.STYLE6 {font-size: 12} .STYLE7 {font-size: 12px; font-weight: bold; } .STYLE11 {font-weight: bold} -->
 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

第三部分 各种超临界压力锅炉的炉型特点和典型机组概况 (3)

(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)

第一章超临界压力UP直流锅炉

第二章超临界压力复合循环锅炉 [164]—[186]

一.概述 [164]

1.复合循环锅炉的产生过程

美国燃烧工程公司(简称美国CE公司)和瑞士苏尔寿公司技术合作,根据辅助循环汽包炉和直流炉的经验,并综合这两种炉型的优点,发展而成超临界压力复合循环锅炉(图2—1)。

图2-1 超临界压力复合循环锅炉的产生过程

 

图2-2 美国CE公司生产的亚临界压力辅助循环汽包炉和超临界压力复合循环锅炉 热力系统的比较


故有人说,复合循环锅炉等于辅助循环汽包炉加上直流锅炉。即这种超临界压力复合循环锅炉,在低负荷时靠循环泵使锅水循环,而在高负荷时自动切换成直流锅炉的运行方式。由于蒸汽性质所定,辅助循环汽包炉的最高压力只能用到亚临界压力。欲将压力升至超临界压力,只有应用直流锅炉。一般直流锅炉的最低允许给水量为最大连续负荷时的30%左右。当锅炉的负荷降到最低允许负荷以下时,便难以确保炉膛水冷壁管内的流量。其作部分流量通过旁路装置,而不是通过凝汽器。所以一般直流锅炉(如苏尔寿锅炉),为了回收啟动旁路流体的热量,必须设置高价的热回收装置。就是装设有这样的装置,依然会有相当部分的热量损失产生。一般直流锅炉低负荷运行性能不良,当锅炉负荷低到额定负荷的25—30%以下后,啟动和运行都较困难。因为啟动热量损失巨大,还需要高昂的旁路系统设备费用。同时,压力损失也很大,结构复杂,难以保持炉膛水冷壁温度的均匀。由于直流锅炉上述的缺点,防碍其向更大容量发展。超临界压力复合循环锅炉便是在这样的背景下产生的。

图2—2是美国CE公司生产的亚临界压力辅助循环(又称低倍率循环)汽包锅炉和超临界压力复合循环锅炉热力系统的比较。从图中可以看出,超临界压力复合循环锅炉在高负荷和额定负荷时按直流方式运行,在低于某一负荷(例如60—80%额定负荷)时按辅助循环(或称低倍率循环)方式运行。这种锅炉的再循环泵装在混合球和水冷壁中间,在省煤器后面装有混合球。再循环管路指从水冷壁出口到混合球之间的一段管路。

2.复合循环锅炉的基本原理 [6]

水冷壁中的阻力△Psb随着锅炉负荷的降低而减少,即低负荷或啟动时水冷壁出口压力增大,而循环泵的压力是不变的(即压头△Pshp恒定)。当锅炉负荷低于某一负荷时△Pshp>△Psb, 即水冷壁出口压力大于再循环泵进口压力,部分工质流经再循环管路进入混合球,与来自省煤器的给水混合后进行再循环。水冷壁中的工质流量为给水和再循环流量之和,锅炉按辅助循环方式运行。反之,当锅炉负荷增加到某一负荷时,水冷壁阻力△Psb增加(水冷壁出口压力减小)到再循环泵进口压力相等时,由于两个压头相等,再循环管路中的流量为零,锅炉便自动切换成直流运行。

3.复合循环锅炉的发展情况

美国是世界上最早研制、发展和应用超临界压力复合循环锅炉的国家。主要生产厂商是燃烧工程公司。机组的单机容量从35万千瓦到113万千瓦。蒸汽参数绝大多数为246公斤/厘米2,538/ 538℃,只有极少数的压力高到270公斤/厘米2。有少数机组选用两次再热。两次再热机组多用再热汽温逐步增高方式,如538/552/566℃。
这种锅炉的特点为炉膛中布置两级或三级串联的一次上升膜式水冷壁。水冷壁管直径一般为32毫米,比UP炉的大一些。在水冷壁进口前加装循环泵。
日本三菱重工生产的超临界压力复合循环锅炉主要有45、60、70和100万千瓦等几种容量级。过去全部烧油,现已开始生产烧煤的机组。蒸汽参数和美国标CE公司相同。该公司制造的超临界压力复合循环锅炉占了日本全部超临界压力锅炉的一半以上。
苏联塔干罗格锅炉厂生产30和120万千瓦这两种容量级的超临界压力复合循环锅炉。尽管起步晚,但发展却相当迅猛。
欧州首台超临界压力复合循环求 是意大利安莎尔多公司生产的。容量为60万千瓦,安装于斯培西亚电站No4机组。

二.主要特点[164],[165],[169]

1.比一般直流锅炉的啟动旁路系统简单

啟动时由于循环泵动作,锅水循环,炉膛水冷壁管内有足够的流量,从而确保了水冷壁的冷却。此时锅炉的给水量为啟动时必须的最小流量(相当于满负荷运行时的5—10%),而一般直流锅炉则必须用30%容量的旁路装置和热回收装置。因此这种锅炉的啟动热损失非常小。
可在锅炉出力很低时啟动汽机,不需要保护再热器的旁路系统,采用相当简单的啟动系统来产生低压蒸汽预热、冲转和同步汽机。这种啟动系统不管是对冷态或热态啟动均适用。除可取消一般直流锅炉的旁路系统外,还可取消冲洗及啟动控制温度的辅助系统。并可减少过去必备的大容量过热器旁路系统和汽机旁路系统。总而言之,这种锅炉啟动时可以采用小容量的旁路系统,简化了啟动操作,节省了设备费用。

2.低负荷运行安全

因有循环泵,可确保炉膛水冷壁内流体具有充分的流速,在低负荷时将水冷壁出口工质通过一混合球达到均匀混合,再回到泵的入口进行再循环。高负荷时停止循环变为直流。循环倍率随负荷变化而变化。例如,在啟动时(5%额定负荷),循环倍率K≈4,30%負荷時K≈2,而到65%負荷時便转为直流方式运行,此时K≈1[6]。这样的流量特性对水冷壁的安全工作是很有利的。又因为设置了节流孔板,锅水流动稳定,不必担心因水循环问题而引起炉膛水冷壁管的烧坏和爆管。
一般的直流锅炉,低负荷运行性能非常差。负荷 >30%后,随着负荷的增加入口流速呈直线地很快增加,且斜率较大(图2—3)。复合循环锅炉在啟动和低负荷运行时,水冷壁靠循环泵来保护,此时炉膛水冷壁的进口速度约在1—1.3公尺/ 秒。无论给水多少都能维持上述流速不变。如图所示,当负荷升高到65%时,即达到图中的转换点,循环泵停止工作,全部由给水保护水冷壁。循环泵起了一种类似于压泵的作用。

图2—3 超临界压力复合循环锅炉的负荷和水冷壁入口流速的关系

图2—4意大利斯培西亚电站No。4机组60万千瓦锅炉的工质流程

3.可选择较低的工质重量流速

一般超临界压力复合循环锅炉按切除循环泵时的负荷来选取水冷壁的工质重量流速,从而降低额定负荷时的重量流速,降低水冷壁的阻力(减少10—20大气压)。与一般的直流锅炉比较,由于减少了蒸发受热面的压差,从而也减少了整台锅炉的压力降。例如一台燃煤复合循环锅炉,在额定负荷时工质的重量流速为1000—1400公斤/米2秒 ,而平均重量流速只有890公斤/米2秒。

4.炉膛水冷壁各部分的温度均匀

再循环可提高水冷壁的进口水温,当锅炉负荷降低时,因循环倍率大,提高了进口水温,水冷壁进出口间的工质温升与焓增较小,最大时温升也不超过70℃(一般直流锅炉进出口温升为60—70℃,但有低负荷时可达140℃以上)。水冷壁进口工质温度的提高和水冷壁中工质温升的减少,可以改善流动特性,减少热偏差和水冷壁的温度应力。即可把因热膨胀不均匀而引起的炉膛热应力减少到最小值。

5.炉膛水冷壁地构简单、合理,可满足微正压燃烧的要求

其它各种超临界压力锅炉如UP直流锅炉和苏尔寿炉,在炉膛水冷壁中间要设置混合联箱,使管内流体均匀化,以消除炉膛水管上升——下降造成的温差,还必须在锅炉结构上采取一些吸收热膨胀的措施,必然使炉膛水冷壁复杂化,并出现某些不合理的结构。
超临界压力复合循环锅炉由于再循环的缘故,低负荷时炉膛出口和入口间温差较小,水冷壁内温度均匀,炉型简单、结构合理,可以有全部炉膛水冷壁采用膜式水冷壁。又因为可以完全密封燃烧烟气,适用于微正压运行,不必担心泄漏。因为锅水循环并用了节流孔板,吸热和流量分佈合理,不必用混合联箱,使结构简化。重量流速靠循环泵保证,避免了采用像UP直流锅炉那种过小直径的水冷壁管。水冷壁可以做成全部由垂直上升管焊成的膜式水冷壁。其管子直径和外形尺寸与低倍率循环锅炉相同。也不需要采用内螺纹管。

6.由啟动系统切换成主系统时蒸汽温度变化小

锅水循环泵维持了水冷壁出口工质温度处在较高的水平,故由啟动系统切换成主系统时,过热器中没流入冷凝水,不会产生一般直流锅炉经常碰到的过热器出口汽温骤降现象。

7.负荷调节性能好

当锅炉输入的燃料和给水产生变化时,负荷反应速度快,这也是一般直流锅炉共有的优点。

8.甩负荷性能良好

一旦系统发生故障,可自动关闭一些燃烧器,使机器的负荷快速降低到为额定负荷的10%,锅水循环泵自动投运。可以方便地转为带厂用电负荷运行。

9.降低给水泵消耗的电能

循环泵同时输送给水和再循环工质,起协助给水泵工作的作用,故可以降低给水泵消耗的电能。 此外,又由于锅炉的压力损失小,可选较低的承压部分设计压力,也可节省给水泵的动力。

10.可局部滑压运行

由于装有节流阀等装置,增加了锅炉的机动性,可供给啟动用的低压高热焓蒸汽,使超临界压力复合循环锅炉的局部滑参数运行性能得到改善。

三.设计中的若干具体问题

1.工质流程 [164],[166]

这种锅炉的工质流程随各国、各公司的具体情况不同而异,尽管基本原理相似,但具体作法上有一些区别。表现得最突出的是,有的锅炉不用分配球而用分配总管。不用分配球的例子如意大利斯培西亚电站No。3 , 60万千瓦机组;苏联ТПП—322 和ТГМП—324型30万千瓦机组;美国热拉亚3号电站No。1 ,32.5万千瓦机组。现在生产的大容量超临界压力复合循环锅炉多装有分配球。如日本知多电站N。3 , 50万千瓦机组以及三菱重工生产的其它大容量机组。现介绍如下:
图2—4表明[185],[186],其工质流程中只采用了一只混合球,而没有用分配球。由省煤器来的给水进入混合球,和再循环管路引入的工质混合后,直接通过循环泵进入炉膛。首先进入双面露光水冷壁(炉膛隔墙),然后依次流过四周水冷壁(炉膛外墙)、第二烟道包墙。工质在这里变为蒸汽,通过调节阀进入一级过热器、辐射过热器屏,再进入末级过热器。最后通过两根主蒸汽管送入汽机。

图2—5和图2—6也是这种不用分配球的例子。其中苏联30万千瓦锅炉的工质流程的特点为:

给水进入省煤器后沿支吊管进入混合球,在那里和复合循环工质混合。该锅炉是在上辐射区的分段处以及所有水刷壁之后抽取工质作复合循环。然后再进入再循环泵分配总管,接着进炉膛水冷壁、顶棚、过渡烟道和对流竖井。从对流竖井和水平烟道管壁的上联箱出来的工质进入混合联箱。该联箱装有内置闸阀。送入啟动分离器的工质在此阀前抽取。工质经混合联箱进入啟动分离器。在过热器中,工质分为两股平行的,各自独立的汽流,并多次左、右换位,以做到让左、右侧吸热大约相等。两股汽流的减温器分开,采用两级喷水。一级喷水在Ⅱ级屏(混合点后),另一级放在出口级(第Ⅴ级)屏前。

 

图2-5美国热拉亚3 号电站No.1机组32.5万千瓦锅炉的工质流程

图2-6 苏联ТПП-322型30万千瓦锅炉的工质流程

图2-7是日本知多电站No.3机组锅炉的工质流程,这是日本制造的第一台复合循环锅炉[180]。

图2-7 日本知多电站No。3机组50万千瓦复合循环锅炉的工质流程

 

图2-8 复合循环锅炉的循环系统方框图

其工质流程为:
给水→省煤器→混合球→下降管→循环泵→双面水冷壁→炉外下降的分配球→炉左右侧的分配球→四周水冷壁→四周水冷壁上联箱→尾部竖井包墙管连接管(4根)→尾部竖井包墙管→尾部竖井四周包墙管→一级过热器。

2.循环系统 [164]

超临界压力复合循环锅炉和其它一般直流锅炉的主要不同点是循环系统的构成。图2—8是复合循环锅炉循环系统的简化方框图。循环系统主要由混合球、循环泵、分隔墙、分配球(带有节流孔板)、四周炉墙(炉膛水冷壁)、尾部烟道炉墙和再循环管道(包括逆止阀)等组成。

1)混合球 混合球的功用类似于汽包炉的汽包。一方面引入省煤器出口,通过它进入循环泵。另一方面,当锅炉啟动时或低负荷运行时,通过混合球使炉膛水冷壁出口的部分水和从省煤器来的给水混合。图2—9为日本三菱重工60万千瓦燃煤锅炉的混合球结构。采用球形是因为这是受压容器最理想的一种形状。出口水由一根下降管送到锅炉的循环泵中去。



图2—9日本三菱重工60万千瓦复合循环燃煤锅炉的混合球

2)循环泵 利用炉膛水冷壁的阻力特性,当达到65%额定负荷时,即在图2—3的转换点以上时,停止复合循环,变为直流运行。通常一台锅炉配有两台循环泵,其中一台为备用。

3)分配球(图2—10) 形状也为高压容器最合理的形状——球形(内径1米),由分配球通过许多分配管送到炉膛下部联箱。四周水冷壁入口的各下部联箱中以分隔成许多分配室,把炉膛水冷壁分成许多单独回路。各分配室与分配球上的一根或两根分配管相连。
分配球内的分配管座上开有小孔,此小孔是按照炉膛辐射热负荷的分布情况来进行水的分配,以提高流动稳定性。



图2—10? 日本三菱重工60万千瓦复合循环燃煤锅炉分配球的结构

4)炉膛水冷壁 采用焊接膜式水冷壁,由炉膛四周水冷壁下联箱分配室分配的水,在炉膛水冷壁中进行加热。

5)锅炉节流阀(BT,BTB阀)流体经过锅炉节流阀到过热器入口分叉管,进入一级过热器入口联箱。

6)再循环管路 选择时考虑了在最低负荷时确保炉膛水冷壁的流速。管路中的止回阀结构和强制循环锅炉循环泵的出口阀完全相同。再循环管路布在锅炉节流阀前经过再循环阀送到混合球进行再循环。

3.炉膛

超临界压力复合循环锅炉的炉膛均由膜式水冷壁构成。各国和各制造公司采用的具体结构有一些区别,但总的原则是必须在锅炉全部负荷范围内确保水冷壁内工质的流动,使炉膛水冷壁的流量分布合理。
这种锅炉的流量分配法和强制循环锅炉一样采用节流孔板,根据各管子的相应吸热量来分配其流量。特别的管子两面受高热负荷作用的隔墙(双面水冷壁)应流入比炉膛水冷壁流入的温度低的锅水,进行充分的冷却。
除合理分配炉膛水冷壁的流量外,还必须按燃料种类和锅炉的容量,选择相应的炉膛形状,如单炉体、双炉体和分割炉形。现以日本三菱重工的60万千瓦燃煤锅炉为例,说明一下炉膛形状和炉膛水冷壁的构造。
该锅炉炉膛采用了美国大容量超临界压力锅炉广泛采用的在后墙有副侧壁的所谓普通的分割炉墙。
炉膛管壁由分割墙(双面水冷壁)、四周炉墙和顶棚壁等构成。锅炉后墙由尾部烟道的侧墙、前后壁和副侧壁构成。
其炉膛水冷壁采用全焊膜式水冷壁构成。三菱公司说该公司生产的膜式水冷壁管壁和鳍片温差小、间距选择合理,能确保管内流体温度的均匀。水冷壁内吸热均匀,炉壁内不会产生过大的热应力,可靠性高。
该公司的膜式水冷壁由专用的焊机制作,鳍片焊得牢固,质量优良。这台60万千瓦燃煤复合循环锅炉四周水冷壁由外径31.8毫米的管子和44.5毫米节距的扁钢焊成。双面水冷壁由外径50.8毫米的膜式壁管排构成。炉膛四周装有8只切圆燃烧的然置式燃烧器。
炉膛由下联箱到上联箱全部为膜式壁构成的光滑的炉膛水冷壁管。炉膛前墙到上联箱这段空间布置有煤斗。后墙也有煤斗,有折烟角。尾部烟道的前后墙由外径31.8毫米,133.5毫米节距的焊接膜式水冷壁构成。
炉膛为全悬吊结构,炉顶密封良好。图2—11是这种复合循环锅炉的炉墙结构。图2—12为炉膛水冷壁管和刚性梁的固定方式。图2—13表示炉膛刚性梁的结构。


图2—11 复合循环锅炉的炉墙结构例