【正文】 APAN）目前已投產(chǎn)的國(guó)內(nèi)百萬等級(jí)超超臨界壓力鍋爐：玉環(huán)電廠玉環(huán)電廠1000MW 機(jī)組機(jī)組鍋爐總剖面圖鍋爐總剖面圖最大連續(xù)蒸發(fā)量 BMCR 2950 t/h額定蒸汽壓力（過熱器出口） MPa(a)額定蒸汽溫度 605 ℃再熱蒸汽蒸汽流量（ BMCR/BRL） 2457/2279 t/h再熱器進(jìn)口 /出口蒸汽壓力（ BMCR） (a)再熱器進(jìn)口 /出口蒸汽溫度（ BMCR） 359/ 603 ℃ 給水溫度 （ BMCR） 298 ℃雙爐膛直流燃燒器雙切圓燃燒方式 鄒縣電廠鄒縣電廠1000MW 機(jī)組機(jī)組鍋爐總剖面圖鍋爐總剖面圖旋旋 流燃燒器流燃燒器 前后墻對(duì)沖前后墻對(duì)沖 燃燒方式燃燒方式外高橋三期外高橋三期 1000 MW鍋爐剖面圖鍋爐剖面圖縱切面主蒸汽主蒸汽(2,955 t/h) (設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力 )605 0C再熱蒸汽再熱蒸汽(2,443 t/h) MPa (設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力 )603 0C給水給水 297 0C煤種煤種 煙煤煙煤直流燃燒器切向燃燒方式直流燃燒器切向燃燒方式 目前我國(guó)正在規(guī)劃和在建的目前我國(guó)正在規(guī)劃和在建的 100萬千瓦超超臨界燃煤機(jī)組萬千瓦超超臨界燃煤機(jī)組國(guó)電泰州發(fā)電有限公司國(guó)電泰州發(fā)電有限公司 4臺(tái)臺(tái) 1000MW超超臨界機(jī)組超超臨界機(jī)組廣東國(guó)華粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司廣東國(guó)華粵電臺(tái)山發(fā)電有限公司 二期工程二期工程 6臺(tái)臺(tái) 1000MW超超臨界機(jī)組超超臨界機(jī)組天津北疆發(fā)電廠天津北疆發(fā)電廠 41000MW燃煤超超臨界發(fā)電機(jī)組燃煤超超臨界發(fā)電機(jī)組華能廣東海門電廠華能廣東海門電廠 規(guī)劃總裝機(jī)容量為規(guī)劃總裝機(jī)容量為 6臺(tái)臺(tái) 100萬千瓦超超臨界燃煤機(jī)組萬千瓦超超臨界燃煤機(jī)組廣東平海電廠廣東平海電廠 設(shè)計(jì)裝機(jī)容量設(shè)計(jì)裝機(jī)容量 1000MW，一期工程為，一期工程為 1000MW。自然循環(huán)鍋爐?？刂蒲h(huán)鍋爐。子的熱偏差。n (3)直流鍋爐。在給水泵壓頭的作用下，工質(zhì)依順序一次通過加熱、蒸發(fā)和過熱受熱面。由于所有受熱面內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)是靠給水泵的壓頭來推動(dòng)的，所以在直流鍋爐中，受熱是靠給水泵的壓頭來推動(dòng)的，所以在直流鍋爐中，受熱面中工質(zhì)都是強(qiáng)制流動(dòng)。 工質(zhì)工質(zhì) 依靠給水泵的壓頭一次通過預(yù)熱、蒸發(fā)、過熱各受熱面而加依靠給水泵的壓頭一次通過預(yù)熱、蒸發(fā)、過熱各受熱面而加熱成為過熱蒸汽。n 沿直流鍋爐管子工況變化時(shí)，各受熱面長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化。pht沿受熱面長(zhǎng)度不斷上升。荷和工況的變動(dòng)而變動(dòng)。再熱器、空氣預(yù)熱器及燃燒器等與自然循環(huán)鍋爐相似。但實(shí)際上沒有中、低壓鍋爐采用直流都可采用直流鍋爐。合物的流速，因此保證了水冷壁管的安全。與自然循環(huán)鍋爐相比，直流鍋爐通?？慑仩t的金屬耗量。比自然循環(huán)鍋爐大。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，依靠自身使得直流鍋爐的蓄熱能力較低。才能穩(wěn)定汽壓和汽溫。⑥⑥ 直流鍋爐需設(shè)專門的啟動(dòng)旁路系統(tǒng)。增加了設(shè)備投資，也增加了系統(tǒng)操作的復(fù)雜性。超臨界機(jī)組優(yōu)點(diǎn)很多，中國(guó)近幾年在大力發(fā)展超臨超臨界機(jī)組優(yōu)點(diǎn)很多，中國(guó)近幾年在大力發(fā)展超臨界機(jī)組。超臨界機(jī)組比亞臨界機(jī)組可熱效率高、熱耗和煤耗低。良好的汽水混合，回路比較簡(jiǎn)單。相流體阻力低。超臨界壓力下工質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱較亞臨界壓力的高。低了重量與成本。同時(shí)取消汽包而采用汽水分離器，汽水分離器遠(yuǎn)比亞臨界鍋爐的汽包小，內(nèi)部裝置也很簡(jiǎn)單，制造工藝也相對(duì)容易，相應(yīng)地降的汽包小，內(nèi)部裝置也很簡(jiǎn)單，制造工藝也相對(duì)容易，相應(yīng)地降低了成本。超臨界壓力直流鍋爐不存在汽包上下壁溫差等安全問題，而且其金屬重量和儲(chǔ)水量小，因而鍋爐的儲(chǔ)熱能力等安全問題，而且其金屬重量和儲(chǔ)水量小，因而鍋爐的儲(chǔ)熱能力差，所以其增減負(fù)荷允許的速度快，啟動(dòng)、停爐時(shí)間可大大縮短差，所以其增減負(fù)荷允許的速度快，啟動(dòng)、停爐時(shí)間可大大縮短。(8)％的凝結(jié)水精處理，除鹽除鐵。 n n 不足之處：不足之處：n 另外，超臨界壓力鍋爐出現(xiàn)管線破裂和起動(dòng)閥泄漏故障時(shí)影響較大。上對(duì)熱效率的提高和熱耗的減少都會(huì)有一定的影響。超臨界直流鍋爐水冷壁的安全性較差。n ①① 超臨界鍋爐受熱面工作條件就較亞臨界鍋爐為差，故對(duì)于受熱面鋼超臨界鍋爐受熱面工作條件就較亞臨界鍋爐為差，故對(duì)于受熱面鋼種、管道規(guī)格等選擇上提出較高的要求。需要采用更好的材料，否則易形成氧化層（氧化層（ Fe3O4），脫落后將引起汽輪機(jī)的），脫落后將引起汽輪機(jī)的 “硬粒沖蝕硬粒沖蝕 ”的問題。曲變形等問題。n 四四 .直流鍋爐的基本型式直流鍋爐的基本型式n 三種型式直流鍋爐的結(jié)構(gòu)如 下圖下圖 所示。但由于各水冷壁管的結(jié)構(gòu)不同，難以將其預(yù)先組合，且由于水冷壁管多方向膨脹，不能采用以將其預(yù)先組合，且由于水冷壁管多方向膨脹，不能采用簡(jiǎn)便的敷管爐墻，因此具有現(xiàn)場(chǎng)組裝工作量大、膨脹問題簡(jiǎn)便的敷管爐墻，因此具有現(xiàn)場(chǎng)組裝工作量大、膨脹問題不易解決、支吊困難等缺點(diǎn)。本生式直流鍋爐的管系簡(jiǎn)單，且較多的中間聯(lián)箱可起到平衡各管因吸熱不均造成的熱偏差，因此具間聯(lián)箱可起到平衡各管因吸熱不均造成的熱偏差，因此具有安裝組合率高、制造方便、熱偏差不大等優(yōu)點(diǎn)。量較大。依據(jù)回帶迂回方式的不同，可分為水平回帶和垂直回帶，蘇爾壽式鍋爐無爐外下降管，且很少采用中間混合聯(lián)，蘇爾壽式鍋爐無爐外下降管，且很少采用中間混合聯(lián)箱，因此具有布置方便、金屬耗量較少的優(yōu)點(diǎn)。主要有三種主要型式：? 一次垂直上升管屏式一次垂直上升管屏式 (UP型型 )；；? 螺旋圍繞上升管屏式；螺旋圍繞上升管屏式；? 爐膛下部多次上升、爐膛上部一次上升管屏式爐膛下部多次上升、爐膛上部一次上升管屏式 (FW 型型 )。但由于短，汽水阻力小、可采用全懸吊結(jié)構(gòu)、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)。此種鍋爐是西德、瑞士等國(guó)為適應(yīng)變壓運(yùn)行的需要發(fā)此種鍋爐是西德、瑞士等國(guó)為適應(yīng)變壓運(yùn)行的需要發(fā)展起來的一種型式。n 由于螺旋管圈承受荷重的能力差，有時(shí)在鍋爐上部采用由于螺旋管圈承受荷重的能力差，有時(shí)在鍋爐上部采用垂直上升管屏。該鍋爐為中國(guó)首次采用的超臨界參數(shù)鍋爐，水冷壁下部采用螺旋圍繞管圈，上部采用一次上升垂直管屏，壁下部采用螺旋圍繞管圈，上部采用一次上升垂直管屏，兩者間采用中間混合聯(lián)箱。這臺(tái) 600MW機(jī)組于機(jī)組于 1992年年投入運(yùn)行，運(yùn)行初期測(cè)得的發(fā)電煤耗率為投入運(yùn)行，運(yùn)行初期測(cè)得的發(fā)電煤耗率為 3．． FW 型直流鍋爐型直流鍋爐n 該鍋爐蒸發(fā)受熱面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是爐膛下部多次上升、該鍋爐蒸發(fā)受熱面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是爐膛下部多次上升、上部一次上升管屏式直流鍋爐是美國(guó)福斯特惠勒公司以本上部一次上升管屏式直流鍋爐是美國(guó)福斯特惠勒公司以本生型鍋爐為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種型式。爐膛上、下部間由于采用了中間混合聯(lián)箱，故不適合滑壓運(yùn)行。超臨界機(jī)組鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)超臨界機(jī)組鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)n 一一 .超臨界火電機(jī)組的參數(shù)、容量及效率超臨界火電機(jī)組的參數(shù)、容量及效率n 水的臨界狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)為水的臨界狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)為 、 ℃℃理論上認(rèn)為，在水的狀態(tài)參數(shù)達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，水完理論上認(rèn)為，在水的狀態(tài)參數(shù)達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，水完全汽化會(huì)在一瞬間完成，即在臨界點(diǎn)時(shí)，在飽和水全汽化會(huì)在一瞬間完成，即在臨界點(diǎn)時(shí)，在飽和水和飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的兩相區(qū)存在，和飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的兩相區(qū)存在，二者的參數(shù)不再有區(qū)別。n 水的定壓加熱過程在水的定壓加熱過程在 pv圖和圖和 Ts圖上的表示圖上的表示 ：： 飽和水線飽和水線飽和蒸汽線飽和蒸汽線臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界狀態(tài)臨界狀態(tài)水的臨界狀態(tài)水的臨界狀態(tài) 壓力 溫度 ℃n 蒸汽蒸汽 動(dòng)力裝置循環(huán)理論分析表明，提高循環(huán)動(dòng)力裝置循環(huán)理論分析表明，提高循環(huán)蒸汽的初參數(shù)和降低循環(huán)的終參數(shù)都可以提高循蒸汽的初參數(shù)和降低循環(huán)的終參數(shù)都可以提高循環(huán)的熱效率。n 另外，在蒸汽參數(shù)相同的以提高參數(shù)為目的的。因此，在實(shí)際中或許會(huì)有率帶來不利影響。與同容量亞臨界火電機(jī)組的熱效率相比，在理論上采用超臨界參數(shù)可提的熱效率相比，在理論上采用超臨界參數(shù)可提n 高效率高效率 2％～％～ ％，采用超超臨界參數(shù)可提高％，采用超超臨界參數(shù)可提高 4％～％～ 5％。n 二二 .n 三三 .一般認(rèn)為超臨界機(jī)組的要使用更多價(jià)格昂貴的合金鋼材。有所不同，因此，造價(jià)增加的幅度不同。元／噸，就應(yīng)當(dāng)采用超臨界機(jī)組。n 螺旋管圈水冷壁的缺點(diǎn)是顯而易見的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、螺旋管圈水冷壁的缺點(diǎn)是顯而易見的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、流動(dòng)阻力大和現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量大。至 2022年，在日本已有年，在日本已有 7臺(tái)垂直管圈臺(tái)垂直管圈水冷壁高效超臨界鍋爐在運(yùn)行中。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力腐蝕能力低，工藝性能差，且成本高。這種材料就水冷壁而言，最高。n HCM2S鋼可用于替代鋼可用于替代 T22鋼用于更高的蒸汽參數(shù)。若采用改善的 9％％ Cr鋼鋼 P91做集箱，其極限許用溫度做集箱，其極限許用溫度可超過可超過 580對(duì)于過熱器、再熱等。甚至等。奧氏體鋼在受到熱疲勞時(shí)易出問題，但用于管束，由于口徑小管壁薄，產(chǎn)生奧氏體鋼在受到熱疲勞時(shí)易出問題，但用于管束，由于口徑小管壁薄，產(chǎn)生熱疲勞的可能性不大。二次再熱鍋爐同樣有同樣有 ΠΠ 型和塔式兩種爐型。對(duì)于塔式布置的爐型，一、二次再熱器上、下間隔布置，一次再熱汽溫可采用擺一、二次再熱器上、下間隔布置，一次再熱汽溫可采用擺動(dòng)燃燒器或少量噴水調(diào)節(jié)，使用煙氣再循環(huán)來調(diào)節(jié)二次汽動(dòng)燃燒器或少量噴水調(diào)節(jié)，使用煙氣再循環(huán)來調(diào)節(jié)二次汽溫。熱煙氣從空氣預(yù)熱器入口處取出，這意味著空氣預(yù)熱器在再循環(huán)回路之外；冷煙氣處取出，這意味著空氣預(yù)熱器在再循環(huán)回路之外；冷煙氣則取自空氣預(yù)熱器出口處，那么這臺(tái)空氣預(yù)熱器就存在空則取自空氣預(yù)熱器出口處，那么這臺(tái)空氣預(yù)熱器就存在空氣流和煙氣流之間出力的不平衡，為此，還需開發(fā)出一種氣流和煙氣流之間出力的不平衡，為此，還需開發(fā)出一種再循環(huán)空氣預(yù)熱器。n 另外，超臨界鍋爐在啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)將在臨界壓力另外，超臨界鍋爐在啟動(dòng)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)將在臨界壓力以下壓力工作，此時(shí)工質(zhì)的狀態(tài)是汽水混合物，因此，亞以下壓力工作，此時(shí)工質(zhì)的狀態(tài)是汽水混合物，因此，亞臨界鍋爐常常出現(xiàn)的一些問題，超臨界鍋爐也無法避免。 安全性問題是指水冷壁的超溫與熱應(yīng)力問題安全性問題是指水冷壁的超溫與熱應(yīng)力問題◆ 水動(dòng)力不穩(wěn)定性（多值性）水動(dòng)力不穩(wěn)定性（多值性）◆ 脈動(dòng)脈動(dòng)◆ 熱偏差熱偏差◆ 傳熱傳熱 惡化惡化 電力網(wǎng)址導(dǎo)航電力網(wǎng)址導(dǎo)航 ◆ 兩相流體分配不均兩相流體分配不均◆ 水平管汽水分層水平管汽水分層◆ 停滯及倒流停滯及倒流 ◆ 給水品質(zhì)給水品質(zhì)◆ 管內(nèi)工質(zhì)熱化學(xué)問題管內(nèi)工質(zhì)熱化學(xué)問題◆ 運(yùn)行操作中問題運(yùn)行操作中問題 ①① 水動(dòng)力不穩(wěn)定性水動(dòng)力不穩(wěn)定性 （多值性）是指當(dāng)蒸發(fā)受熱面進(jìn)出聯(lián)箱（多值性）是指當(dāng)蒸發(fā)受熱面進(jìn)出聯(lián)箱兩端壓差一定的條件下，管內(nèi)可能出現(xiàn)多種不同的流量，即兩端壓差一定的條件下，管內(nèi)可能出現(xiàn)多種不同的流量，即水動(dòng)力特性出現(xiàn)多值性，這樣的流動(dòng)特性就是不穩(wěn)定的。 ②② 脈動(dòng)脈動(dòng) 是指在兩端管屏兩端壓差相同，當(dāng)給水量和流出量是指在兩端管屏兩端壓差相同，當(dāng)給水量和流出量總量基本不變的情況下，管屏里管子流量隨時(shí)間作周期性波總量基本不變的情況下，管屏里管子流量隨時(shí)間作周期性波動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為管間脈動(dòng)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為管間脈動(dòng) 。 ③③ 熱偏差熱偏差 是指并列管之間工質(zhì)溫度的偏差而造成的管壁溫是指并列管之間工質(zhì)溫度的偏差而造成的管壁溫度偏差，會(huì)導(dǎo)致個(gè)別管子超溫，對(duì)水冷壁管子安全有很大的度偏差，會(huì)導(dǎo)致個(gè)別管子超溫，對(duì)水冷壁管子安全有很大的影響，不可忽視。 ④④ 傳熱惡化傳熱惡化 當(dāng)管內(nèi)工質(zhì)局部出現(xiàn)膜態(tài)沸騰（當(dāng)管內(nèi)工質(zhì)局部出現(xiàn)膜態(tài)沸騰（ 第一類傳熱惡化第一類傳熱惡化 ），或者發(fā)生），或者發(fā)生水膜蒸干（水膜蒸干（ 第二類傳熱惡化第二類傳熱惡化 ），則工質(zhì)對(duì)管壁的放熱系數(shù)急遽降低，），則工質(zhì)對(duì)管壁的放熱系數(shù)急遽降低，使得管內(nèi)換熱減弱，該處壁溫飛升，出現(xiàn)壁溫的峰值，甚至使管子燒使得管內(nèi)換熱減弱，該處壁溫飛升，出現(xiàn)壁溫的峰值，甚至使管子燒壞。 膜態(tài)沸騰膜態(tài)沸騰 稱為，當(dāng)爐內(nèi)熱負(fù)荷較高（大于某個(gè)值）時(shí)，可能出現(xiàn)稱為，當(dāng)爐內(nèi)熱負(fù)荷較高（大于某個(gè)值）時(shí)，可能出現(xiàn)核態(tài)沸騰直接過渡到膜態(tài)沸騰的現(xiàn)象，稱為偏離核沸騰，或用核態(tài)沸騰直接過渡到膜態(tài)沸騰的現(xiàn)象，稱為偏離核沸騰，或用 DNB來表示來表示 。 表征第一類傳熱惡化的特征參數(shù)是臨界熱負(fù)荷表征第一類傳熱惡化的特征參數(shù)是臨界熱負(fù)荷 q l j 第二類傳熱惡化發(fā)生在水冷壁上部受熱面，因水膜撕破或第二類傳熱惡化發(fā)生在水冷壁上部受熱面，因水膜撕破或 “蒸干蒸干 ”所，造成的管內(nèi)所，造成的管內(nèi) α2減小，壁溫升高。 在大比熱區(qū)，比容（密度）的變化相當(dāng)大，工質(zhì)的溫度在大比熱區(qū)，比容（密度）的變化相當(dāng)大，工質(zhì)的溫度幾乎不變；在管子內(nèi)壁面附近工質(zhì)密度比中心處小幾乎不變；在管子內(nèi)壁面附近工質(zhì)密度比中心處小 3～～ 4倍，在流動(dòng)倍，在流動(dòng)截面上存在不均勻性，出現(xiàn)最小的傳熱系數(shù)。216。在 臨界溫度 和 類臨界溫度 附近，工質(zhì)的各主要參數(shù)發(fā)生比較大的變化。216。 在 大比熱區(qū)，比容（密度）的變化相當(dāng)大，工質(zhì)的溫度幾大比熱區(qū)，比容（密度）的變化相當(dāng)大，工質(zhì)的溫度幾乎不變；在管子內(nèi)壁面附近工質(zhì)密度比中心處小乎不變；在管子內(nèi)壁面附近工質(zhì)密度比中心處小 3～～ 4倍，在倍，在流動(dòng)截面上存在不均勻