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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 (6)

(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]

第三章超临界压力苏尔寿锅炉[81],[187]-[204]

一.发展历史回顾 [81]

所谓苏尔寿锅炉是用瑞士苏尔寿公司直流锅炉专利生产的锅炉。该公司建立于1834年,原为铸造厂,现为瑞士最大的重机厂之一。自称以优越的技术成就和产品质量闻名于世。该公司产品品种很多,锅炉仅为一小部分。它从1941年开始生产锅炉,发展了苏尔寿直流锅炉的技术专利。
 
美国燃烧工程公司(CE)购买了该专利,先后生产了数台超临界压力锅炉。如:1960年的爱迪斯顿电站No1机组(32.5万千瓦,908吨/时,352公斤/厘2,649/565/565℃);1960年的克利夫兰电站(25万千瓦,775吨/ 时,253公斤/厘2,593/566℃);1959年阿逢电站又投用了一台和克利夫兰电站同样参数的25万千瓦机组;1960年爱迪斯顿电站No2机组投运,比No1机组的蒸汽参数降低了一些(32.5万千瓦,985吨/ 时,245公斤/厘2,565/565/565℃)。此外,英国也根据苏尔寿公司的专利,1960年在德拉克洛夫电站也投运了一台37.5万千瓦的超临界压力锅炉。上述锅炉全部烧煤粉。苏尔寿锅炉在世界各地运行的很多,但超临界压力苏尔寿锅炉却为数甚少。1960年以后已不再生产,被超临界压力复合循环锅炉所淘汰。 上述超临界压力苏尔寿锅炉均不是瑞士苏尔寿公司制造的。相比之下,该公司的规模小,生产过的最大锅炉为890吨/ 时,189表压、540/540℃的亚临界压力锅炉。瑞士国内市场小,该公司很难在生产上和外国厂商竞争,因而主要依靠出售专门技术。目前世界上已8 个国家11家公司购买了苏尔寿直流锅炉专利。

二.主要设计特点 [81]

1.一般采用双炉体结构。

2.炉膛进口处,即高热负荷区的回带式管屏的进口装有分配阀,以平衡各管子和管组间的压力和调节流体的变化,调节各管圈的重量流速,使工质温度均匀衡,改善流动的稳定性。这种分配阀不仅在试运转调整中调节到满意的开度,而且可以在运行条件变化时随时调节管圈的流量,取得满意的流量分配.

3.炉膛下部2/3位置为高热负荷区,即在锅炉蒸发段采用垂直上下回绕管圈结构(又称回带管屏(图3-1)。

4.有的锅炉在蒸发段出口装有汽水分离器。
分离器的任务是通过分离器的排污去除从给水系统来的溶解盐分。该分离器又是干态过热器下机组冷态啟动的重要条件。随着水处理技术的发展和给水品质的不断提高,汽水分离器已无需担负分离水份的作用。满负荷时进入分离器的已是微过热的蒸汽(过热度约为20℃)。这样的过热度保证了在30%负荷时进入分离器的工质处于饱和状态。正常运行时分离器只起混合联箱的作用。

5.过热器布置(图3-1)
在炉膛上部1/3的部分(即紧接回带管屏一直到顶棚前)采用水平布置的炉墙,辐射受热面由辐射过热器组成。屏式过热器布置在炉膛上部前墙附近空间。末级过热器和烟气呈逆流,布置在水平烟道内。

图3-1 超临界压力苏尔寿锅炉的工质流程示意图

 

图3-2 美国阿逢电站No.8机组热力系统图

 

6.汽温调节方式
采用烟气汽汽热交换器(三流管)调节再热汽温。
这是一种对烟气、一次汽和二次汽内部加热火的联合装置。烟气加热管束的温度特性是在低负荷时是下降的,这时可以从蒸汽加热部分的热量得到补偿。采用这种方法调节汽温,调节幅度较大,无附加能量损失,可改善电站热效率。 此外,苏尔寿锅炉还采用摆动式燃烧器、烟气再循环和喷水减温器等方式调节汽温。

7.采用100%容量的高压旁路系统和低压旁路系统(又称高、低压啟动减压装置)
在高压旁路系统中,将旁路阀和过热器出口安全阀组合在一起。这种联合阀门既起旁四季作用,又起安全作用,是苏尔寿的特殊设计。

综上所述,这种锅炉有一些引人注目的优点,但也存在着一些严重的缺点,如炉膛管圈结构和啟动旁路系统过于复杂、低负荷运行性能差和调峰困难。故逐步为超临界压力复合循环锅炉所代替。尽管如此,这种锅炉的某些技术依然可供参考。如采用这种技术的美国爱迪斯顿电站No。1机组是当今世界最高蒸汽参数和最高电站热效率的机组。

三.典型机组概况

1.美国阿逢电站25万千瓦机组 [82],[200]-[204]

这台机组由美国克利夫兰电气照明公司订购,美国燃烧工程公司制造。1955年开始设计,1959年投运。

1)机组的主要参数

锅炉

 

汽机

 

数量

1

数量

1

蒸发量(吨/时)

755

功率(万千瓦)

25

过热器出口蒸汽参数

 

(兆伏安)

27.3

压力(大气压)

245

转速(转/分)

3600

温度(℃)

593

蒸汽流量(吨/ 时)

775

再热器出口蒸汽参数

 

冷却水温度(℃)

 

压力(大气压)

53

出口蒸汽参数

 

温度(℃)

565

压力(大气压)

0.035

燃料

烟煤

汽机缸数

4

高位发热值(大卡/公斤)

6900

排汽管接头数

3

燃烧方式

角置式切圆燃烧

给水加热器级数

8

排渣方式

固态排渣

除氧温度(℃)

175

空气预热温度(℃)

 

给水加热温度(℃)

293

排烟温度(℃)

 

净热耗(大卡/度)

2169

锅炉效率(%)

 

单位占地面积 (2/千瓦)

 

水处理

完全除盐

单位占地空间(3/千瓦)

 

建筑结构型式

钢结构

 

 

2)热力系统(图3-2)

美国阿逢电站有较早的历史,早在1925年人们便开始在此建设电站。该电站位于克利夫兰市西32公里俄亥俄州的伊利湖畔。这台超临界压力机组是该电站No8机组。1958年正式投运。压力为245大气压,和美国爱迪斯顿的双轴No2机组,以及和布里德与菲利普。斯蓬电站所选择的蒸汽参数一样。不同的是这台机组仅采用一次再热,而不像其它机组那样用两次再热机组。故新汽温度选用593℃,比其它那些两次再热机组高28℃。由于汽机的进口温度高,所以不能采用铁素体钢制造。汽机有4只缸,三个排汽点和8个供给水加热器加热用的抽汽点。

蒸汽压力先在超临界压力缸内降压到140大气压,接着又在高压缸降为53大气压。蒸汽经过再热后又回到高压和中压缸。蒸汽流过低压缸后压力降到3.2大气压。凝汽器的真空度是95%。有4只带有冷却器和冷凝水冷却器的高压给水加热器。

该机组装有四只给水泵,每只排水量为656吨/时,转速为7575转/分。其中有两只给水泵由一台辅助汽机驱动,该辅助汽机靠高压缸最前面的一个抽汽点供汽冲转。另外两台给水泵由2台装在同一轴上的各为4000马力的异步电动机通过一只液压联轴器驱动。啟动时先开啟一只电动机,以降低啟动时的电力消耗。

3)锅炉(图3-3)

这台锅炉的结构型式为苏尔寿直流锅炉,蒸发量为775吨/时。采用双炉体,每个炉体均为双烟道。在每个炉膛内装有角置式切圆燃烧的摆动式燃烧器。给水流过省煤器后进入炉膛下部的由回带管屏组成的水冷壁。过渡部分设在第二烟道内。辐射过热器由水平布置的上1/3炉膛组成。流体从辐射过热器出来,经过烟气汽汽热交换器后重返炉膛上部的屏式过热器和流过布置在水平烟道的末级过热器。在屏式和末级过热器之前还装有再热器。 由电动和气动装置调节燃烧设备,主要调节燃料输入量和燃烧空气量。用电气装置调节过热蒸汽。调节摆动燃烧器和喷水减温器的喷水量。用压差调节阀控制给水量,以平衡每个回路中水流量的误差。给水泵的转速和调节阀的位置有关系。



图3-3 美国阿逢电站No8机组剖视图

4)主蒸汽管

从锅炉流出的蒸汽经过8根主蒸汽管流向节流阀,主蒸汽管外径为Φ168毫米,内径为Φ102毫米,由ASTMA-312类TP316钢的材料制成。化学成分为16%Cr,2%Mo和14%Ni。每根管子长度为90米。节流阀的另外一边是奥氏体—铁素体异种钢焊接的过渡部分。以后的部分采用铁素体钢的蒸汽管。这种蒸汽管和前述奥氏体钢蒸汽管有相同的内径,但壁厚大一些为74毫米,材料为ASTMA335类的P22钢,即2?1/4Cr-1Mo钢,含有0.25%V。蒸汽然后再进入同样铁素体材料的混合联箱。混合联箱的外径为Φ584毫米,内径为Φ254毫米,即壁厚为165毫米。由这根混合联箱再引出4根外径Φ292毫米,内径Φ127毫米,壁厚82.5毫米的铁素体蒸汽管,再送往汽机。这些蒸汽管采用钨极惰性气体保护焊焊接,焊前不需进行预热。

5)水处理 

对水质有较高的要求。给水必须经过完全除盐处理。水中要添加氨或联氨使PH值保持在9-9.5范围。凝汽器的两只水箱和冷凝水联箱通过一垂直隔墙分开。在冷凝水联箱内还有2个罗低的隔墙垂直于管子。通过这样一隔开,可使产生的冷凝水流入6个不同的位置。在凝汽器末端流出的冷凝水,通常应经过特殊的过滤器和除盐设备。应经常用导电计监视冷凝水。锅炉补给水除进行完全除盐处理外,在凝汽器进口还设置有相应的过滤设备。另外,这台机组低压给水加热器的热节不汽冷凝水没有再用反馈水泵送到给水回路中去,尽管有的机组这样作了,热力经济性也许好一些。这里不这样作的主要目的是为了避免冷凝水的再次返回,而是将其排除掉,从而使过滤设备和除盐设备不含有可能会出现的铜和铁的成份。

6)汽轮发电机 汽机用油压调节。

节流阀能保持在所有负荷下具有相同的截面,从而确保汽机叶片在整个范围内均匀加载。低负荷的节流损失比节流阀串联的汽机要体稍大一些。发电机采用氢气内冷结构。氢气压力为3.15大气压。由一台1750转/分的异步电机驱动1.2兆伏安的励磁机。

7)其它

煤仓设备位于锅炉房和机器房之间。再生式空气预热器装在锅炉第二烟道的下部。燃烧空气(一次风)由装在地面的一次风机排送。烟气经过除尘器除尘,并靠引风机送入烟囱。汽机沿机器房纵向布置。有空调恒温设备的热工控制台位于锅炉和汽机之间和机器房相同标高的地方。整个建筑为钢结构。锅炉外护板用不锈钢薄板制成。

2.美国爱迪斯顿电站No1/2, 32.5万千瓦机组 [188]-[199]

1)机组主要参数

锅炉

No1

No2

汽机

No1

No2

数量

1

1

数量

2

2

蒸发量(吨/时)

908

985

功率(万千瓦)

14.95

17.55

16.25

16.25

型式

苏尔寿直流炉

苏尔寿直流炉

(兆伏安)

184.3

231.7

208

208

过热器出口蒸汽参数

 

 

型式

高压

低压

单轴

双轴

压力(大气压)

352

245

转速(转/分)

3600

1800

3600

3600

温度(℃)

649

565

蒸汽流量(吨/时)

908

 

985

 

再热器出口蒸汽参数

 

 

进口蒸汽参数

 

 

 

 

压力(大气压)

69.6/16.7

64.8/21.1

压力(大气压)

352

16.7

245

64.8

温度(℃)

565/565

565/565

温度(℃)

649

565

565

565

燃料

 

 

一次再热器进口参数

 

 

 

 

种类

烟煤

烟煤

压力(大气压)

69.6

 

21.1

21.1

高位发热值(大卡/公斤)

7600

7600

温度(℃)

565

 

565

565

燃烧方式

切圆燃烧

切圆燃烧

冷却水温度(℃)

 

15

 

 

排渣方式

固态

固态

二次再热器出口参数

 

 

 

 

空气预热温度(℃)

 

 

压力(大气压)

20

0.035

 

 

排烟温度(℃)

97.7

 

温度(℃)

274

 

 

 

锅炉效率(%)

 

 

汽机缸数

2

2

3

3

 

 

 

排汽管接头数

1

2

3

3

 

 

 

加热器级数

5

3

8

 

 

 

除氧温度(℃)

141

149

 

 

 

给水温度(℃)

301

297

2)热力系统(图3-4和图3-5)

美国爱迪斯顿电站No1和2机组均采用双炉体,两台机组的外形和建筑相似,但蒸汽参数不同,热力系统也有一些差别。



图3-4 美国爱迪斯顿电站No1机组的热力系统


该电站No1机组汽机采用的蒸汽参数是目前世界上最高的,为353大气压,649/565/565℃,锅炉蒸发量为908吨/时。蒸汽从超临界压力汽缸出来后,降压为175大气压,降温到538℃,从第一级高压缸出来的蒸汽压力为70大气压。蒸汽经过一次再热后被加热到565℃,从最后一级高压缸流出的蒸汽参数降到20大气压,274℃左右。经过二次再热器,蒸汽在进入低压缸前再次被加热到565℃。中压和低压缸均为双排结构,两股汽流中间不混合,分别由两排中压缸送入两排低压缸。高压汽机的转速为3600转/分,低压汽机的转速为1800转/分从高、低压汽机抽汽供8只给水加热器加热用蒸汽。除氧器后面布置了5只带冷凝水冷却的高压给水加热器。由3只串联的泵提供系统要求的给水压力。低压和中压给水泵由电动机驱动,高压给水泵由一台辅助汽机驱动。低压给水泵装在除氧器的后面,另外两只泵布置在锅炉省煤器前面。驱动给水泵的辅助汽机充分利用了一次和二次再热器入口间的压差。这台汽机的转速可以进行调节。特别的低负荷运行时采用这种措施比用调节设备的损失小一些。在给水加热器系统前面部分,还用了用烟气加热的给水加热器。补给水经过完全除盐处理。

No1机组和正常机组热力系统不同的是在真空预热器内装有一个水预热器内装有一个水预热器,以将一次风温由13℃预热到50℃。这只以水为介质的空气预热器传递的热量可以根据气候变化改变循环水量来进行调节。优点是可以减轻或避免因降低烟气加热空气,导致露点下降而造成空气预热器的腐蚀。不然的话,欲降低排烟温度,只有增加大量的空气预热器受热面才能办到。通过烟囱内装热交换器可将锅炉的排烟温度降到93.7℃。



图3-5 美国爱迪斯顿电站No2机组的热力系统


在No.2机组的热力系统中,低压加热器部分和No.1机组相同,也内装了以水为介质的一次风加热器。不同的是,驱动高压给水泵的辅助汽机由超临界压力缸(即第一抽汽点)抽汽冲转,其排汽又进入倒数第三只高压给水加热器,不足的蒸汽靠二次再热器抽来的蒸汽进行补充。锅炉的给水压力比No.1机组低,为320大气压,给水温度也低一些为297℃。高压加热器均未带冷凝水冷却器。
 
No.2机组汽机的功率同样为32.5万千瓦,蒸汽参数选得比No1机组低一些,压力为245大气压,温度为565℃。有两台汽机,其转速相同,均为3600转/分。发电机也完全一样。在第一台汽机的超临界压力缸蒸汽扩容降压为68大气压,降温到382℃。然后通过一次再热器加热到565℃。蒸汽通过第二台汽机的首排缸体出来后蒸汽参数降为22大气压,415℃。经过二次再热器再次加热到565℃的蒸汽均匀分配给两台汽机的其它部分,汽流流过中、低压缸。将蒸汽温度限制在565℃的目的是为了不用奥氏体钢。 No2机组的热力系统比较复杂,每台汽机均单独配一套热力系统。

3)水处理

目前人们对随补给水来的盐类在超临界相变时的状态及其对选择材料的影响知道得不多,因此希望循环回路中进入杂质的量尽可能少。在大量试验研究的基础上,以及在其它电站运行经验的基础上,爱迪斯顿电站的这两台超临界压力机组决定采用完全除盐设备来进行水处理。完全除盐凤备由一台阳离子过滤器、一台阴离子过滤器和一台混合床过滤器串联组成。实践证明,用这样的水处理设备可以长期将给水中的含盐量控制在0.05毫克/升。这样的水处理效果是能满足超临界压力机组的运行要求的。以爱迪斯顿电站为例,随补给水带来的盐量仅为25公斤/年左右。为了减轻水处理设备的负担,该电站增装了3台容量各为18吨/时的小锅炉,产生35大气压的蒸汽供建筑物采暖、供锅炉吹灰器吹灰和供给其它低压蒸汽用户。
 
美国爱迪斯顿电站的这两台机组,在设计、制造和运行时,对凝汽器的泄漏密封问题作了特殊的考虑。采用了一种特别的加工工艺确保胀管处的密封。有的胀管处用一种类似橡胶的材料进行保护。

图3—6是该电站水处理设备系统。运行时在水容器内加满水,而中间冷凝水容器则是空的。这两只容器的总容积相当于锅炉二小时的流量。

由于导电计灵敏度太差,发现泄漏比较困难。若纯粹依靠导电计,在一年运行中没有半吨以上的固形物是没有办法觉察出来的。此外,还必须区别导电度增加的具体原因,有的是由于凝汽器泄漏和密封不良造成;有的是由于联氨或氨的计量引起导电度的增加。该电站有量方法上作了一些改进。收到了较好的效果。具体办法是用导管从管板内侧收集由凝汽管滴落下来的冷凝水,一般应测20个部位。胀管位置密封不良泄漏的水滴到管板内侧下部的收集管处,在每根收集管处均装有一个导电度测点。这种测量法和用导电计测量联箱中全部冷凝水导电度的方法相比较,优点是不密封性的显示放大了约20倍,可据此迅速觉察出导电度的普和查出泄漏的部位。
 
如果所有光电元件都显示出导电度发生了变化,说明这是由于化学水处理不当造成的,不可能是泄漏引起。因为一处泄漏的话,只可能在一个或二个光电元件的显示上出现了变化。



图3-6 美国爱迪斯顿电站的水处理系统

4)啟动旁路系统

超临界压力机组蒸汽参数高,必须对设备的啟动和停炉过程,如对负荷、压力、温度以及其它运行工况波动的情况,给予特别的关注,以避免出现故障。防止材料因剧烈温度应力(热应力)引起的事故。1957-1960年美国建设爱迪斯顿电站时要很好解决这些问题是相当困难的,原因是汽机功率较大、双炉体运行,又是按照一般常规直流炉进行设计,故啟动旁路系统相当复杂。

图3-7美国爱迪斯顿电站No1机组的啟动旁路系统

 

 

图 3-8 美国爱迪斯顿电站N01机组的调节装置


No1机组的啟动过程如下(图3-7):

锅炉给水首先通过给水加热器、省煤器、过热器被泵入主蒸汽管道,但此时主蒸汽截流阀关闭,给水不能通往汽机。旁通阀V3开啟,使啟动时的给水通入高压啟动减压装置,经阀V4通向凝汽器。水经过凝汽器,借助冷凝水泵,流过低压给水加热器、除氧器、低压给水泵、高压给水加热器,再经过中、高压给水泵进入锅炉。实现经过旁路系统和凝汽器的水循环后,锅炉便可点火燃烧。随着传量的增加,啟动减压装置中水的温度增高,产生的蒸汽经过一次和二次再热器,以及闭锁装置V5和V6、喷水减温器,然后到凝汽器,并在此冷凝。在此循环过程中,当热量增加到一定程度后,循环水量减少,蒸汽量增多,最后完全变化成蒸汽。

一旦从末级过热器中出来的蒸汽达到了预定的蒸汽参数,温度调节器便开啟汽轮发电机组的节流和快速关闭阀。用手轮将其开度调节到理想的数值。在啟动之初先只稍微打开一点点,以加热主蒸汽管道和汽机。达到规定温度以后,再缓慢地进一步打开主蒸汽截流阀,使汽机冲转。
 
在正常运行状态下,主蒸汽截流阀应保持常开状态。冷态止回阀以及热态再热器管道中闭锁装置和快速截流阀应处在什么状态得根据通过旁路系统和汽机的蒸汽流程和流量来决定。
 
在冲转啟动汽机时,靠超临界压力缸进汽阀V7,高压缸的进汽阀V8和中压缸的进汽阀V9调节蒸汽流量。
汽机旁路系统转换器,快速截流阀作为调节阀用,而本身的调节阀此时则完全开啟。应同时增加到汽机的三根管道的流量。通过汽机的蒸汽流量增加,啟动旁路系统内流过的蒸汽量减少。最后锅炉产生的全部蒸汽都通过汽机。随着汽机负荷的增加,再热器中的压力按比例增加,并逐步达到要求的蒸汽流量。
 
正常运行时,旁路系统可视为一种安全装置。在超温时和压力超过主蒸汽管压力的5%时,V3这个阀门便自动开啟。V3一开啟,能[这过过热器的蒸汽流量加大,便可使蒸汽压力降低。达到预定值后,该阀门便自动关闭。高压旁路阀V5的功用是当自动停汽阀起作用后,让再热器内依然流过蒸汽,使其不被冷却。当再热器的压力超过规定值5%时,这个阀门同样也会打开。可根据负荷和汽机前压力的相应值来自动调节到理论值。一旦压力低于最低理论值时,这个阀门又关闭。同理,也采用低压旁路阀来保证二次再热器的蒸汽流量和冷却。在非正常运行工况,旁路系统还可以保护过热器和汽机。在负荷突然降低时,甚至降至甩负荷时,汽机调节阀和快速截流阀关闭,同时旁路阀开啟,让蒸汽通过旁路系统。由于此蒸汽温度为工作温度,进入啟动减压装置和再热器之前必须进行冷却。用喷水减温器将蒸汽温度降低到一般正常一次再热器的进口温度。蒸汽温度按规定百分率提高到允许的最高温度后,旁路阀关闭。蒸汽由安全阀排放掉。在再热器管道冷端装设的前述止回阀用于阻止蒸汽返回汽机。

低压旁路阀可接通到喷水减温器和冷凝器的管路。二次再热器的压力和汽机负荷和中压汽机进口阀V9的调节有关系。全部打开这只低压旁路阀有可能使喷水减温器和凝汽器出现过载。应对旁路阀的开度作出限制,以避免出现这样的过载情况。限制旁路阀的办法是控制喷水减温器的压力不超过3.1绝对大气压。在再热器压力降低时,旁路阀又能起维持其最低压力的作用。

原设计考虑锅炉停炉时,直接将锅炉给水通过啟动阀送回凝汽器。这样作的缺点是为了冷却炉膛,往往会引起奥氏体钢过热器的温度突然变化。后来作了一些修改,不直接走短路到凝汽器,而是先经过高压啟动减压装置。从而消除了过热器温度骤变的弊病。

5)调节装置

该机组调节装置较复杂,设置有相当多的调节器。来自给水泵的水,先通过给水调节阀,用压差调节阀保持压差的恒定。由给水调节阀的开度控制给水量。根据过渡段后面测出的蒸汽量来粗步调节给水量。靠辐射过热器和屏式过热器的喷水减温器调节过热蒸汽温度。每个系统均有单独的喷水减温器调节位置。喷射水取自压差调节阀和给水调节阀间的给水管道。一次喷水布置在辐射过热器前作为控制脉冲用,也可以装在辐射过热器后作为温度的调节值用。此外,停汽阀也影响调节范围,蒸汽通过它可以直接送到凝汽器。新汽温度的二次喷水的标准调节参数,而在末级过热器的温度测点则是辅助调节参数。锅炉负荷的调节由燃烧设备的调节确定,和汽水回路没有关系。
 
这两台机组锅炉和汽机以及厂自用电系统全部调节过程的监视工作,都集中在中央控制台内进行。

6)锅炉

两台机组均为超临界压力苏尔寿型双炉体直流锅炉。采用煤粉角置式切圆燃烧设备、固态排渣。在这种双炉体结构的锅炉中,一个炉膛布置高压再热器、另一个则布置低压再热器。由于辐射的对流受热面的合理布置,以及采用了摆动式燃烧器,可以在50-100%锅炉负荷的情况下维持再热汽温的恒定。从而可以保证在低负荷运行时具有较高的总效率。通过调节加煤量和给水量的比例,能在整个负荷范围内维持新汽温度的稳定。锅炉输入热量的65%传给高压过热器和再热器,因此这种超临界压力锅炉必须在炉膛上部设置大量的辐射过热器受热面,并采用屏式过热器。
 
No1机组两个炉膛内高压受热面的布置和数量是相同的。锅水经过省煤器和第二烟道侧面后流入炉膛水冷壁下部的上升—下降管带(回带管屏),接着在第二烟道的前后墙冷却。在第二烟道上部的对流受热面内,在较低烟气温度和较低负荷下水转变成蒸汽。炉膛水冷壁的上面1/3和炉顶由辐射过热器组成。管子采用水平布置。蒸汽从辐射过热器再流过装在炉膛上部锅炉前墙附近空间内的屏式过热器。布置在水平烟道内的末级过热器蛇形管按逆流法排列。这种布置方法可在管子整个圆周方向传热,减少烟气和蒸汽间的温差,降低管壁的过热温度,并大幅度地降低材料应力。
 
每个炉膛在水循环方面分为两个系统,这两个系统在过热器进口又再分为另外两条回路。故一台设备就有8个过热器系统,这些系统可以单独调节汽温,如在辐射过热器前用一次喷水减温器,在屏式过热器前用二次喷水减温器调节汽温。



图3-9 美国爱迪斯顿电站No1机组从一个炉体的剖视图

两台锅炉的再热器布置方法相同。再热器的对流管束布置在省煤器和过渡区之间。作为屏式过热器的辐射部分悬掛在炉膛上部空间。 每台锅炉有2台再生式空气预热器,机以单独调节锅炉的送风管道。 锅炉采用全悬吊结构。膨胀问题解决较好。漏风量少,较率高。炉膛尺寸考虑合理,炉膛出口烟气温度较低,从而可以减轻积灰对对流受热面的污染。锅炉的每边有一只煤斗。两只煤斗的储煤量之和可以维持锅炉24小时的燃煤需要量。在每台锅炉的一侧,共布置有4只磨煤机。烟气经过机械和电气除尘器除尘。炉膛中排除的灰由液力输送到指定地点,然后用火车运走。

7)汽机

No.1机组的汽机布置如图3-10。立体布置示意图可参见图3—11。这是一台双轴汽轮发电机组。高压汽机轴的转速为3600转/分,低压汽机的转速为1800转/分。

图3-10 美国爱迪斯顿电站No1机组双轴凝汽式汽机示意图

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3-11 美国爱迪斯顿电站No1双轴汽轮发电机组的外形

在建这台蒸汽参数特别高的机组之前,一般这种容量级的机组,汽机由三缸组成。这台机组为了减少高压缸的体积,将高压缸分为两个缸体,故共由四个缸组成。有下列优点:

(1)在高压部分的第一只缸可能选用高合金元素含量的奥氏体钢材料,因为这部分体积不大,故可以节省高昂的材料费用。
(2)可以不变动原有的凝汽器结构。
(3)由于超临界压力缸体短,可选用较小直径的汽机轴。减少了填料套内的压力损失,填料套的尺寸也较小。

图3-12 是No.1机组超临界压力缸的结构图,其外形近似于球形。共有4根主蒸汽管,每根蒸汽管又有单独的快速截流阀和调节阀,汽机可进行节流调节,四台并联的调节阀同时工作。

图3-12 美国爱迪斯顿电站长No1机组超临界压力缸缸体部分的纵剖视图
图中:a.汽机轴;b.导轮;c.内缸体;d.外缸体;e.喷咀室;f.辅助出口;
g.填料套;h。流入蒸汽管;I.活塞环密封;k.蒸汽出口


该机组超临界压力缸部分输入管路和阀门布置情况如图3-13,奥氏体钢的主蒸汽管带有铁素体钢的套管。套管和主蒸汽管间有许多连接环,使之焊成一体。选择管子材料时应注意的是相隣连接件间材料的性能不宜相差太大,以保证具有良好的可焊性。

该电站No2机组的蒸汽参数比No1机组低一些,因此汽机结构的No1机组不同。No2机组从锅炉过热器出口到汽机入口的蒸汽参数是245大气压,565℃,满负荷运行时的蒸汽需要量为985吨/时。尽管和No1机组一样采用双轴汽机,但每根轴的转速相同,都为3600转/分。发电机型号也罢一样。第一台汽机上有一个雪临界压力缸,一个中压缸和一个低压缸。第三台汽机与第一台不同的仅为超临界压力缸变为高压缸。从锅炉来的蒸汽经过4只快速截止阀流入超临界压力缸。蒸汽从第一只缸流出来时压力为68大气压,温度为382℃,经过一次再热器,将蒸汽温度再次加热到565℃,讞蒸汽流过第二台汽机的高压缸。从高压缸流出的蒸汽,参数为43大气压,415℃,经过二次再热器将蒸汽再一次加热到565℃。从二次再热器出来的蒸汽分为两路流向每台汽机的中压和低压缸。



图3-13 美国爱迪斯顿电站No.1凝汽式汽机超临界压力缸部分的蒸汽管路和阀门布置




图3-14 美国爱迪斯顿电站No2汽轮发电机组总体结构示意图


No2机组的特点是可以滑压运行。汽机效率高。其超临界压力缸只需要常规材料。汽轮发电机组的所有部分,包括阀门,管道和内、外汽缸均采用铁素体材料。中压和压缸的结构和亚临界压力机组没有什么两样。末级叶片共有6排,叶片长度为660毫米,几乎和No1机组具有相同的出口截面。
No.1机组两只汽机采用同样的转速,有利于用同样的中压和低压缸,以及同样的发电机。

(8)给水加热器和锅炉给水泵

图3-15是美国爱迪斯顿电站No1机组给水加热器和给水泵的系统图。有两股平行的给水回路,由3只4级冷凝水泵从凝汽器主管中排出冷凝水。No.1机组的第二只低压给水加热器装在烟囱里面,其结构和第一台常规的低压给水加热器大不一样。圆形翅片管热交换器第一台低压加热器是在一个外套中有两个独立的水循环系统,水由低压缸抽汽加热,其中第2个系统于空气预热器回路预热空气用。低压加热器的U形热交换器管选用蒙乃尔合金制成,用一个圆形翅片管热交换器将热量传递给燃烧空气,圆形翅片管热交换器受热面积总计为71352
 
在两台给水回路中各有5只高压给水加热器和3台给水泵串联而成。低压和中压给水泵用电动机驱动。电动机只有一种固定的转速。设计考虑,当达到1/3负荷时,压力为384大气压。高压锅炉给水泵由辅助汽机驱动,转速可以调节。在锅炉达到1/3负荷后才啟动这台给水泵。图3—16是No.1机组给水泵串联的情况。设置两套给水系统的目的是当一套出故障时,另一套系统依然可以运行。设计时每套系统按带2/3负荷考虑,6台给水泵消耗的总功率为1.72万千瓦。低压给水泵装在除氧器后面。满负荷运行时抽吸压力为5.3大气压,排出压力为158大气压。通过中压给水泵后可将压力增高到309大气压。高压给水泵(图3-17)由辅助汽机驱动。该汽机又由高压缸出口蒸汽管路抽汽冲转。辅助汽机的进出口压力随汽轮发电机组负荷的提高而按一定比例增加,可调节转速。图3-18是No.1机组给水泵的给水量和压力, 以及和辅助汽机转速和功率间关系的曲线。锅炉给水泵密封用泄漏水通过管路流入蓄水箱,其详细情况如图3-19所示。No.1机组为了保护锅炉给水泵,采用了具有下述功能的安全和联锁系统。

  • 当除氧器—混合给水加热器内水位过低时,或吸入管道内压力过低时,低压给水泵自动断路,停止运转。当需重新啟动时,同一给水回路的所有后置给水泵都必须停止运转。
  • 如果中压给水泵吸入管内压力过低,中压和高压给水泵的延迟停机开关起作用。因此在吸入压力过低时可以起安全保护作用。在高压给水泵的吸入管上也装有一只类似的开关,以保护给水泵,防止电动机轴的断裂。当高压吸入管道中吸入压力过低时,一只装在高压比给水泵前的汽机节流阀开始动作。
  • 在高压给水泵的输出管道中装有一只止回阀,当给水加热器管路出故障或出问题时,可防止给水的回流。

图3—15 美国爱迪斯顿电站No1机组的给水
加热器和给水泵系统图

图3—16 美国爱迪斯顿电站长No1机组锅炉给水泵串联的情况

 

图3-17 美国爱迪斯顿电站长No1机组锅炉高压给水泵纵剖视图

  • 在低压给水泵压力侧装了一只流量表,当流量低于规定的最小值时,水银起到一种开关作用,开啟高压给水泵侧的一只阀门,使部分水再循环,从而保证了通过泵的最低水流量。
  • 每台锅炉给水泵都带有一只相应压力的辅助油泵。在啟动时必须首先开啟低压辅助油泵,接下来再开啟中压和高压辅助油泵。用辅助油泵的目的是确保给水泵的良好润滑。
  • 给水泵由满速降为停止状态需10—15秒时间。在停止前必须依然保证轴承油的供给。


图3-8 No1机组高压给水泵的给水量、 图3-19 No1机组给水泵泄漏水的疏水管路压力、转速的关系

(9)No.1机组的主蒸汽管


图2-20 美国爱迪斯顿电站No1机组的主蒸汽管

No.1机组的主蒸汽管的管路系统较复杂(图3-20)。该机组末级过热器有8根彼此平行的管道系统,每根上都装有开关闸阀。由过热器出口到闸阀有8根Φ222.3x59.5毫米的主蒸汽管。蒸汽经过Φ闸阀后进入一根混合联箱,在此平衡各蒸汽管中存在的微量温差。蒸汽出混合联箱后,再通过四根蒸汽管进入汽机。从过热器出口到汽机调节阀间的压降为21绝对大气压,温度为5.5℃。这台机组的全部主蒸汽管材料均由AISI316型奥氏体钢制成。采用IBM(国际商用机器公司)的计算机设备来监测主蒸汽管出现的力和力矩。设计前对这套主蒸汽管系统还进行过模化试验。再热器管道用2? 1/4Cr-1Mo钢制造。一次再热器的蒸汽管的外径为Φ406毫米,壁厚为39.5毫米。二次再热器蒸汽管的外径为711毫米,壁厚为22.2毫米。

(10)No.1机组的材料问题

由于该机组的蒸汽参数特殊,对所用材料提出了很高的要求。当时选用如经高级的材料是经过各方面的专家,包括英国和西德的专家在内,慎重研究之后确定下来的。除了考虑用美国的钢材外,也同时研究了其它国家如英国、苏联和西德的特种钢的适用性问题。表3-1中的钢材性能相仿,可供参考。

表3—1 可供No.1机组选择的钢材


牌号

化学成份

650℃允许的抗拉强度(公斤/厘2
C Mn Si Cr Ni Mo Co W Nb 其它(Fe) 当时锅炉规程 估计可用的数据
347 *0.08 *2.0 *1.0 17-19 9-12 0 0 0 #10xC 67 3.5  
316 *0.1 *2.0 *1.0 16-18 10-14 2-3 0 0 0 67 4.8  
15-15N *0.15 *2.0 *0.75 14.8-18 13.5-16.5 1.25-1.85 0 1-1.9 0.8-1.3 60   8.0
17-14CuMo 0.12 0.75 0.5 16 14 2.5 0 0 0.5 62   8.4
G18B? 1) 0.4 0.8 1.0 13 13 2 10 2.5 3 53   7.4
N153? ?1) 0.3 1.5 0.5 17 15 3 12 2 1 42    
N155?? 1) 0.3 1.5 0.5 21 20 3 20 2.5 1 30   7.4

注:1)典型的化学成份;*最大;#最小

表3-2 美国爱迪斯顿电站No.1机组钢材的应用情况


序号
钢材牌号

化学成份(%)

在爱迪斯顿电站
No.1机组的应用
Fe C Co Cr Mo N Nb/Ta Ni V 其它
1 21CrMoV511 96 0.21   1.3 1.1       0.3   转子,
喷咀室插入管,缸体
2 Croloy2 1/4(+V) 95 0.15   2.3 1       (0.25)  
3 BVT82Z 91 0.12   5 1.2   0.5   0.5 Si:? 1.5
4 X22CrMo(W)V121 84 0.22   12 1     0.8 0.35 W:0.5 叶片,转子
5 AISI321(V2AE) 70 0.07   18       10.5   Ti=5xC

汽机管,阀座,喷咀室,
内缸,喷咀,主蒸汽管,
阀门

 

螺栓

6 AISI347 70 0.07   18     0.7 10.5    
7 X8CrNiNb1613