燃料

 

炉型

 

制造厂

 

台数

 

总容量
(万千
瓦)

 

平均单机容量
(万千瓦)

 

1967—
1968

姉崎电站

1

60

1950

255

543/568

重油

UP

B&W

 

3

 

155

 

51.6

姬路第二电站

4

45

1320

246

538/552/566

重油

复合

CE

知多电站

3

50

1700

246

538/538

重油

复合

三菱

1969

姉崎电站

2

60

1950

255

543/568

重油

UP

日立

1

60

60

 

1970

海南电站

1

45

1380

255

543/554/568

重油

UP

日立

 

2

 

90

 

45

海南电站

2

45

1380

255

543/554/568

重油

UP

日立

 

 

1971

高砂电站

1

45

1380

255

541/554/568

重油

复合

三菱

 

 

6

 

 

320

 

 

53

高砂电站

2

45

1380

255

541/554/568

重油

复合

三菱

渥美电站

1

50

1700

255

543/541

重油

复合

三菱

鹿岛电站

1

60

1950

246

538/566

重油

复合

三菱

鹿岛电站

2

60

1950

246

538/566

重油

 

石川岛

姉崎电站

3

60

1950

255

543/568

重油

 

日立

 

 

1972

坂出电站

2

35

1190

246

538/566

重油,
天然气

复合

三菱

     

新官津电站

1

45

1380

246

538/552/566

重油

复合

三菱

渥美电站

2

50

1700

255

543/541

重油

复合

三菱

表2-14 日本超临界压力锅炉历年发展情况

 

年份

 

电站名称

 

机组号

 

单机容
量(万
千瓦)

 

蒸发量
(吨/时)

 

压力
公斤/厘米2

 

温度(℃)

 

燃料

 

炉型

 

制造厂

 

台数

 

总容量
(万千
瓦)

 

平均单
机容量
(万千瓦)

 

 

1972

尾就田电站

3

50

1700

246

538/538

重油

     

 

10

 

 

540

 

 

54

鹿岛电站

3

60

1950

246

538/566

重油

 

三菱

鹿岛电站

4

60

1950

246

538/566

重油

 

日立

袖浦电站

4

60

1950

246

538/566

重油

 

日立

海南电站

3

60

1850

246

538/554/568

重油

 

三菱

海南电站

4

60

1850

246

538/552/566

重油

 

日立

姉崎电站

4

60

1950

255

541/568

重油

 

石川岛

 

 

 

1973

大井电站

3

35

1200

250

538/538

重油

变压

川崎

 

 

 

9

 

 

 

440

 

 

 

48.8

坂出电站

4

35

1150

246

538/566

重油

 

三菱

坂出电站

3

45

1510

246

538/566

重油

 

三菱

新官津电站

2

45

1380

246

538/552/566

重油

 

三菱

尾就田电站

4

50

1700

246

538/538

重油

 

三菱

唐津电站

3

50

1700

246

538/538

重油

 

三菱

新仙台电站

2

60

1940

246

566/538

重油

 

三菱

姬路第二电站

5

60

1780

246

538/552/566

重油

复合

三菱

姬路第二电站

6

60

1780

246

538/552/566

重油

复合

三菱

 

 

 

1974

玉岛电站

3

50

1710

255

538/538

重油

UP

日立

 

 

 

10

 

 

 

730

 

 

 

73

川内电站

1

50

1710

246

538/538

重油

 

石川岛

西名古屋电站

5

50

1700

246

538/538

重油

 

三菱

富山新港电站

1

50

1700

246

538/538

重油

   

袖浦电站

1

60

1950

246

538/566

重油

   

知多电站

4

70

2350

256

543/541

重油

复合

三菱

袖浦电站

5

100

3180

246

538/566

重油

复合

三菱

鹿岛电站

5

100

3180

255

543/568

重油

复合

三菱

鹿岛电站

6

100

3180

255

543/568

重油

UP

日立

袖浦电站

6

100

3180

246

538/566

重油

UP

日立

 

年份

 

电站名称

 

机组号

 

单机容
量(万
千瓦)

 

蒸发量
(吨/时)

 

压力
公斤/厘米2

 

温度(℃)

 

燃料

 

炉型

 

制造厂

 

台数

 

总容量
(万千
瓦)

 

平均单机容量
(万千瓦)

 

 

1975

阿南电站

3

45

1990

246

538/566

重油

复合

三菱

 

 

5

 

 

365

 

 

73

西名古屋电站

6

50

1700

246

538/538

重油

复合

三菱

渥美电站

3

70

2300

246

538/538

重油

   

袖浦电站

2

100

3180

246

538/566

重油

   

袖浦电站

3

100

3180

246

538/566

重油

   
 

1976

相浦电站

2

50

1720

246

538/538

重油

     

2

 

110

 

55

东新泻电站

1

60

1940

246

538/566

重油

   

在1975年以前,日本70—75%的大容量超临界压力机组用于带基本负荷,以充分发挥高参数

大机组经济性好的优点。但在1975年以后,日本受到世界石油危机很大的影响。从那以后,日本电站锅炉发生了两个明显的变化。一个变化是改变了过去全部烧液体燃料和气体燃料的作法,加速了对燃煤大机组的研制,并投运若干台燃煤机组。另一个变化是热衷于变压运行机组的开发工作。

如日本三菱重工,已生产了多台容量从35、60、75万千瓦的变压运行机组。另外其它公司,如川崎公司、拔伯葛- 日立和石川岛播磨公司均有这样的机组投运,且运行情况良好。大多数变压运行机组锅炉的炉膛水冷壁是螺旋上升管圈,但也有例外,三菱研制了具有垂直管排的变压运行超临界压力锅炉。

表 2-15 到1976年为止,日本超临界压力锅炉的容量构成



项目



35万千瓦



45万千瓦
 



50万千瓦



60万千瓦



70万千瓦

 



100万千瓦

台数

3

9

12

16

2

6

比率(%)

6. 25

18.75

25

33.3

4.17

12.5

表 2-16 日本超临界压力锅炉的蒸汽压力 (截止1976)

蒸汽压力(公斤/厘米2)

台数

比率(%)

256

1

2.08

255

13

27.1

250

1

2.08

246

33

68.7

在日本超临界压力机组的各种容量中, 60万千瓦级的使用最多, 占33.3%; 50万千瓦其次,占25%, 再其次是45、100、和35万千瓦,用得最少的是70万千瓦。蒸汽压力均用目前实用机组通用的压力,其中又以246公斤/厘米2的机组占绝大部分(68.8%), 其次是255公斤/厘米2和250公斤/厘米2。蒸汽温度一次再热机组超过全部超临界压力机组的3/4。一次再热机组中又以538/566 和538/538 这两种占绝对优势。两次再热机组中以538/552/566 这种再热蒸汽温度逐步上升的机组用得最普遍。

表2-17 日本超临界压力锅炉的蒸汽温度(截止1976年)


一次再热机组

两次再热机组

蒸汽温度

台数

占一次再热机组
的比率(%)

蒸汽温度

台数

占两次再热机组
的比率(%)

566/538

1

2. 7

538/552/566

6

54. 5

543/568

6

16. 2

538/554/568

1

9. 1

543/541

3

8. 1

541/554/568

2

18. 2

538/538

12

32. 4

543/554/568

2

18. 2

538/566

15

40. 6

     

总计

37

77 *

总计

11

23 *

注: *表示占所有超临界压力机组台数的比率

  1. 日本各电站锅炉制造厂的超临界压力锅炉生产情况

从表2-4 可以看出,日本四大锅炉制造厂(三菱重工、拔伯葛—日立、石川岛播磨和川崎重工)都生产超临界压力锅炉。但它们的技术风格不一样,故炉型和容量也不同。如三菱重工和美国燃烧工程公司有技术协作关系,其产品承袭美国燃烧工程公司的技术,主要生产246公斤/厘米2级超临界压力复合循环锅炉。容量范围由35-100万千瓦。拔伯葛-日立公司和美国拔伯葛公司有技术协作,主要生产35-100万千瓦超临界压力UP直流锅炉。石川岛播磨公司和美国福斯特-惠勒公司技术协作,生产45-60万千瓦IHI—FW型锅炉。而川崎重工和西德锅炉联合制造公司(VKW)技术协作,生产具有螺旋式水冷壁的超临界压力变压运行锅炉。从七十年代起,日本上述锅炉制造厂共同的特点是对变压运行锅炉产生了浓厚的兴趣。均向这个方向发展。三菱公司已制造出60-70万千瓦的变压运行锅炉。而拔伯葛-日立公司和石川岛播磨公司也生产出60万千瓦的变压运行锅炉(表 2-18)。
 
图2 -14是1962-1973年日本各锅炉制造厂的超临界压力锅炉的生产情况。三菱重工不管生产的机器台数和总装机容量方面均占优势。


表 2-18 日本各锅炉制造厂的超临界压力锅炉生产情况

炉型

三菱重工

拔伯葛—日立

石川岛播磨

川崎重工

UP炉

 

35—100万千瓦

   

复合循环锅炉

35---100万千瓦

     

IHI—FW炉

   

45—60万千瓦

 

螺旋式水冷壁
变压运行锅炉

60—70万千瓦

60万千瓦

60万千瓦

35万千瓦


图2-14 日本1962-1973年各锅炉制造厂的超临界压力锅炉生产情况

表2-19 日本几台60和100万千瓦超临界压力机组的特性

 

袖浦电站No.1

海南电站No.3

鹿岛电站No.5

鹿岛电站No.4

袖浦电站No.2

单机容量(万千瓦)

60

60

100

100

100

压力(公斤/厘米2)

246

246

246

246

246

汽温( ℃ )

538/566

538/552/566

538/566

538/566

538/566

真空度(mmHg)

722

722

722

722

722

蒸发量(吨/时)

1900

1850

3180

3180

3110

发电热效率(%)
(供电热效率)

液化气39(38)
油  39(38)

40. 3(39. 5)

40. 7

40. 7

液化气39.4(38.4)
油 40. 4(39. 2)

 

液化气

10817

重油 10200

10200---10800

10200---10800

10817

重油、
原油

11400

原油10700

 

11400

10500---11000

11400

压力(公斤/ 厘米2)

255/43. 6

255/72.7/23.6

255/44.5

255/44.6

255/43.5

汽温 (℃ )

553/568

541/554/568

543/568

543/568

543/568

设计效率

液化气

85. 93

       

重油、原油

87. 13

87. 6

87. 89

87. 47

87. 13

过热器型式

立式悬吊式

卧式

立式

立式

立式悬吊式

再热器型式

卧式悬吊式

一级卧式
二级悬吊式

卧式悬吊式

卧式悬吊式

卧式悬吊式

炉膛型式

双炉膛

双炉膛

双炉膛

单炉膛

双炉膛

燃烧器布置方式

角式40只

角式40只

角式40只

对冲64只

角式40只

燃烧器容量

液化气3600
标米3/时

     

5260标米3/ 时

主蒸汽温度调节方式

喷水

喷水

喷水

喷水

喷水

降低NOX的措施

二段燃烧烟气混合

 

再热汽温调节方式

 

烟气再循环
摆动燃烧器
喷水

一级喷水
二级烟气再循环
摆动燃烧器

 

烟气再循环

 

烟气再循环

烟气再循环
摆动燃烧器
喷水

吹灰器型式

 

蒸汽

空气

空气

 

空气预热器型式

再生式+蒸汽式

再生式+蒸汽式

再生式+蒸汽式

再生式+蒸汽式

再生式+蒸汽式

锅炉控制方式

锅炉汽轮机协调装置

燃烧器控制装置

只数控制

只数控制

只数控制

远距离操作监视

只数控制