【正文】 除渣設(shè)備 , 既節(jié)約用水 , 還能回收渣的一部分熱量。 1根軸向飽和水引出管 2根蒸汽引出管 6根引入管 分離器及其引入、引出管系統(tǒng)：用于啟動時將水冷壁系統(tǒng)來的汽水混合物引入分離器靠離心力的作用進(jìn)行汽水分離，分離出來的蒸汽向上引出送往過熱器。 投資大； 金屬耗量大； 要求除氧器安全閥容量增大。 系統(tǒng)簡單； 運行操作方便； 容易實現(xiàn)自動控制； 工質(zhì)和熱量回收效果好 。同時 ,分離器疏水還可以排入除氧器 ,一方面可以回收工質(zhì) ,另一方面也可用來加熱除氧器水回收熱量。同時分離器壁厚相對增加 ,材料及加工費用增加 ,但閥門數(shù)量減少 ,又降低了投資 ,使系統(tǒng)總投資降低。 內(nèi)置式啟動分離器設(shè)在蒸發(fā)區(qū)段和過熱區(qū)段之間 ,與外置式分離器啟動系統(tǒng)相比 ,具有以下特點 : 、過熱器之間沒有任何閥門 ,不需要外置式啟動系統(tǒng)所涉及的分離器解列或投運操作 ,從根本上消除了分離器解列或投運操作所帶來的汽溫波動問題。超臨界直流鍋爐的啟動系統(tǒng)主要有內(nèi)置式和外置式啟動分離器兩種。從而使給水量調(diào)節(jié)、汽溫調(diào)節(jié)和燃燒量調(diào)節(jié)相對獨立，互不干擾。 二、啟動系統(tǒng)的作用 ，保證給水連續(xù)地通過省煤器和水冷壁，其是保證水冷壁的足夠冷卻和水動力的穩(wěn)定性。這就是說，鍋爐送出的過熱蒸汽參數(shù)應(yīng)該按照汽輪機(jī)啟動的要求逐漸提高。如果啟動流量按 30％額定流量計算，一臺容量為 3102t/h的 1000MW鍋爐啟動初期就需要約 900t/h左右的啟動流量。 (2) 帶循環(huán)泵 , 啟動期所有的水冷壁系統(tǒng)清洗水、汽水膨脹的水量以及啟動期間 各階段多余的蒸汽全部排入大氣式擴(kuò)容器 , 屬于工質(zhì)只能局部回收的啟動系統(tǒng)。 特別是對于煙煤鍋爐 ,NOx 排放有可能達(dá)到 300 mg/ Nm3 左右。 北京巴威公司燃燒器采用美國 BW 公司 DRB4Z 雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器 , 該燃燒器采用分級送風(fēng) , 按照著火、穩(wěn)燃和燃盡的要求分段燃燒 , 抑制 NOx 的生成 , 降低 NOx 排放。將較大比例的分離燃盡風(fēng)布置在爐膛上部 , 構(gòu)成 MACT 燃燒系統(tǒng) , 進(jìn)一步實現(xiàn)分級配風(fēng) , 降低 NOx 的生成。每臺鍋爐 SA213TP347H 、 Super 304H 的總重量大部分廠家為 550 580 噸 , 個別廠家高達(dá) 980 噸。 低溫再熱器 :2OG、 SA210C、 15CrMoG、12CrlMoVG、 SA213T22 、 SA213T23 、 SA213T91 、 SA213TP347H 末級再熱器 :SA213TP347H 、 Super304H、 Super 304H SB( 噴丸 〉 。 螺旋管圈和垂直管屏過渡區(qū)結(jié)構(gòu)布置圖 (2) 水冷壁的材料 目前國內(nèi)己訂貨的超超臨界鍋爐，水冷壁的材料選用 15CrMoG、 SA213T T12,最高的用到 SA213T22 。 螺旋管和垂直管的過渡區(qū)是一個結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的部位。冷灰斗下部出渣口 ,螺旋管在出渣口周界上以中心對稱排列。 R E A R W A L LR I GH T S I D E W A L L I n c li n e d t u b ing L E FT S I D E W A L LFR O N TW A L L圖 吸熱不均的爐膛和螺旋水冷壁 傾斜管環(huán)繞與切向燃燒方向相反（如圖 所示）。綜合爐膛結(jié)構(gòu)和熱負(fù)荷分布可以知道，采用螺旋管圈水冷壁方案能夠確保螺旋段和垂直段出口熱負(fù)荷分布在所有負(fù)荷內(nèi)都很均勻，這一方面可以確保鍋爐運行的安全性，同時也可以保證鍋爐長期高效運行。 其缺點是對煤種變化較為敏感 , 水冷壁各回路之間熱力和水動力特性有可能出現(xiàn)偏差較大 , 使汽水分離器的工作條件惡化 和因熱力偏差還可能造成水冷壁超溫爆管 , 并且需要裝設(shè)節(jié)流孔圈。 燃燒方式同樣與水冷壁的結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系 , 如果切圓燃燒配螺旋管圈水冷壁 , 在結(jié)構(gòu)處理上比較困難 , 這也是采用切圓燃燒的制造廠家在不斷開發(fā)適應(yīng)超臨界參數(shù)垂直管圈水冷壁鍋爐的原因之一。單爐膛前后墻對沖燃燒 單爐膛八角切圓燃燒 螺旋管圈水冷壁 Π型爐 (3) 上鍋 鍋爐蒸發(fā)量的選取一般與汽輪機(jī)的 VWO 工況相匹配。 。在亞臨界壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)膜態(tài)沸騰；在超臨界壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)類膜態(tài)沸騰。采用螺旋管圈水冷壁有利于實現(xiàn)變壓運行。由于沒有固定的汽水分界面，隨著給水流量和燃料量的變化，受熱面的省煤段、蒸發(fā)段和過熱段長度發(fā)生變化，汽溫隨著發(fā)生變化，汽溫調(diào)節(jié)比較困難。 值性以及脈動，水冷壁管內(nèi)工質(zhì)的重量流速在 MCR負(fù)荷時提高到 2023㎏ /（㎡ .S）以上。這樣，不但提高了傳熱能力而且節(jié)省了金屬，減輕了爐墻重量，同時減小了鍋爐的熱慣性。 30％額定流量的工質(zhì)經(jīng)過水冷壁并被加熱，為了回收啟動過程的工質(zhì)和熱量并保證低負(fù)荷運行時水冷壁管內(nèi)有足夠的重量流速，直流鍋爐需要設(shè)置專門的啟動系統(tǒng)。一臺 300 MW自然循環(huán)鍋爐與相同等級的直流爐相比 , 大約可節(jié)省金屬 2023t。 直流鍋爐的技術(shù)特點 ，能快速啟停。 ? 直流鍋爐沒有汽包，在水的加熱受熱面和蒸發(fā)受熱面間，及蒸汽受熱面和過熱受熱面間無固定的分界點，在工況變化時，各受熱面長度會發(fā)生變化。世界上只有ALSTOM和三菱公司在 800MW以上機(jī)組采用垂直管圈技術(shù)。 80年代末 ,上海鍋爐廠與 ABBCE公司合作制造石洞口二廠的 600MW超臨界壓力直流爐（國內(nèi)第一臺超臨界機(jī)組） 。 華能玉環(huán)電廠、上海外高橋三廠、華電鄒縣電廠、國電泰州電廠的 1000MW的超超臨界機(jī)組已經(jīng)正式投入商業(yè)運行。根據(jù)英國貿(mào)工部對超臨界蒸汽發(fā)電的預(yù)測 :今后 5 年內(nèi) ,超臨界機(jī)組蒸汽溫度將達(dá)到 620 ℃ 。到 1965 年 , 機(jī)組的主流運行參數(shù)保持在 17MPa 和 525 ℃ , 到 70 年代中期為 24MPa/538 ℃ 或 19MPa/566 ℃ 。近十余年來 ,超超臨界技術(shù)在日本和歐洲得到迅速發(fā)展。與此同時 , 美國、日本和歐洲各國適應(yīng)更高蒸汽參數(shù)的新型鐵素體鋼和改進(jìn)奧氏體耐熱鋼的開發(fā)和研究 , 并取得了成功。西門子 1998 年后有多臺容量大于 900MW 投運的業(yè)績 , 最大單軸機(jī)組的銘牌功率達(dá)到 1025MW 超臨界和超越臨界機(jī)組的可靠性 美國和德國等國家早期開發(fā)的超超臨界機(jī)組投運初期曾出現(xiàn)一系列問題 , 導(dǎo)致超超 臨界機(jī)組的可靠性較低 , 影響了超臨界和超超臨界技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。 進(jìn)汽壓力 : 日本三家公司 1990 年以來所有機(jī)組進(jìn)汽壓力均為 25MPa 左右。經(jīng)過汽輪機(jī)各高溫高壓 部件近十多年的應(yīng)用 , 該材料系列己相當(dāng)成熟，并已形成標(biāo)準(zhǔn)。九十年代以來 , 尚沒有超過 27MPa 壓力百萬千瓦級汽輪機(jī)機(jī)組設(shè)計和投運的報道。日本各公司近期機(jī)組多為 1000MW 等級。 目前世界超超臨界機(jī)組容量及參數(shù)狀況的分析 日本三家公司技術(shù)來源于 GE和西屋。2023 年在 Nideraubem 電廠投運的 965MW, 蒸汽參數(shù)為 ℃ / 600 ℃ 的超超臨界機(jī)組 在 Hessler 電廠投運的 700MW, 蒸汽參數(shù)為 30MPa/580 ℃ /600 ℃ 的超超臨界機(jī)組。日本各公司正在醞釀開發(fā)蒸汽參數(shù)為 ℃ /650 ℃ 的超超臨界機(jī)組。 1990~2023 年間 , 日本投運或預(yù)定投運一批壓力為 , 溫度提高至 593 ℃ / 593 ℃ 、 600 ℃ /600 ℃ 和 600 ℃ /610 ℃ 的機(jī)組。 兩次再熱雖是成熟的技術(shù) , 但系統(tǒng)復(fù)雜。日本最初投運的兩套超超臨界機(jī)組 , 只是提高主蒸汽壓力而未提高其溫度 , 由于主蒸汽壓力和溫度不匹配 , 故采用兩次再熱以防汽輪機(jī)末級蒸汽濕度過高。 但由美國引進(jìn)的超臨界技術(shù)不能適應(yīng)在廣泛范圍內(nèi)變負(fù)荷以及快速經(jīng)濟(jì)起停 , 日本各公司從歐洲引進(jìn)超臨界變壓運行技術(shù) ( 螺旋管圈鍋爐 ), 經(jīng)過大量的試驗及不斷提高技術(shù)水平 , 使超超臨界機(jī)組不僅高效 , 而且具有亞臨界機(jī)組同樣的可靠性與運行靈活性 , 能自如地適應(yīng)變壓運行帶周期性調(diào)峰負(fù)荷的要求。由于不能吸收別國先進(jìn)技術(shù) , 前蘇聯(lián)超臨界技術(shù)發(fā)展不快 ,總體技術(shù)水平不高。 前蘇聯(lián)所有 300MW 及以上容量機(jī)組全部采用超臨界參數(shù) , 其超臨界機(jī)組達(dá) 200 余臺 , 占總裝機(jī)容量的 50% 以上 , 且大多數(shù)為 300MW 機(jī)組。 初期 由于蒸汽參數(shù)偏高 , 材料出現(xiàn)高溫腐蝕 , 以及設(shè)計、制造質(zhì)量等各種技術(shù)原因 , 在運行中發(fā)生較多問題 , 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與原設(shè)計要求相差較大。近年來 , 美國 GE 公司還為日本設(shè)計制造了蒸汽參數(shù)分別為 ℃ /600 ℃ 和 25MPa/600 ℃ /610 ℃ 的超超臨界機(jī)組。 上世紀(jì) 80 年代 , 針對燃料價格上漲 , 環(huán)境保護(hù)要求日益嚴(yán)格的現(xiàn)狀 , 美國電力研究所 ( EPRI ) 總結(jié)認(rèn)為超超臨界技術(shù)發(fā)展過程中所發(fā)生的問題 , 主要不是采用超超臨界參數(shù)所引起的。美國煤價較低 , 加之大量核電機(jī)組的迅速投產(chǎn) , 及當(dāng)時超臨界機(jī)組調(diào)峰能力較差 , 故當(dāng)時的超臨界機(jī)組不能適應(yīng)市場需要。該機(jī)組在按設(shè)計參數(shù)運行 8 年后 , 因材料問題 ( 鍋爐過熱器高溫腐蝕和汽輪機(jī)高壓缸蠕變變形等 ), 自 1968 年起參數(shù)降至 31MPa,610 ℃ /557 ℃ /557 ℃ , 直至目前仍在運行。日本和西門子 ,ALSTOM 等在大功 率機(jī)組中己開始使用鈦合金末級長葉片。此外 , 西門子公司用于我國外高橋四缸四排汽超臨界 900MW 機(jī)組的 1143mm 長葉片 ,玉環(huán)、北疆10000MW機(jī)組 末級長葉片 。此外 , 當(dāng)功率大于 700MW等級時還必須考慮高中壓分缸以及發(fā)電機(jī)單軸功率限制等因素。 (3) 1000MW 等級超超臨界機(jī)組的開發(fā)。壓力參數(shù)不僅涉及有關(guān)部件的材料及強(qiáng)度結(jié)構(gòu)設(shè)計，而且由于汽輪機(jī)排汽濕度的原因 , 為保證機(jī)組的正常運行 , 當(dāng)壓力提高到某一數(shù)值 , 必須采用更高的再熱溫度 ( 如在 31MPa下 , 溫度應(yīng)在 600 ℃ 以上 ) 或二次中間再熱循環(huán)。按壓力溫度和功率的不同 , 可將這個階段超超臨界機(jī)組的發(fā)展分為三個層次 : (1) 壓力在 25MPa 左右 , 采用高溫參數(shù)。與此同時 , GE 及西屋又將這些新的先進(jìn)技術(shù)與日本日立、東芝、三菱聯(lián)合進(jìn)行了一系列超超臨界機(jī)組的開發(fā)設(shè)計 , 使超超臨界技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個新的階段。從 70 年代起 , 美國 GE 及西屋公司分別將超臨界技術(shù)轉(zhuǎn)讓給日本 (GE向東芝、日立 , 西屋向三菱 ) 和歐洲。由于機(jī)組可靠性的問題 , 在經(jīng)歷了初期超超臨界參數(shù)后 , 從 60 年代后期開始至 70 年代 , 美國超臨界機(jī)組大規(guī)模發(fā)展時期所采用的參數(shù)均降低到常規(guī)超臨界參數(shù) : 壓力 , 溫度 538 ℃ /566 ℃ 。九十年代以來 , 由于環(huán)保及節(jié)約能源的需要 , 超超臨界機(jī)組又進(jìn)入了新一輪的發(fā)展時期。 超超臨界參數(shù)實際上是在超臨界參數(shù)的基礎(chǔ)上向更高壓力和溫度提高的過程。 一、國外超超臨界機(jī)組的發(fā)展 超臨界機(jī)組概述 在一定范圍內(nèi) , 新蒸汽溫度或再熱蒸汽溫度 每提高 10 ℃ , 機(jī)組的熱耗就可下降 % 。超超臨界 1000MW機(jī)組技術(shù)講座 水的臨界狀態(tài)參數(shù)為 ， ℃ ，在水的參數(shù)達(dá)到該臨界點時，汽化會在一瞬間完成，即在臨界點時，在飽和水和飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的二相區(qū)存在，二者參數(shù)不再有分別。 而汽、水在過臨界點不再有汽、水共存的二相區(qū)存在，也就決定了超臨界或超超臨界機(jī)組所配備的鍋爐必須是直流爐。 在 70 80 年代 , 一般超臨界循環(huán)典型的參數(shù)為 、 538/ 538 ℃ , 或 、 538/566 ℃ , 對應(yīng)的發(fā)電效率 約為 4142% 。在超超臨界技術(shù)的發(fā)展初期 , 蒸汽參數(shù)取得比較高 , 超過了當(dāng)時的材料技術(shù)發(fā)展水平 , 致使超超臨界機(jī)組的可用率和可靠性都較低 , 熱力參數(shù)一度被降低到超臨界水平。當(dāng)時有 5 臺投運的超超臨界機(jī) 組溫度達(dá)到 593 ℃ ,11 臺機(jī)組為二次中間再熱。 第二階段 , 從 80 年代起的超臨界機(jī)組優(yōu)化及新技術(shù)發(fā)展階段。通過改造 , 形成了一批經(jīng)過驗證的新設(shè)計方法、新結(jié)構(gòu) , 大大提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、運行靈活性。在保證機(jī)組高可靠性、高可用率條件下采用更高的溫度、更高的壓力是目前發(fā)展階段的主要特點。 (2) 在采用高溫的同時 , 壓力也提高到 27MPa 以上 , 如按 為一檔 , 超超臨界壓力有 、31MPa、 。 1998 年以后提高蒸汽壓力的主要業(yè)績是西門子公司的產(chǎn)品 , 最高初壓為西門子一臺 375MW,30 MPa /5