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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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

第五部分 发展超临界和亚临界压力机组的经济和技术比较 (2)

(1)2
 

第一章发展超临界和亚临界压力机组的经济性比较[20],[21],[412]—[417]

第二章 超临界和亚临界压力机组的技术比较[20],[21],[418]—[440]

中国今后是否应该发展超临界压力机组的火力发电设备,仅从上述经济比较看出,结论是肯定的。国外一些学者在讨论这个问题时,也多从经济研究的结果作为最后选定的依据。但也有人认为,还必须同时考虑其它技术方面的因素。超临界压力机组的优点并不完全和并不仅仅表现在具有较小的热耗、煤耗和较低的燃料成本方面。超临界压力机组在技术方面的优越性也是不容忽视的。
和亚临界压力机组相比,超临界压力机组在技术方面也具有不少优势,这一点已被大量客观事实所证明。当然,第一代超临界压力机组曾经出现过很多问题。本书第Ⅳ部分曾作了专题阐述。早期机组在经历了这些困难和问题后积累了丰富的经济。早期机组当时所碰到的某些问题,如在啟动时热损失高、噪音大、冲刷严重以及汽机叶片结铜垢等问题已经得到解决。

一.超临界压力机组的可靠性问题[20]

有的人认为,尽管超临界压力机组锅炉的经济性是不容置疑的,但是技术方面的可靠性较差。有的资料说超临界压力锅炉存在着水循环问题。指出在超临界尽管不存在膜态沸腾,但有局部传热恶化引起的“类”或“似”膜态沸腾。理由是:“超临界参数下温度水平偏高。同时在超临界压力下的受热面管子中,只要管内工质流量低或受热面热负荷很高时,也会发生传热恶化的”类“或”似“膜态沸腾,从而使管壁温度达到非允许的数值。认为汽包锅炉的炉膛水冷壁内有数倍于蒸汽流量的水进行循环。水冷壁管内流体为相应压力下的饱和温度,沸腾放热系数高,因此汽包锅炉水冷壁管温度较低,相对来说,水循环问题少一些。”
“在大容量锅炉炉膛中,沿宽度的吸热不均匀性是难以避免的。在临界压力下,由于工质没有一个饱和温度区,同时这一吸热不均匀性将使各个管屏内工质温度以及同一管屏并联管子内的工质温度均将产生差别。超临界压力机组锅炉中工质的这一特性,使全焊膜式水冷壁的工作条件恶化,这一点不容忽视”。
“在超临界压力下,在一定热焓的范围内,工质参数变化相差很大,比热急剧升高,达到最大值后又降低,称为最大比热区。在此区域及其附近,温度很小的变化将相应地引起密度很大的变化。由于这种特性,受热管壁处的工质密度比管子中心部分的工质密度小,因此,虽然是单相工质,在管子的流动截面上仍然存在相当大的不均匀性,有可能导致管壁的传热恶化。”
“内壁工质的放热系数随热负荷的增加而减少。特别是热负荷高时,放热系数急剧降低,有发生在最大比热区及其降近前方,相当于工质热焓为400—500大卡/公斤的范围内,这一位置刚好也是炉膛中热负荷高的地方。低的又和高的热负荷将很容易使管壁超温。”[232]
上述问题中,有的问题的观点是完全正确的,无瑕可言。但有的论点对某些问题的阐述欠全面。虽然是讨论这种机组的技术问题,谈水循环问题,最好将亚临界压力机组和超临界压力机组进行相互比较。准确地说,在亚临界压力产生上述问题的可能性和机率比超临界压力时大得多。
据国外文献介绍,超临界压力机组水动力学方面的问题并不大,但也不是说从来就没有发生过问题。如苏联早期超临界压力机组(30万千瓦机组)曾出现过流动不稳定。特别是屏式过热器上曾出现过倒流现象。主要原因是这批机组的炉膛采用上升、下降式水冷壁结构造成的。此外单纯使用上升管的炉膛水冷壁结构也有产生水动力问题的报导。美国为了避免这个问题,采用了特殊的结构,并对管路作了一些改进,并设法保持流速在一定的限度以上。美国早期超临界压力机组,曾有几处因结构不良造成局部汽水堵塞。但后来在采取适当措施后,便再也没见到产生这种水动力不稳定问题的报导了。
尽管如此,从理论上分析,超临界比亚临界压力机组具有更大的运行可靠性,因为下面两个原因:

1.超临界压力蒸汽的性质有利于提高可靠性[20]

在亚临界领域,水被加热,水的温度上升到与其压力相近的饱和温度,水达到饱和温度后,产生沸腾现象,发生蒸汽。蒸汽再受热后变为过热蒸汽。但如果将蒸汽参数增加到临界压力225.65公斤/厘米2(临界温度374.14℃)以上,即达到超临界压力,由于不产生饱和领域,便不会发生水和蒸汽共存的沸腾现象。锅炉内加入的水吸热后比容逐渐增加,变成比重大的过热蒸汽。
超临界压力下水变成蒸汽通常都只有水和蒸汽的单相流体存在。水受加热后的状态变化和亚临界压力下的情况完全不一样。这种性质变化的根本区别体现在蒸汽的比容、比热和焓值的不同。
在亚临界压力范围的饱和领域,蒸汽受蒸发热火的作用,焓值急剧增加。由于产生比重小的蒸汽,比容也急剧增大。此时受到的热全部用天蒸发。由于温度没有变化,故具有比热无限增大的特性。
介当超过临界压力,达到一不定期压力值后,在加热温度的作用下,蒸汽的比容、焓等均不会发生急剧变化的现象。随着温度的上升、蒸汽的比容、焓以及比热成一平滑曲线的形式逐渐上升。
这种亚临界压力和超临界压力蒸汽性质的不同,使超临界压力机组锅炉具有较隹的水动力稳定性。
超临界压力锅炉的水在被加热时,不产生沸腾和汽泡,吸收热量后水的容积逐渐变化,比重大的水逐渐变为比重不变的蒸汽。没有作为水和蒸汽境界的水面,所以超临界压力锅炉不能采用汽包锅炉,只能采用从锅炉入口到蒸汽出口全由管子组成的直流锅炉。
超临界压力蒸汽对提高锅炉机组的可靠性更有利的原因是其蒸汽沸腾的性质和亚临界压力机组不同。锅炉受热面上有下列几种沸腾形式:
根据水的温度,如水达到沸点叫饱和沸腾,低于沸点叫表面沸腾。若按管壁温度,当壁温超过水沸点不多时叫核态沸腾,超过沸腾很多时叫膜态沸腾,介于两者之间的称部分膜态沸腾。遵照水笔蒸汽和循环方式又分为三种:在大容器内自然对流循环称槽状沸腾;在管路内虹吸或热循环沸腾;靠循环泵维持水流动时产生强制对流沸腾。
亚临界压力机组锅炉,当水达到饱和温度、焓值和比容骤增,比热又非常大,管壁超温的可能性比超临界压力机组锅炉大得多。在亚临界压力锅炉内,通常有核态沸腾结合热循环沸腾,或核态沸腾加上强制对流沸腾。在设计这类锅炉时,一般按某一固定的热负荷进行设计,并保留一不定期的安全裕度。介是可能有很多情况是设计者估计不到的,故难于预示可能发生超温的部位。水冷壁上有些地方有时会吸收比设计数据多得多的热量。当焓值达到450大卡/公斤时,便会产生膜态沸腾。水达到饱和温度后,焓值必然突然增加,往往远远超过此值,甚至达到600大卡/公斤以上,因此,亚临界压力锅炉很难避免出现膜态沸腾。超临界压力锅炉没有这种焓值和比容骤增现象,从理论上可以认为不会出现膜态沸腾。
出现膜态沸腾时,管壁内面形成一层蒸汽薄膜,不让水浸湿壁面,使蒸汽呈针状而过热。由于散热工况恶化,管壁金属温度过高,便会出现爆管。如果情况不太严重,也会造成管壁内表面的腐蚀。
膜态沸腾在临界压力下任何范围都会发生,但试验表明,在亚临界压力时,情况最为严重。

2.超临界压力流体的状态有利于锅炉结构的简化[20]

亚临界压力锅炉内汽水为二相状态,容易产生汽水流的分层,管壁温度偏高(大于594℃)及工质在联箱中分配困难。受热面高温腐蚀严重,需较复杂的分配系统,才能确保汽和水的充分混合。水冷壁管内的水首先被加热后逐渐变为蒸汽。所以产生蒸汽的炉管内含有汽水混合物。
汽水混合物靠重力差或循环泵而保持流动。理论上可以把四周管子上流体的温度看成不变的,实际情况却并非这样,炉墙各处由于受到的热负荷不同,管壁温度往往相差很大。在流速、流量、汽水混合物干度和热负荷等因素的共同影响下,管壁极易出现超温。
超临界压力锅炉的流体均以单相状态出现,或者是水,或者是汽,理论上认为在任何一点也不会是汽水混合物。锅炉设计者可预先估计两相变换点的位置,设置足夠的混合联箱来保证平均管壁金属温度不超过设计允许的极限数值。从而避免局部传热恶化,制造出更为安全可靠的锅炉。超临界压力锅炉的回路比较简单,不需要复杂的配水系统来保证良好的汽水混合。此外,超临界压力锅炉炉管内工质的压力降也比亚临界压力锅炉低得多。
过去认为超临界压力机组可靠性差,其实并不存在这个问题。关键在于设计、制造、安装和运行的水平。
例如,苏联30万千瓦超临界压力机组的可用率早已和超高压(15,20万千瓦)机组并驾齐驱(86—87%)。50—80万千瓦的超临界压力机组均能很快达到设计水平。苏联的新型30万千瓦机组复合循环锅炉在投运三个月后便可以达到额定出力。80万千瓦的可用率1980年以后已达到87—89%。其它国家,如美国、西德和日本的发展情况尽管有所不同,可用率也稍有差异,但基本状况是类似的。

3.水质要求的比较[355]

超临界压力机组和亚临界压力机组,两者对水质的要求都很高,均要求采和化学除盐和用蒸发器进行补给水的水处理。在100%冷凝水处理的条件下,超临界压力锅炉的运行是安全可靠的。而汽包炉由于采和相结合水喷射法调温,在凝汽器铜管泄漏时,过热蒸汽会被盐类污染,汽机通流部分结盐会达到相当危险的程度。苏联曾对不同冷却水含盐量下和各种不同程度铜泄漏下采用给水喷射法调温时,蒸汽含盐量增加量和时入汽机通流部分的盐量时行了计算。比较的结果是直流炉运行方式较汽包炉安全可靠,但直流炉水处理设略去的投资和运行费用略有增加。亚临界压力汽包炉中必须除掉悬浮固形物,但为了可靠起见,一般都带有凝结水过滤设备。超临界压力机组锅炉一般要求带有冷凝水除盐设备。
表2—1是若干台超临界和亚临界压力机组的给水限制值,总的看来两者相差并不太明显。
值得说明的是,超临界压力锅炉对水质中含铜量有较高要求。一般情况下,当压力为130—200公斤/厘米2时开始析出氧化铜。铜的溶解度随蒸汽比容的减少而增大。

表2—1 超临界和亚临界压力机组的给水纯度(单位ppb:10亿分之一)


 

项目

超临界压力机组

亚临界压力机组
菲洛
No.6
阿逢
No.8
布里德
No.1
布伦
No.1
爱迪斯顿No.1 推荐值 横须贺
No.3(
五井No.2(直)
实际值 实际值 实际值 标准值 标准值 A B 标准值 标准值
全溶解固形物 75   50 40 50 50 50   50
SiO2 11 10 2—5 10 10 20 5 20 (饱和蒸汽) 20
5 10 5 5 5 10 5 10 10
9 5 5 5 5 2 5 10 12
残留氧 5 5—15 5 5 5 7 7 7 7
PH值 9.4—9.7 8.9--9.2   9.5 8.8—9.2 8.5—9.2 8.8—9.2 8.6--9 8.5—9.2
备注 58年2-5月三个月的实际值 循环初期冲洗后的值 正常运行时         东京电力公司标准  

超临界压力蒸汽的比容比亚临界压力蒸汽的比容小得多,因而即使温度不高,铜的溶解度也很高。为了防止铜的析出,规定给水中的含铜量不得超过2—5ppb。从上表可看出,早期投运的超临界压力机组,由于没有对给水的含铜量提出严格的限制,出现了不少的问题。如氧化铜在汽机叶片上的结垢,曾影响了汽机的安全运行。美国早期有6台超临界压力机组的汽机高压缸叶片上出现过铜垢,引起了很大的麻烦。其危害很大。这些电站运行两个月后,出力降低7%,运行一年后,有个别的出力降低10%左右。这种铜垢非常坚固,只有靠机械加工或化学酸洗才能消除掉。后来发现造成汽机叶片铜垢的原因是当时美国大多数电站的给水加热器是由铜合金管造成的。这种给水加热器在运行一段时间后,工质中铜浓度增加,会导致设备的停运。当将管子换成其它材料后,这个问题便不存在了。超临界压力锅炉在水处理设备上并不存在解决不了的问题。

4.自动控制要求的比较[20],[401]—[411]

超临界压力机组和亚临界压力机组相比较,具有运行稳定、灵活性和调节性好等优点。如增减负荷允许的速度快和冷态啟动快。亚临界压力汽包炉,由于汽包壁厚温升受限制,啟动慢(差一倍左右的时间)。现代超临界压力锅炉的循环旁路系统已越来越合理。此外,复合循环锅炉的发展又使旁路系统大为简化。采用螺旋盘管的复合循环锅炉使调峰性能日趨完善。
但是,超临界压力锅炉的蓄热特性不及汽包炉。一般来说,汽温控制难一些,要求有较灵活的调节系统。但超临界压力锅炉比亚临界压力直流锅炉的汽温波动要小一些,因为亚临界压力时流体的比热比超临界压力还要高一些,需要较大的吸热量才能获得一定的温度变化。超临界压力机组由于压力高,传热率也高,可以减少时间延迟,有利于温度的控制。
超临界压力锅炉的自动控制系统基本上和亚临界压力直流炉类似,但和汽包炉不同。因此,在设计锅炉的控制系统时必须增加一些相应的控制设备和控制检测点。
这种锅炉燃料和给水量的变化极易引起蒸汽压力和温度的变化,故必须经常保持给水和燃料的平衡。由于蓄热量小,希望锅炉和汽机同时进行自动控制。要求根据负荷的变化南昌改变输入锅炉的燃料和给水量,一般用喷水减温器调温,用调汽调压。
就中国的技术水平来说,在发展超临界压力锅炉过程中自动控制不成问题。

5.调峰性能的比较[211]—[226]

超临界压力机组锅炉的调峰性能不如亚临界压力汽包炉的说法是不确切的。因为超临界压力锅炉中又有许多种炉型和管圈结构。正确的说法应该是有些炉型的超临界压力锅炉,如第一代的UP炉的确很难调节负荷,其低负荷运行时的经济性也欠隹。后来,采用复合循环锅炉后,调峰性能有了很大的改善。这种锅炉有省煤器和炉膛水冷壁之间增设再循环砂泵,并将炉膛水冷壁出口和锅炉再循环泵进口之间用再循环管路连接起来。优点在于当锅炉啟动和低负荷运行时,锅水再循环泵起作用,锅水的一部分通过再循环管道,在炉膛水冷壁内循环。尽管给水流量小但依然可以确保炉膛水冷壁具有充分的流量。当锅炉负荷上升时,给水流量增加,而循环流逐渐减少,当负荷达到循环停止的转换点后,便可以自动切换成直流。
现在国外又普遍采用了带有螺旋管圈的本生式超临界压力变压运行锅炉。如日本川崎公司等生病的锅炉。这种设备具有高度的可靠性。可根据电力的需要迅速准确地调节负荷。不管锅炉在低负荷或高负荷运行均有良好的热效率。经得起频繁的啟停,啟动迅速,能在极低的负荷下稳定运行。
由于采用了螺旋式蒸发器,围绕在燃烧室四周的所有并联管的长度相同,故吸热均匀。同时又因为管子的根数和直径不受炉膛截面大小的限制,所以这种螺旋管圈可任意选用最隹的管内流速,并可获得高的流动稳定性。
此外,这种结构的锅炉,另一个优点是在超临界压力下运行时水的状态变化完全在炉内进行,无混合联箱和集管。
这种变压运行的超临界压力锅炉除用螺旋管圈外,还采用了低负荷运行设备(循环泵)和汽机旁路装置。这种锅炉的主要特点如常下图所示[222]:
汽包炉由于汽包壁厚蓄热大,热态啟动比有些超临界压力锅炉快一些,但冷态啟动却不如超临界压力锅炉。汽包炉的汽包在频繁的啟停应力作用下会产生较大的热应力,材料易疲劳而出现超过允许程度的裂纹。因此,现代超临界压力锅炉的调峰性能并不比汽包炉逊色,在某种程度上讲,反而好得多。


此外,超临界压力锅炉与亚临界压力汽包炉相比,可以减少啟动的时间和损失。蒸汽可以很快地升至额定的压力。
如汽包壁厚为6吋的大型汽包锅炉升温速度为37.8℃/时,强制循环锅炉可提高到93. 5℃/时,而超临界压力直流锅炉可提高到204.3℃/时。所以蒸汽温度538℃的超临界压力锅炉自冷态啟动升至并网运行,仅需2.5小时,而其它锅炉却需要5—8小时。同样理由,需要维修时可以很快冷却下来。

6.超临界压力锅炉和亚临界压力汽包炉重量的比较[20]

超临界压力锅炉的重量比亚临界压力汽包炉重量轻得多。重量轻的原因有以下几点:

(1)超临界压力机组的蒸汽比容小,故在一定流量和流速下只需要较小的截面。另一方面超临界压力机组压力高,希望受压部件有较厚的壁厚。因为在538℃温度169公斤/ 厘米2和246公斤/ 厘米2的压力比为1.458,而比容则为1.551。因为比容比大于压力比,所以超临界压力机组占有利地位。结果超临界压力机组的过热器重量较轻,成本较低。

(2)亚临界压力机组汽包炉的循环比率为7∶1; 低倍率循环汽包炉用4∶1。超临界压力锅炉则为1∶1。在头两种锅炉中水冷壁管内的流速约为1.33米/秒。在低倍率循环炉内为2米/秒,而在超临界压力锅炉内为8.34米/秒。因此超临界压力锅炉需要很小的管子截面就可以了,其结果双使重量减轻。

(3)蒸汽压力较高时,产生一次蒸汽的炉管的热负担减轻了,因此过热器受热面可以按比例减少。再热器的负担加重了,但是这部分受热面比较便宜。

(4)超临界压力流体的导热系数比亚临界压力时高。较高压力的流体吸热较快。所以,在一定的流量和流体温度下,较高压力的流体的温度梯度较小。故超临界压力锅炉的管壁金属温度较低。

7.超临界压力机组的给水泵问题[20],[391]—[398],[188]

超临界压力机组给水泵的压力比亚临界压力机组为高,必须仔细地进行考虑,使其设计、结构和给水系统的配置更合理。
给水泵内主要另件均由铬钢或铬钼钢制成,采用特殊的轴封。给水泵的布置和驱动方式有许多种。轴封原来一般用石墨制的浮式轴套,由于没有泄漏水的隙缝,后改为浮式水封方式。用低压给水泵注入轴封水。朋的高参数的超临界压力机组(如国爱迪斯顿电站No1)的高、中压给水泵也采用浮式环形水封方式。并且在结构上还增加了轴封水的段数。总之,随着技术的不断发展,轴封技术又改进了不少。因此,中国若先发展246公斤/厘米2,538℃级的超临界压力机组,估计在给水泵方面不会有多大问题。

8.超临界压力机组的阀门问题

早期超临界压力机组如美国菲洛电站No6、阿逢电站No8、布里德电站No1和西德许尔斯化工厂第二电站No1等机组的旁路阀、喷水减温器阀等均有侵蚀和磨损的有关报导。蒸汽参数高,阀门容易出现泄漏和侵蚀。关键是应着重考虑阀门的密封性能和采用的填料材料。
尤其是啟动旁路阀,它承受非常高的压力,必须由高压参赛过节流使汽水变成为低压,因此极易产生侵蚀。这个阀门要求采用特殊的材质,仔细考虑其设计结构和热应力,同时还应尽量让阀门结构微型化。
其次是应注意安全阀的动作和阀座的侵蚀,也必须仔细考虑其设计结构和材质等问题。
一般控制阀、电动阀等的驱动力矩均较大,为了使控制更趨稳定,应在阀门结构上作一些改进,以尽量减少阀门的驱动力矩。
阀门问题是中国火力发电设备中的老、大、难问题。但并不是不能解决。关键是重视不重视。在发展超临界压力机组的初期,可以从国外引进关键的阀门。同时加强试验研究工作,组织人力和物力仿制,阀门问题一定能夠得到解决。这方面国外也有不少例子。如日本在发展超临界压力机组初期,阀门问题也很严重。日本冈野阀门厂过去生产的超临界压力电磁安全阀中存在着阀体和阀盖连接处泄漏、主阀瓣密封不好、以及附阀动作不良等缺点,便首先从美国和西德引进阀门,对以下四点进行了深入的研究:

(1)验证附阀的动作和密封情况,以掌握主阀的开关;

(2)测定附阀打开时主阀瓣的背压;

(3)因阀体承受高温高压,故对它的交叉部位进行应力测定,并检查铸钢件临界区域的内在质量;

(4)综合性能检查。

经过大量试验研究工作后,终于研制出质量优良的超临界压力电磁安全阀。
日本对超临界压力锅炉循环泵出口截止止回阀的研究也说明,只要加强科研工作,困难是可以克服的。
由于循环泵抇程小,必须考虑尽可能减少压力损失。因此采用了y型截止止回阀,从而用一个阀门代替了截止阀和止回阀,显著地减少了压力损失。但在这样的y型阀中,还需要想尽一切办法来减少压力损失。为此,冈野阀门厂从压力损失因素—介质的流速与阻力系数进行了研究工作。结果表明,超临界压力锅炉的循环泵出口阀在正常运行时流速低于亚临界压力锅炉的流速。因掌握了可靠的设计数据,生产出的截止止回阀的流速得到了控制,振动减轻,气蚀现象减少。
另一方面,拿冈野阀门厂的产品同进口阀门进行比较,研究阀门的阻力系数。在阀门开度(开啟高度 / 阀座直径)为1时,进口的阻力系数为1.52,冈野阀门厂的为1.28。这个值说明了进口阀的阻力系数比冈野阀门的大,从而找出了该厂阀体结构上的缺陷,提高了质量。

9.超临界压力机组的材料问题

各国在发展超临界压力机组的过程中都不同程度地碰到过钢材问题。如美国早期的部分超临界压力机组,曾因材料问题,造成过许多爆管事故。如爱迪斯顿电站,由于当时对奥氏体不锈钢材料的高温性能缺乏足夠的试验资料,选316钢制造辐射过热器管子,这种钢材对350大气压,660/565/565℃这样的高参数是不行的。被迫降温运行(<620℃)。该电站的屏式过热器和对流出口段管材采用Cu—Mo17—14钢材,也出现过损坏。因那时对这种材料强度、蠕变、防腐、导热等性能都不太了解。焊接工艺方面也存在不少问题。
就目前中国的技术水平看,发展超临界压力机组的的确确会出现一些材料问题。不过不是指一般蒸汽参数的超临界压力机组,而是指像爱迪斯顿电站这样的超高参数(>246公斤/厘米2级)机组。这种机组,一方面要求用大量的奥氏体钢管,这种钢管的价格较高,另一方面在加工工艺上也存在一些问题。有关超临界压力机组材料问题本书曾作了专门介绍。

10.其它问题

从汽机制造厂的角度看,采用246公斤/厘米2的超临界压力参数并不比亚临界压力参数的汽机复杂,实际上有时反而会更简单一些。如40万千瓦机组的超临界压力汽机就比亚临界压力机组的汽机便宜一些。
除上述诸问题外,一些文献报导,还有如下问题:

(1)厚壁奥氏体钢热疲劳裂纹;

(2)汽机主节流阀等堆焊司太立(钨铬钴)硬质合金的裂纹;

(3)汽机进口管路法兰的破裂;

(4)啟动时汽机高、中压缸法兰出现较大的温差;

(5)控制阀门打不开,控制阀捍上出现氧化铁沉积。

但上述问题,随着经验的不断丰富,已成了历史,不复存在了。

二.技术比较的结论

综上所述,超临界压力机组在技术方面也比亚临界压力机组优越得多。
从蒸汽性质上分析,即从理论上看,超临界压力机组比亚临界压力机组可靠性更高。两种机组的水质要求相仿。超临界压力机组的自动控制要求稍高,但可以办得到。调峰性能一般比亚临界压力机组好,重量也轻一些。另外,其给水泵、阀门和材料等问题,就中国目前的技术力量看,没有克服不了的困难。
也就是说,超临界压力机组不仅经济性好,而且技术上也是成熟可靠的。
但这并不等于不需要再作深入细緻的试验研究工作。当前摆在面前的任务是组织力量,结合国情地进行更详细的发展超临界压力机组的可行性研究。