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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 (3)

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

第三章 苏联

一.     苏联超临界压力机组发展概况 [2225](3a)

二. 苏联超临界压力机组的若干特点 [19][23][25][56](3b)

1.蒸汽参数

苏联的
305080120万千瓦机组,蒸汽压力几乎全为255公斤/ 厘米2,即目前各国实用机组差不多的水平。最初主蒸汽温度确定为580℃,后来由于材料选择上碰到一些麻烦,下降为560℃,温度稍有下降的趨势。经过一段时间的之前实际运行证实,在材料问题未彻底过关的情况下,根据苏联燃料价格较便宜这个特点,将主蒸汽温度适度降低,采用美国那种540530℃的汽温是有利的。但有时也有例外情况,如苏联有一台80万千瓦机组,由于位于高燃料价格地区,故蒸汽温度定为560 ℃,而在低燃料价格地区则可以用540 ℃。这一点成了苏联选择主蒸汽温度的原则。如表 33所示。从表33看出,苏联3050万千瓦机组使用最多的蒸汽温度是565/ 570℃,80万千瓦机组565/545 545/545 各占一半,而120万千瓦则只采用545/545℃这一种蒸汽温度。迄今为止,苏联超临界压力机组基本上全部采用一次再热。

3-3 苏联超临界压力机组的蒸汽温度

单机容量

(万千瓦)

有炉型

585/570

565/570

565/545

545/545

种类

 比率%

 种类

 比率%

种类

比率%

种类

 比率%

30

11

1

9.2

7

63.6

 

 

3

27.2

50

2

 

 

1

50

 

 

1

50

80

2

 

 

 

 

1

50

1

50

120

1

 

 

 

 

 

 

1

100

总计

16

1

6.3

8

50

1

6.3

6

37.4

2. 炉体

苏联早期
30万千瓦机组中绝大多数采用双炉体结构,如ТПП—110,ТПП—210,ТПП—210A,ПК—39,ПК—50,ПК—41,ПК—411,ТГМП—114,ПК—41Ц。其中ТПП—110这种型号的30万千瓦机组,一个炉体布置过热器,另一个炉体布置再热器。这种炉体布置方式的缺点是当一个炉体发生故障时,整个机组要停机。而ТПП—210型机组则作了改进,两炉体完全对称布置,优点是当一个炉体发生故障时,机组仍可带部分负荷。5080万千瓦机组中П—49和ПП—2500/255Ж这两种型号的机组也采用过双炉体,不过均为对称布置的双炉体。

但从苏联超临界压力锅炉炉体发展的总趨势看,近年来生产的
30万千瓦及30万千瓦以上的机组均由双炉体改为单炉体。双炉体已不再生产。

3. 管圈结构 [56]

苏联超临界压力锅炉的管圈结构和其它国家如美、日、西德、英、和意大利的大不一样,它既不是拔伯葛系统UP直流锅炉和燃烧工程公司复合循环锅炉,以及福斯特—惠勒公司FW型锅炉那样的垂直管排,也不是本生直流锅炉和变压运行锅炉那种螺旋式水冷壁管圈,和苏尔寿锅炉的回带管屏也不相同。炉膛下辐射区有立式上升下降和立式上升两种管圈型式。中辐射区一般采用水平迂回上升。上辐射区有立式上升下降、水平迂回上升和立式上升三种。其中立式上升下降这种管屏已被淘汰,因水动力特性较差。如ТПП—110型机组下辐射区采用十次上升下降。ТПП—210型改为五次上升下降,但均不够理想。目前苏联用得最普遍的管圈型式是下辐射区用有点像FW型锅炉的立式上升管排。又称多次上升管屏,特点是炉内上升,炉外下降。而中辐射区和上辐射区主要采用水平迂回上升,也有少数采用一次上升。如用后者则和美国和日本的FW型锅炉的管圈结构相同了。现举ТПП—312,ТГМП—114,ТГМП—314和ТПП等型30万千瓦和其它大于30万千瓦机组常用的管圈型式,即下辐射区用立式上升管排,中和上辐射区用水平迂回上升管屏为例说明如下:

1)   ТПП—312和ТГМП—31430万千瓦机组锅炉[56]
这两种型式锅炉的管圈型式基本相同,但各部分的标高尺寸稍有差别(见图
3-1)。

3-1 是这两种机组锅炉下辐射区管圈的连接情况。图中右边的小图是下辐射区炉膛截面。分两个各自独立的汽水系统(图31 是这两种机组锅炉下辐射区管组的连接情况,图中右边的小图是下辐射区炉膛截面。分两个各自独立的汽水系统(图31中的①、②),各 占一半炉膛周界。每个汽水系统又分两个并联支流,故整台锅炉共有4个支流。每个支流工质依次流过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ流程,即有4次串联。流程间相连管组的连通管不受热。两个侧墙为流程Ⅰ,共有429根φ32x6平行受热管,管子节距为35毫米,在满负荷下流程Ⅰ的重量流速γω为1595公斤/ 2秒。流程Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ布置在炉膛的前墙和后墙,各由328根平行连接的管子构成。管径、节距和流程Ⅰ完全一样。重量流速稍高,γω为2390公斤/ 2秒。管组间连通管用φ159x18毫米管子,引出管的重量流速γω为2600公斤/ 2秒,供给管为1700公斤/ 2秒。顺序连接各流程间的混合联箱由φ273x36毫米管子构成,其重量流速γω为1700公斤/ 2秒。下辐射区前、后相应装设φ325毫米分配联箱和汇集联箱。下辐射区各元件,包括连通管、联箱、受热面管和混合联箱全部由12X1Mφ钢制成。根据某些锅炉运行经验(如ПК—41),高温烟气腐蚀主要发生在下辐射区出口的相变区,按苏联动力科学院建议,将流程Ⅳ布置在炉膛四角,因该处的热负荷较低,有利于降低高温腐蚀。来设计流程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ后没有上部总集箱,结果平行连接的回路也出现了如П型和管圈一样的水动力多值性问题。尤其是側墙的工况最差,因重量流速低和入口水温也较低。后来的设计在流程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ后都装上了上部总集箱,以确保下辐射区回路取得水动力单值性。

3-1右侧表示第一支流各管组的连接情况。由省煤器来的给水首先进入侧墙下联箱,工质受热上升,经过3 只立式布置的集箱,再经过总集箱流入第Ⅱ流程下联箱,工质受热上升,由上部集箱进入总集箱,到第Ⅲ流程的下部汇集联箱和分配联箱,依同样的顺序再通过第Ⅳ流程的出口集箱后,将工质送到中辐射区入口。


3-ТПП—312和ТГМП—31430万千瓦机组下辐射区管组连接图
(
图中各标高数据分数线以上是ТПП—312,以下是ТГМП—314锅炉的)


图3
-2是第2支流下辐射区管组的连接示意图。图 33表示上辐射区侧墙的管组连接情况。采用水平迂回上升管屏。中辐射区的情况和上辐射区基本相同,只不过没有折烟角部分,而是直的罢了。

下辐射区出口的工质,即过渡区出口工质,先流经对流过热器悬吊管再进入中辐射区。工质在进入中辐射区和上辐射区之前,应在每个汽水系统中进行充分的混合,并经蜘蛛形分配器分配到各管组
  中和上辐射区的重量流速为1900公斤/ 2秒。


 

3-2 ТГМП-31430万千瓦机组锅炉
2支流下辐射区管组连接示意图

 

3-3 ТГМП—31430万千瓦机组锅炉

          上辐射区侧墙的管组连接

 


这两种型号的锅炉,如果下辐射区出口的工质焓值过高会给高热负荷火焰区管子的工况带来不好的影响,因此应将其限制在
205x104焦耳/ 公斤范围内。

由于省煤器吸热量,即焓值较低(
15.5x104焦耳/ 公斤),因此在下辐射区后设置了外置式过渡区。

2)ПП—2500/ 255Ж型80万千瓦机组锅炉

管圈型式基本上和ТПП—
312和ТГМП—314型锅炉类似。下辐射区用立式上升管排,中和上辐射区为水平迂回上升管屏。同样侧墙为流程Ⅰ,侧墙下部形成小炉底。但Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ流程的布置方法和前面讲的两种炉型不同,不是由前,后墙中心向侧墙方向布置,而是自侧墙一边向炉膛中心方向流动。下辐射区混合联箱出口经蜘蛛形分配器下入中辐射区的双管带水平迂回上升管屏。每管带有42根平行连接管,双管带的入口联箱是共用的,而出口联箱则是分开的,然后工质经混合联箱入上辐射区入口联箱,上辐射区每条管路有四组半管带式水冷壁,每组半管带为26根平行管,宽约1000毫米。

 

3-4 蜘蛛形分配器

 

3-4 苏联80万千瓦机组锅炉的炉膛管圈结构特性

 

名称

下辐射区:立式上升管排(炉内上升,炉外下降)

中辐射区

上辐射区

流程Ⅰ

流程Ⅱ

流程Ⅲ

流程Ⅳ

水平迂回上升管屏

管子直径和壁厚(毫米)

Φ32x6

Φ32x6

Φ32x6

Φ32x6

Φ36x6

Φ36x6

每管路平行管数

125

123

130

130

84

104

平均焓增(大卡/公斤)

50.8

58.8

50.8

50.8

94

53

重量流速(公斤/2秒)

2020

1990

1950

1950

2080

1750

管材

                  12X1MΦ

出、入口联箱

             Φ219x36(12X1MΦ)

蜘蛛形分配器

Φ159x18

混合联箱

Φ325x45

 

第一部分 国外超临界压力机组发展概况 (3)

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

第三章 苏联

一.     苏联超临界压力机组发展概况 [2225](3a)

二. 苏联超临界压力机组的若干特点 [19][23][25][56](3b)

1.蒸汽参数

苏联的
305080120万千瓦机组,蒸汽压力几乎全为255公斤/ 厘米2,即目前各国实用机组差不多的水平。最初主蒸汽温度确定为580℃,后来由于材料选择上碰到一些麻烦,下降为560℃,温度稍有下降的趨势。经过一段时间的之前实际运行证实,在材料问题未彻底过关的情况下,根据苏联燃料价格较便宜这个特点,将主蒸汽温度适度降低,采用美国那种540530℃的汽温是有利的。但有时也有例外情况,如苏联有一台80万千瓦机组,由于位于高燃料价格地区,故蒸汽温度定为560 ℃,而在低燃料价格地区则可以用540 ℃。这一点成了苏联选择主蒸汽温度的原则。如表 33所示。从表33看出,苏联3050万千瓦机组使用最多的蒸汽温度是565/ 570℃,80万千瓦机组565/545 545/545 各占一半,而120万千瓦则只采用545/545℃这一种蒸汽温度。迄今为止,苏联超临界压力机组基本上全部采用一次再热。

3-3 苏联超临界压力机组的蒸汽温度

单机容量

(万千瓦)

有炉型

585/570

565/570

565/545

545/545

种类

 比率%

 种类

 比率%

种类

比率%

种类

 比率%

30

11

1

9.2

7

63.6

 

 

3

27.2

50

2

 

 

1

50

 

 

1

50

80

2

 

 

 

 

1

50

1

50

120

1

 

 

 

 

 

 

1

100

总计

16

1

6.3

8

50

1

6.3

6

37.4

2. 炉体

苏联早期
30万千瓦机组中绝大多数采用双炉体结构,如ТПП—110,ТПП—210,ТПП—210A,ПК—39,ПК—50,ПК—41,ПК—411,ТГМП—114,ПК—41Ц。其中ТПП—110这种型号的30万千瓦机组,一个炉体布置过热器,另一个炉体布置再热器。这种炉体布置方式的缺点是当一个炉体发生故障时,整个机组要停机。而ТПП—210型机组则作了改进,两炉体完全对称布置,优点是当一个炉体发生故障时,机组仍可带部分负荷。5080万千瓦机组中П—49和ПП—2500/255Ж这两种型号的机组也采用过双炉体,不过均为对称布置的双炉体。

但从苏联超临界压力锅炉炉体发展的总趨势看,近年来生产的
30万千瓦及30万千瓦以上的机组均由双炉体改为单炉体。双炉体已不再生产。

3. 管圈结构 [56]

苏联超临界压力锅炉的管圈结构和其它国家如美、日、西德、英、和意大利的大不一样,它既不是拔伯葛系统UP直流锅炉和燃烧工程公司复合循环锅炉,以及福斯特—惠勒公司FW型锅炉那样的垂直管排,也不是本生直流锅炉和变压运行锅炉那种螺旋式水冷壁管圈,和苏尔寿锅炉的回带管屏也不相同。炉膛下辐射区有立式上升下降和立式上升两种管圈型式。中辐射区一般采用水平迂回上升。上辐射区有立式上升下降、水平迂回上升和立式上升三种。其中立式上升下降这种管屏已被淘汰,因水动力特性较差。如ТПП—110型机组下辐射区采用十次上升下降。ТПП—210型改为五次上升下降,但均不够理想。目前苏联用得最普遍的管圈型式是下辐射区用有点像FW型锅炉的立式上升管排。又称多次上升管屏,特点是炉内上升,炉外下降。而中辐射区和上辐射区主要采用水平迂回上升,也有少数采用一次上升。如用后者则和美国和日本的FW型锅炉的管圈结构相同了。现举ТПП—312,ТГМП—114,ТГМП—314和ТПП等型30万千瓦和其它大于30万千瓦机组常用的管圈型式,即下辐射区用立式上升管排,中和上辐射区用水平迂回上升管屏为例说明如下:

1)   ТПП—312和ТГМП—31430万千瓦机组锅炉[56]
这两种型式锅炉的管圈型式基本相同,但各部分的标高尺寸稍有差别(见图
3-1)。

3-1 是这两种机组锅炉下辐射区管圈的连接情况。图中右边的小图是下辐射区炉膛截面。分两个各自独立的汽水系统(图31 是这两种机组锅炉下辐射区管组的连接情况,图中右边的小图是下辐射区炉膛截面。分两个各自独立的汽水系统(图31中的①、②),各 占一半炉膛周界。每个汽水系统又分两个并联支流,故整台锅炉共有4个支流。每个支流工质依次流过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ流程,即有4次串联。流程间相连管组的连通管不受热。两个侧墙为流程Ⅰ,共有429根φ32x6平行受热管,管子节距为35毫米,在满负荷下流程Ⅰ的重量流速γω为1595公斤/ 2秒。流程Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ布置在炉膛的前墙和后墙,各由328根平行连接的管子构成。管径、节距和流程Ⅰ完全一样。重量流速稍高,γω为2390公斤/ 2秒。管组间连通管用φ159x18毫米管子,引出管的重量流速γω为2600公斤/ 2秒,供给管为1700公斤/ 2秒。顺序连接各流程间的混合联箱由φ273x36毫米管子构成,其重量流速γω为1700公斤/ 2秒。下辐射区前、后相应装设φ325毫米分配联箱和汇集联箱。下辐射区各元件,包括连通管、联箱、受热面管和混合联箱全部由12X1Mφ钢制成。根据某些锅炉运行经验(如ПК—41),高温烟气腐蚀主要发生在下辐射区出口的相变区,按苏联动力科学院建议,将流程Ⅳ布置在炉膛四角,因该处的热负荷较低,有利于降低高温腐蚀。来设计流程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ后没有上部总集箱,结果平行连接的回路也出现了如П型和管圈一样的水动力多值性问题。尤其是側墙的工况最差,因重量流速低和入口水温也较低。后来的设计在流程Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ后都装上了上部总集箱,以确保下辐射区回路取得水动力单值性。

3-1右侧表示第一支流各管组的连接情况。由省煤器来的给水首先进入侧墙下联箱,工质受热上升,经过3 只立式布置的集箱,再经过总集箱流入第Ⅱ流程下联箱,工质受热上升,由上部集箱进入总集箱,到第Ⅲ流程的下部汇集联箱和分配联箱,依同样的顺序再通过第Ⅳ流程的出口集箱后,将工质送到中辐射区入口。


3-ТПП—312和ТГМП—31430万千瓦机组下辐射区管组连接图
(
图中各标高数据分数线以上是ТПП—312,以下是ТГМП—314锅炉的)


图3
-2是第2支流下辐射区管组的连接示意图。图 33表示上辐射区侧墙的管组连接情况。采用水平迂回上升管屏。中辐射区的情况和上辐射区基本相同,只不过没有折烟角部分,而是直的罢了。

下辐射区出口的工质,即过渡区出口工质,先流经对流过热器悬吊管再进入中辐射区。工质在进入中辐射区和上辐射区之前,应在每个汽水系统中进行充分的混合,并经蜘蛛形分配器分配到各管组
  中和上辐射区的重量流速为1900公斤/ 2秒。


 

3-2 ТГМП-31430万千瓦机组锅炉
2支流下辐射区管组连接示意图

 

3-3 ТГМП—31430万千瓦机组锅炉

          上辐射区侧墙的管组连接

 


这两种型号的锅炉,如果下辐射区出口的工质焓值过高会给高热负荷火焰区管子的工况带来不好的影响,因此应将其限制在
205x104焦耳/ 公斤范围内。

由于省煤器吸热量,即焓值较低(
15.5x104焦耳/ 公斤),因此在下辐射区后设置了外置式过渡区。

2)ПП—2500/ 255Ж型80万千瓦机组锅炉

管圈型式基本上和ТПП—
312和ТГМП—314型锅炉类似。下辐射区用立式上升管排,中和上辐射区为水平迂回上升管屏。同样侧墙为流程Ⅰ,侧墙下部形成小炉底。但Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ流程的布置方法和前面讲的两种炉型不同,不是由前,后墙中心向侧墙方向布置,而是自侧墙一边向炉膛中心方向流动。下辐射区混合联箱出口经蜘蛛形分配器下入中辐射区的双管带水平迂回上升管屏。每管带有42根平行连接管,双管带的入口联箱是共用的,而出口联箱则是分开的,然后工质经混合联箱入上辐射区入口联箱,上辐射区每条管路有四组半管带式水冷壁,每组半管带为26根平行管,宽约1000毫米。

 

3-4 蜘蛛形分配器

 

3-4 苏联80万千瓦机组锅炉的炉膛管圈结构特性

 

名称

下辐射区:立式上升管排(炉内上升,炉外下降)

中辐射区

上辐射区

流程Ⅰ

流程Ⅱ

流程Ⅲ

流程Ⅳ

水平迂回上升管屏

管子直径和壁厚(毫米)

Φ32x6

Φ32x6

Φ32x6

Φ32x6

Φ36x6

Φ36x6

每管路平行管数

125

123

130

130

84

104

平均焓增(大卡/公斤)

50.8

58.8

50.8

50.8

94

53

重量流速(公斤/2秒)

2020

1990

1950

1950

2080

1750

管材

                  12X1MΦ

出、入口联箱

             Φ219x36(12X1MΦ)

蜘蛛形分配器

Φ159x18

混合联箱

Φ325x45