【正文】 所不同，因此，造價(jià)增加的幅度不同。n 由于電廠的運(yùn)行成本主要取決于燃料成本，因超臨界機(jī)由于電廠的運(yùn)行成本主要取決于燃料成本，因超臨界機(jī)組的效率高，可抵償一些造價(jià)略高的影響，所以運(yùn)行成本組的效率高，可抵償一些造價(jià)略高的影響，所以運(yùn)行成本有可能比亞臨界電廠低。許多專家認(rèn)為，當(dāng)煤價(jià)超過有可能比亞臨界電廠低。許多專家認(rèn)為，當(dāng)煤價(jià)超過 30美美元／噸，就應(yīng)當(dāng)采用超臨界機(jī)組。元／噸，就應(yīng)當(dāng)采用超臨界機(jī)組。n 四四 .水冷壁管圈型式水冷壁管圈型式n 傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為只有螺旋管圈水冷壁才能滿足傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為只有螺旋管圈水冷壁才能滿足全爐膛變壓運(yùn)行的要求，但是目前歐洲的火電機(jī)組全爐膛變壓運(yùn)行的要求，但是目前歐洲的火電機(jī)組鍋爐仍然采用下爐膛螺旋管圈，上爐膛垂直管屏的鍋爐仍然采用下爐膛螺旋管圈，上爐膛垂直管屏的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，這種水冷壁系統(tǒng)對于光管水冷壁獲得足傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，這種水冷壁系統(tǒng)對于光管水冷壁獲得足夠的冷卻能力是十分必要的，其優(yōu)點(diǎn)是：可以采用夠的冷卻能力是十分必要的，其優(yōu)點(diǎn)是：可以采用較大口徑的光管水冷壁管；可以有效地補(bǔ)償沿爐膛較大口徑的光管水冷壁管；可以有效地補(bǔ)償沿爐膛斷面上的熱偏差；不需要根據(jù)熱負(fù)荷分布進(jìn)行平行斷面上的熱偏差；不需要根據(jù)熱負(fù)荷分布進(jìn)行平行管系中復(fù)雜的流量分配；在低負(fù)荷下仍能保持平行管系中復(fù)雜的流量分配；在低負(fù)荷下仍能保持平行管系流動的穩(wěn)定性。管系流動的穩(wěn)定性。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、流動阻力大和現(xiàn)場安裝工作量大。因而日本三菱公司在亞流動阻力大和現(xiàn)場安裝工作量大。因而日本三菱公司在亞臨界控制循環(huán)鍋爐設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開發(fā)出了一次上臨界控制循環(huán)鍋爐設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開發(fā)出了一次上升垂直管圈水冷壁變壓運(yùn)行超臨界鍋爐，其特點(diǎn)是采用內(nèi)升垂直管圈水冷壁變壓運(yùn)行超臨界鍋爐，其特點(diǎn)是采用內(nèi)螺紋管來防止變壓運(yùn)行至亞臨界區(qū)域時(shí)水冷壁系統(tǒng)中發(fā)生螺紋管來防止變壓運(yùn)行至亞臨界區(qū)域時(shí)水冷壁系統(tǒng)中發(fā)生膜態(tài)沸騰，和在水冷壁管入口處設(shè)置節(jié)流圈使其管內(nèi)流量膜態(tài)沸騰，和在水冷壁管入口處設(shè)置節(jié)流圈使其管內(nèi)流量與它的吸熱相適應(yīng)。至與它的吸熱相適應(yīng)。至 2022年，在日本已有年，在日本已有 7臺垂直管圈臺垂直管圈水冷壁高效超臨界鍋爐在運(yùn)行中。水冷壁高效超臨界鍋爐在運(yùn)行中。n 五五 .承壓部件材質(zhì)的選擇承壓部件材質(zhì)的選擇n 大容量電站鍋爐承壓部件用鋼主要有奧氏體和鐵素體大容量電站鍋爐承壓部件用鋼主要有奧氏體和鐵素體兩類。奧氏體鋼熱強(qiáng)性高，但導(dǎo)熱性差，膨脹系數(shù)大，抗兩類。奧氏體鋼熱強(qiáng)性高，但導(dǎo)熱性差，膨脹系數(shù)大，抗應(yīng)力腐蝕能力低，工藝性能差，且成本高。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。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量少用奧氏體鋼，多用新開發(fā)的鐵素體鋼和改進(jìn)的奧應(yīng)盡量少用奧氏體鋼，多用新開發(fā)的鐵素體鋼和改進(jìn)的奧氏體鋼。氏體鋼。n 由于制造，特別是安裝的要求，鍋爐水冷壁必須是無需由于制造，特別是安裝的要求，鍋爐水冷壁必須是無需焊后熱處理的材料制成，現(xiàn)代超臨界鍋爐水冷壁通常采用焊后熱處理的材料制成，現(xiàn)代超臨界鍋爐水冷壁通常采用的鋼種為的鋼種為 T22/13CrM044。這種材料就水冷壁而言，最高。這種材料就水冷壁而言，最高許用溫度許用溫度 460。 470~C，對于高效超臨界鍋爐，當(dāng)主蒸汽，對于高效超臨界鍋爐，當(dāng)主蒸汽參數(shù)為參數(shù)為 28MPa、 580／／ 580℃℃ 時(shí)，水冷壁采用這種材料還時(shí)，水冷壁采用這種材料還是可行的。是可行的。n 低合金低合金 CrM0鋼的最大不足是其高溫蠕變斷裂強(qiáng)度低，鋼的最大不足是其高溫蠕變斷裂強(qiáng)度低，隨著參數(shù)的提高管壁厚度增加，提高了成本和工藝復(fù)雜隨著參數(shù)的提高管壁厚度增加，提高了成本和工藝復(fù)雜性，也降低了運(yùn)行靈活性。性，也降低了運(yùn)行靈活性。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)。對于過熱器、鋼用于更高的蒸汽參數(shù)。對于過熱器、再熱器出口集箱及其連接管道，當(dāng)前所用的再熱器出口集箱及其連接管道，當(dāng)前所用的 P22／／ X20CrMoVl21鋼，在技術(shù)上認(rèn)為是合理的壁厚和管徑范圍內(nèi)其極限許用溫度略鋼，在技術(shù)上認(rèn)為是合理的壁厚和管徑范圍內(nèi)其極限許用溫度略高于高于 550℃℃ 。若采用改善的。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℃℃ 用。用 P91替代替代 P22，盡管其焊接性能不及，盡管其焊接性能不及 P22，但壁，但壁厚可減薄厚可減薄 50％以上，其經(jīng)濟(jì)效益十分可觀％以上，其經(jīng)濟(jì)效益十分可觀 。在集箱領(lǐng)域中，對在集箱領(lǐng)域中，對 P91的進(jìn)一步改進(jìn)，新一代的進(jìn)一步改進(jìn)，新一代 9％～％～ 12％％ Cr系鋼按其高溫系鋼按其高溫蠕變，斷裂強(qiáng)度已經(jīng)進(jìn)入奧氏體鋼的溫度范圍，在蠕變，斷裂強(qiáng)度已經(jīng)進(jìn)入奧氏體鋼的溫度范圍，在 600℃℃ 的汽溫條件下，其的汽溫條件下，其壁厚可比壁厚可比 P91減薄減薄 40％，如％，如 E91 NF616和和 HCM12A等。對于過熱器、再熱等。對于過熱器、再熱器管束，在器管束，在 600／／ 600℃℃ 的汽溫條件下，其最高管壁溫度達(dá)到的汽溫條件下，其最高管壁溫度達(dá)到 650～～ 670％，因％，因此選用奧氏體是十分必要的，如此選用奧氏體是十分必要的，如 TP347H、 TP347HFC、 Super304H等。甚至等。甚至部分高溫段采用部分高溫段采用 20~25Cr系的奧氏體鋼，如系的奧氏體鋼，如 HR3C、 NF70 TempaloyA3。這種材料給予足夠的蠕變斷裂強(qiáng)度，且由于含這種材料給予足夠的蠕變斷裂強(qiáng)度，且由于含 Cr高臺能很好地抗高溫腐蝕。高臺能很好地抗高溫腐蝕。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。熱疲勞的可能性不大。n 六、二次中間再熱的調(diào)溫方式和受熱面的合理配置六、二次中間再熱的調(diào)溫方式和受熱面的合理配置n 采用二次再熱可使機(jī)組的熱效率提高采用二次再熱可使機(jī)組的熱效率提高 1％％ ~2％，但也％，但也造成了調(diào)溫方式和受熱面布置上的復(fù)雜性。二次再熱鍋爐造成了調(diào)溫方式和受熱面布置上的復(fù)雜性。二次再熱鍋爐同樣有同樣有 ΠΠ 型和塔式兩種爐型。對于型和塔式兩種爐型。對于 ΠΠ 型布置，一、二次再型布置，一、二次再熱器的冷段和低溫過熱器分別布置在尾部熱器的冷段和低溫過熱器分別布置在尾部 3個(gè)分煙道中，個(gè)分煙道中，熱段布置在水平煙道中，通過擺動式燃燒器、煙氣擋板和熱段布置在水平煙道中，通過擺動式燃燒器、煙氣擋板和煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)來達(dá)到設(shè)計(jì)汽溫。對于塔式布置的爐型，煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)來達(dá)到設(shè)計(jì)汽溫。對于塔式布置的爐型，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。煙氣再循環(huán)有冷、熱兩種。熱煙氣從空氣預(yù)熱器入口溫。煙氣再循環(huán)有冷、熱兩種。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。再循環(huán)空氣預(yù)熱器。n 第五節(jié)第五節(jié) 超臨界鍋爐的蒸發(fā)受熱面超臨界鍋爐的蒸發(fā)受熱面一一 . 超臨界鍋爐蒸發(fā)受熱面的超臨界鍋爐蒸發(fā)受熱面的 工作特性與結(jié)構(gòu)特性工作特性與結(jié)構(gòu)特性n 超臨界直流鍋爐的突出問題是管內(nèi)工質(zhì)平均工質(zhì)密度較超臨界直流鍋爐的突出問題是管內(nèi)工質(zhì)平均工質(zhì)密度較大，導(dǎo)致其流動特性與傳熱特性都比較差，對管子的冷卻大，導(dǎo)致其流動特性與傳熱特性都比較差，對管子的冷卻不良，造成管子壁溫偏高，容易發(fā)生超溫破壞。不良，造成管子壁溫偏高，容易發(fā)生超溫破壞。n 另外，超臨界鍋爐在啟動和低負(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。臨界鍋爐常常出現(xiàn)的一些問題，超臨界鍋爐也無法避免。n 鍋爐工作時(shí)必須保證鍋爐水冷壁的安全，要求水冷壁在鍋爐工作時(shí)必須保證鍋爐水冷壁的安全，要求水冷壁在任何工況條件下管壁溫度不超溫，并且管子之間（特別是任何工況條件下管壁溫度不超溫，并且管子之間（特別是相鄰管子之間）的管壁溫度相差不能太大，以避免產(chǎn)生太相鄰管子之間）的管壁溫度相差不能太大，以避免產(chǎn)生太大的熱應(yīng)力而造成破壞。大的熱應(yīng)力而造成破壞。 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◆ 水動力不穩(wěn)定性（多值性）水動力不穩(wěn)定性（多值性）◆ 脈動脈動◆ 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 水動力不穩(wěn)定性水動力不穩(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，即水動力特性出現(xiàn)多值性，這樣的流動特性就是不穩(wěn)定的。流水動力特性出現(xiàn)多值性，這樣的流動特性就是不穩(wěn)定的。流量小的管子，管內(nèi)對流換熱系數(shù)小，冷卻差，管壁溫度高，量小的管子，管內(nèi)對流換熱系數(shù)小，冷卻差，管壁溫度高，有可能造成爐管失效損壞。有可能造成爐管失效損壞。 ②② 脈動脈動 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，這種現(xiàn)象稱為管間脈動動，這種現(xiàn)象稱為管間脈動 。發(fā)生這種管間脈動時(shí)。發(fā)生這種管間脈動時(shí) ，熱水，熱水段、蒸發(fā)段、過熱段都在作周期性波動，在交界處附近壁溫段、蒸發(fā)段、過熱段都在作周期性波動，在交界處附近壁溫周期性變化，最大波動甚至達(dá)到周期性變化，最大波動甚至達(dá)到 150℃℃ ， 因而使管子產(chǎn)生疲因而使管子產(chǎn)生疲勞破壞勞破壞 。 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，會導(dǎo)致個(gè)別管子超溫，對水冷壁管子安全有很大的度偏差，會導(dǎo)致個(gè)別管子超溫，對水冷壁管子安全有很大的影響，不可忽視。超臨界壓力時(shí)，工質(zhì)不存在恒定的飽和溫影響，不可忽視。超臨界壓力時(shí)，工質(zhì)不存在恒定的飽和溫度，偏差管工質(zhì)溫度差別更高。度，偏差管工質(zhì)溫度差別更高。 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)對管壁的放熱系數(shù)急遽降低，），則工質(zhì)對管壁的放熱系數(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。這兩種現(xiàn)象統(tǒng)稱為傳熱惡化。壞。這兩種現(xiàn)象統(tǒng)稱為傳熱惡化。 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 。管內(nèi)。管內(nèi) α2減小，壁溫升高。減小，壁溫升高。 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。減小，壁溫升高。 表征第二類傳熱惡化的特征參數(shù)是界限干度（質(zhì)量含汽率）表征第二類傳熱惡化的特征參數(shù)是界限干度（質(zhì)量含汽率） xjx 對于超臨界壓力，在對于超臨界壓力，在 大比熱區(qū)大比熱區(qū) 內(nèi)，也會發(fā)生傳熱惡化，稱為類內(nèi)，也會發(fā)生傳熱惡化，稱為類膜態(tài)沸騰。膜態(tài)沸騰。 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，在流動倍，在流動截面上存在不均勻性，出現(xiàn)最小的傳熱系數(shù)。當(dāng)熱負(fù)荷高時(shí)，出現(xiàn)傳截面上存在不均勻性，出現(xiàn)最小的傳熱系數(shù)。當(dāng)熱負(fù)荷高時(shí)，出現(xiàn)傳熱惡化。熱惡化。216。超臨界壓力下在發(fā)生相變時(shí) 主要主要 工質(zhì)物性參數(shù)工質(zhì)物性參數(shù) 會發(fā)生較明顯的變化。此時(shí)工質(zhì)定壓比熱 Cp達(dá)到有最大值，該點(diǎn)的溫度稱為 擬臨界溫度 或 類臨界溫度。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。見下圖216。亞臨界壓力下（啟?；虻拓?fù)荷時(shí)），傳熱 惡化可能出現(xiàn)。惡化可能出現(xiàn)。216。超臨界壓力下，在超臨界壓力下，在 大比熱區(qū)大比熱區(qū) 內(nèi)，也會發(fā)生傳熱惡化，稱為內(nèi)，也會發(fā)生傳熱惡化，稱為 類類膜態(tài)沸騰。膜態(tài)沸騰。 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，在流動截面上存在不均勻