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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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

第三部分 各种超临界压力锅炉的炉型特点和典型机组概况 (4)

(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]

三.设计中的若干具体问题

3.炉膛 (续前)

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



图2-12复合循环锅炉水冷壁管和刚性梁的固定方式

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图2-13日本三菱重工60万千瓦超临界压力复合循环燃煤锅炉的炉膛水冷壁刚性梁的结构

4. 过热器、再热器和省煤器 [164]

超临界压力复合循环锅炉和汽包锅炉的过热器、再热器和省煤器有一些不同。不同点表现在过热器和再热器的布置形式较灵活,有屏式、板式、悬吊式和横置式等。其材质要求较高,应根据安装位置的温度条件不同而选用碳钢、Cr—Mo钢和奥氏体不锈钢。同时其省煤器要求用光滑的翅片吞或螺旋翅片管省煤,以增大吸热率。 现再以日本三菱重工60万千瓦燃煤锅炉为例,说明这种锅炉过热器和再热器的若干设计特点:

1)过热器有屏式、板式和悬吊式三种型式同。在屏式过热器传热量高的部分通过较低温的蒸汽,而蒸汽温度较高的过热器部分则应布置在烟气温度较的部位。过热器的高温部分,蒸汽流向和烟气的流向相同,采用顺流布置的目的在于避免管壁温度的过度上升现象。

2)再热器为悬吊式再热器

3)为避免蒸汽和烟气的偏流导致局部受热面金属温度的异常上升,应充分考虑炉膛的形状,布置适当大小和数量的联箱。在必要的部位采用环形导管,令其左右交叉,使汽温不平均现象限制在最小值。

4)在炉膛上部布置节距大的屏式过热器,结果是在屏式过热器的两面均能在炉膛投影面有效地吸收辐射热,从而充分地利用炉膛出口的烟气温度。此外,在炉宽方向还对烟气进行导流,从而减少在炉宽方向蒸汽温度及鑫属温度的不平衡状态。

5)根据日本过去的运行经验,板式过热器在炉宽方向的节距一般均选得比较大,因而可以不必担心会在板式过热器上出现堵塞事故。

6)末级过热器布置在板式过热器下行烟气的高温部位,靠摆动式燃烧器来扩大蒸汽温度的调节范围。此外,末级过热器受热面采用顺流布置,并适当加了一些导流板。在宽度方向有足夠的节距,应保证屏式过热器和板式过热器在烟气温度降低时绝不产生结渣现象。

7)应合理考虑板式过热器、悬吊式过热器导流板的形状、数量和布置地点,防止烧坏和腐蚀。

8)采用了如下防止结渣的措施:

(1)选择最适宜的烟气流速  许多机组的运行表明,结渣和烟气流速有很大的关系。该机组的烟气流速由模化试验,并参照实际运行机组的数据慎重决定。

(2)防止烟气偏流 适当选择通过各受热面的平均烟速,同时考虑用适当的炉膛及烟气通路形状。采用不等的节距,防止产生烟气偏流和涡流,以及因局部烟速过高导致出现炉内结渣。锅炉的烟气通路应考虑采用烟气偏流较小的形状。必要的部位应采用导板消除偏流现象。

(3)设置保护板 在极个别烟速特大的部位,还应设置保护板,防止炉内结渣。此外,烟气温度高的部位金属温度也高,应充分考虑选用合理的材质。

9)采用喷水减温器控制主蒸汽温度和保护再热器(图2—14和图2—15)


2-14 日本三菱重工生产的60万千瓦燃煤锅炉调节主蒸汽温度用的喷水减温器



2-15 日本三菱重工生产的60万千瓦燃煤锅炉保护再热器用喷水减温器

5.啟动旁路系统 [181],[185],[186]

超临界压力复合循环锅炉,如前所述,其啟动旁路系统比苏尔寿锅炉和UP直流锅炉的要小得多和简单得多。具体设计不尽一致。这里选几台有代表性的机组介绍如下:

1)意大利斯培西亚电站No4,60万千瓦机组的啟动旁路系统(图2—16)[185],[186]

这台锅炉的啟动旁路系统可以保证整个机组均匀啟动,可以在10%负荷下运行,最低工作压力可以调节到65大气压。旁路阀BTB和节流阀BT将炉膛系统和过热器系统分隔开,这两只阀属于啟动系统的一部分。用调压阀BE连接炉膛系统和啟动系统的蒸汽分离器。分离出的蒸汽通过止回阀SA返回过热器管道。用截止阀SP来限制啟动系统的压力,若发现压力过高时,可将部分蒸汽排送到背凝汽器中去。蒸汽管道疏水阀SD装在主蒸汽管道的末端,所疏出的水同样排送到凝汽器。这里用了一只喷水减温器调节啟动系统投用时向凝汽器的排汽温度。蒸汽分离器分离出来的水通过水位调节阀WD送往凝汽器。


图2-16 意大利斯培西亚电站No.4 ,60万千瓦机组的啟动旁路系统

2)日本三菱重工60万千瓦燃煤锅炉的啟动旁路系统(图2-17)[181]

原则上和意大利的60万千瓦机组相同,不同的地方是分离器分离蒸汽通过过热器的管路中,在啟动送气阀SA前引出了一根管道,利用分离器出来的蒸汽,经过除氧器加热阀DA,通向除氧器。另一不同点是在啟动抽汽阀BE处,另外再并联了一点过热器喷水调节阀BEB。还有如下补充说明:

(1)啟动分离 啟动时将炉膛水冷壁的高压流体用啟动抽汽阀BE减压冲洗,并将汽水混合物分离,排泄水送入凝汽器,蒸汽则进入过热器。由于这种复合循环锅炉啟动时的给水量只有额定负荷时的5—10%,故分离器的容量仅为最大连续出力时流量的10%就完全足夠了。

(2)锅炉节流阀(BT阀) 是为了控制锅炉动时炉膛水冷壁的压力,向过热器导入蒸汽的阀门。在设计时考虑了在满负荷(全开时)的压力损失极小。

(3)锅炉节流旁路阀(BTB阀)此阀开啟的时间比BT阀早一些,和BT阀一起用于控制炉膛水冷壁的压力和将蒸汽导入过热器。阀门设计的特点是高压差小流量。

(4)锅炉啟动抽汽阀(BE阀)在锅炉啟动的最初阶段(即BTB和BT阀开啟前)用它来控制炉膛水冷壁内流体的压力,将冲洗锅水送入分离器。设计特点是高压差(临界压力差)和耐冲洗。其余阀门SA、SP和WD阀的功用和图2—16相同。

3)其它啟动旁路系统 [56],[180],[209]

苏联ТГМП—321型30万千瓦机组啟动旁路系统的特点是除分离器外还用了一只啟动扩容器(图2—18)。美国热拉亚3 号电站No1 ,32.5万千瓦机组的啟动旁路系统中增加了炉前清洗回路(图2—19)。美国瓦特利电站40.3万千瓦机组啟动旁路系统的特点是再循环工质的抽取点除了在炉膛水冷壁的后面外,另外还在对流烟道壁的后面抽取。啟动分离器分离出的蒸汽除了送往过热器和供给除氧器外,还供给高压加热器和压盖密封蒸汽等用(图2—20)[209]。


图2-17 日本三菱重工60万千瓦燃煤机组的啟动旁路系统图

图2-18 苏联ТГМП—321型30万千瓦机组
啟动旁路系统

图2-19 美国热拉亚3号电站No1,32.5万千瓦
机组的啟动旁路系统

 

图2-20 美国瓦特利电站40.3万千瓦
机组啟动旁路系统

 

图2-21 日本知多电站No.3,50万千瓦机组的
啟动旁路系统[180],[209]

日本知多电站No3,50万千瓦机组的啟动旁路系统如图2—21所示。本系经最低啟动流量为5%,分离器压力在67表压,水冷壁出口工质温度412—415℃时,则分离器工质完全汽化。一般在25%额定流量时,过热器温度及压力均达到额定值。汽水分离器再循环工质的抽取点设在包墙管后面。由于从包墙管出来共有4根管道通往过热器,设有2只节流旁路阀和4只节流阀。分离器出来的蒸汽先通过节流旁路阀后再经过节流阀流向一级过热器,还有一部分蒸汽送往再热器。