亚临界与超临界参数锅炉.ppt
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亚临界与超临界参数锅炉上海电力学院能环学院孙坚荣,本课程学时数16(8周)(包括考核时数)授课方式多媒体课件主要参考教材:
超超临界及亚临界参数锅炉编者:
樊泉桂中国电力出版社2007年9月,第一节发展高参数发电机组的背景近二十年来在中国电力工业的装机容量中,火电机组装机容量一直保持在75左右。
火电机组的发电量占总发电量的80以上,其中燃煤电站占总发电量的76。
目前,我国发电消耗的煤炭约占煤炭总产量的40以上,且这一比例还会逐年上升。
我国电力工业总体发展水平与国外先进水平相比有较大差距,能耗高和环境污染严重是目前我国火电厂中存在的两大突出问题,并成为制约我国电力工业乃至整个国民经济发展的重要因素。
因此,在增产煤炭的同时,必须更加重视节约发电用煤工作,提高机组的热效率以实现节能降耗,同时尽量降低污染物的排放。
为节约能源和减轻环境污染,国内外正在开发多种洁净煤发电技术,所谓“洁净煤发电技术”就是指“洁净煤技术”中与发电相关的技术项目。
它的重点是为了提高发电机组的效率和控制因燃煤而引起的污染物的排放。
目前“洁净煤发电技术”主要有以下几种:
*超临界燃煤电站加脱硫脱硝装置(SC+FGD+De-NOx)*循环流化床锅炉燃烧技术(CFBC)*增压流化床燃气-蒸汽联合循环发电(PFBCCC)*整体煤气化燃气-蒸汽联合循环发电(IGCC),尽管在同等蒸汽参数情况下,联合循环的效率比蒸汽循环的效率高10左右,但是,由于我国的PFBC和IGCC尚处于试验或示范阶段,在技术上还存在许多不完善之处,而超临界技术已十分成熟,且积累了良好的运行经验,国外已有一套完整而成熟的设计和制造技术。
因此,技术成熟的大容量亚临界、超临界和超超临界机组将是我国清洁煤发电技术的主要发展方向,也是解决电力短缺、能源利用率低和环境污染严重等问题的比较现实和有效的途径。
其基本设计思想是:
提高机组的发电效率,减少燃料的消耗,降低发电成本并减少有害物质的排放。
超临界发电技术则是在技术已很成熟的传统燃煤发电机组技术基础上进一步改善,采用更高的蒸汽初参数和先进的烟气脱硫脱硝技术。
国外在发展先进的大型超临界火电机组方面已经取得了很大进展,技术日益成熟,并被广泛应用,取得了显著的节能和环保效益。
为迅速扭转我国火电机组煤耗长期居高不下的局面,缩小我国火电技术与国外先进水平的差距,发展国产大容量的超临界火电机组是十分必要的,以达到煤电机组“高效、节能、环保”的目标。
蒸汽动力装置循环理论分析表明,提高循环蒸汽的初参数和降低循环的终参数都可以提高循环的热效率。
除此之外,采用再热循环和回热循环也可以提高循环的热效率。
事实证明,提高蒸汽参数并与发展大容量机组相结合是提高常规火电厂效率及降低单位容量造价最有效的途径。
与同容量亚临界火电机组的热效率相比,在理论上采用超临界参数可提高效率22.5,采用超超临界参数可提高45。
目前,世界上先进的超超临界机组效率已达到4749。
而超超临界高温机组效率可达到5255。
不同蒸汽参数机组经济性比较(锅炉出口参数),国外部分超临界机组经济性举例,工程热力学将水的临界状态点的参数定义为:
压力为22.115MPa,374.15C。
当水的状态参数达到临界点时,在饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区存在。
与较低参数的状态不同,这时水的传热和流动特性等也会存在显著的变化。
当水蒸气参数值大于上述临界状态点的压力和温度值时,则称其为超临界参数。
超临界定义:
超超临界定义:
日本的定义为压力大于24.2MPa,或温度达到593;丹麦定义为压力大于27.5MPa;西门子公司的观点是应从材料的等级来区分超临界和超超临界机组等等。
我国电力百科全书则将超超临界定义为:
蒸汽参数高于27MPa。
超超临界机组热效率可以达到45%以上,煤耗低到270g/千瓦时,第二节国内外超临界机组的发展现状与趋势一.国外超临界机组的发展早在20世纪60年代初,美国、俄罗斯和日本就开始发展超临界大型机组。
超临界压力机组早期发展的蒸汽参数定在压力25MPa,蒸汽温度(汽温)560左右。
随着蒸汽压力(汽压)温度的提高,主要耐热材料提高了级别,系统辅机阀门全部更新。
受当时工业制造水平的影响,直流锅炉的采用及其系统的复杂化,早期生产的超临界压力机组故障率很高,使其发展速度放慢。
20世纪80年代以后,随着金属材料的进展,辅机及系统方面的成熟,超临界技术得以迅速发展。
据不完全统计,目前,美国有169台超临界机组,俄罗斯224台,日本94台,德国10余台,意大利13台,南非、澳大利亚均有超临界机组。
目前单机最大容量已达1300MW。
经过40多年的不断完善和发展,超临界机组已进入成熟和实用阶段,超超临界参数的机组也已经成功地投人商业运行。
举美国为例,60年代中期,新建机组容量中有一半以上是超临界机组。
1967年到1976年的10年期间,共投运l18台超临界机组,其中最大单机容量为1300MW。
从70年代开始,超临界机组订货减少。
19801989年期间仅有7台超临界机组投运。
其主要原因在于:
单机容量增大过快,蒸汽参数选择过高,超越了当时的金属材料技术水平,并采用热负荷偏高的大型正压锅炉,导致早期的超临界锅炉事故偏多,可用率低及维修费用高;由于美国煤价较低,机组运行经济性不显著;适宜带基本负荷的大量核电机组迅速投产,而当时的超临界机组调峰能力较差,不能适应调峰需要。
为了提高机组可用率,后来发展的超临界机组多采用24.1MPa538538(个别采用541543),二次再热时用552566,并不断完善。
这种蒸汽参数保持了20余年。
到上世纪80年代,针对燃料价格上涨,环境保护要求日益严格的现状,美国电力研究所(EPRI)在总结了前期超临界机组运行经验和教训后,根据当时的技术水平,对超临界机组蒸汽参数和容量等进行了可行性优化研究,认为在技术方面不需要作突破的条件下,机组采用31MPa566593566593蒸汽参数、二次再热、容量700800MW为最佳;并重新开发了蒸汽参数为31MPa593593593的二次再热超超临界机组。
但是,由于当时美国电力工业大力发展高效的燃气蒸汽联合循环机组,上述研究成果未能得到实施。
但这些研究成果却在亚洲和欧洲某些国家得到了应用。
到1992年,美国在役的107台800MW及以上火电机组均为超临界机组,最大单机容量为1300MW。
1999年,美国能源部提出了发展先进发电技术的Vision21计划。
其中,对于超超临界技术,主要是开发35MPa760760760的超超临界火电机组(两次中间再热),使其热效率高于55,污染物排放比亚临界机组减少30。
国际上通常把主蒸汽压力在28MPa以上和主蒸汽、再热蒸汽温度在580及其以上的机组定义为高效超临界(highefficiencysupercritical)机组或先进超临界(advancedsupercritical)机组。
之所以这样定义是因为这个参数是锅炉、汽轮机只需使用现代超临界机组用钢的上限。
超过这个参数,高温高压部件就必须采用改进或新开发的耐热钢种。
国外超临界和超超临界技术发展并不是按部就班向上发展的,超临界和超超临界机组的开发几乎不分先后。
但根据蒸汽压力和温度以及机组容量的不同,国外超临界技术的发展分为3个层次,即:
(1)压力仍在25MPa左右,仅采用高温度参数,温度参数有566593及以上。
高温、高强度材料的研制成功使近期一系列投入商业运行的超临界机组的温度参数不断提高,欧洲及日本新定购的机组温度均在580600。
(2)采用高温的同时,压力也提高到27MPa以上,如按压力5MPa为一档,目前正在应用和研制的超超临界压力有27.6MPa、31MPa、34.5MPa三档。
压力参数不仅涉及受压件的材料与强度结构设计,而且由于汽轮机排汽湿度的原因,在提高压力的同时,如仍采用一次再热,则必须采用更高的再热温度(如600以上)或二次再热。
采用2次再热可使机组的热效率提高1一2,但也造成了调温方式和受热面布置上的复杂性,成本明显提高。
因此,超临界机组的再热方式除早期投运的及丹麦的少数机组外,无论是日本还是欧洲都趋向于采用一次再热,以降低成本。
(3)开发高压高温参数的1000MW等级超超临界机组。
主要由于汽轮机方面的原因,近期世界上1000MW机组只有压力低于27MPa的一次再热机组,尚没有压力高于27MPa、超高温的1000MW机组投运。
在已投运的超临界机组中,除少数机组为400500MW等级外,其余都在7001000MW之间。
20世纪90年代开始,超超临界技术在美国、日本和欧洲得到迅速发展,并已批量投运,取得了良好的运行业绩,表现出良好的可靠性、经济性和灵活性。
这表明超超临界技术已代表了当代火力发电技术的国际先进水平和发展潮流。
二.国内超临界机组发展情况前几年国内引进的多台300、500、600、900MW等多台超临界火电机组均成功投运,取得了一些重要的调试和运行经验。
近几年来国内三大动力集团在电站设备设计和制造方面的技术、经验、能力和技术装备水平等都有了很大的进步和发展。
所有这些,都为加速我国大型超临界火电机组的研制步伐和实现批量生产,提供了必要的条件和基础。
世界各国超临界机组的起步容量各有不同,如俄罗斯定为300MW,日本定为450MW。
目前600MW级机组在技术上也属于成熟产品,考虑到国内原有5个大电网对单机容量600MW的需求和国内已有亚临界600MW火电机组产品的实际情况(有些配套可以通用),我国发展超临界火电机组的起步容量定为600MW。
从技术性、经济性以及机组配用材料方面考虑,参数初步定为压力2426MPa、温度538566、一次再热。
拿上海举例,上世纪90年代初石洞口二厂就引进了两台600MW超临界机组,而后外高桥电厂在2000年代初投产了两台900MW超临界机组,目前两台1000MW超临界机组也投入运行。
近三年来,华能玉环电厂1、2号、华电邹县电厂7、8号共四台国产超超临界百万千瓦燃煤机组相继投运,,1.外高桥第三电厂21000MW上锅(SBWC)-阿尔斯通公司(API,USA)2.华能玉环电厂21000MW哈锅(HBC)-三菱公司(MHI,JAPAN)3.华电国际邹县发电厂四期21000MW东锅(DBC)-巴布科克-日立公司(BHK,JAPAN),目前已投产的国内百万等级典型超超临界压力锅炉:
玉环电厂1000MW机组锅炉总剖面图,最大连续蒸发量B-MCR2950t/h额定蒸汽压力(过热器出口)26.25MPa(a)额定蒸汽温度605再热蒸汽蒸汽流量(B-MCR/BRL)2457/2279t/h再热器进口/出口蒸汽压力(B-MCR)5.27/5.07MPa(a)再热器进口/出口蒸汽温度(B-MCR)359/603给水温度(B-MCR)298双炉膛直流燃烧器双切圆燃烧方式,邹县电厂1000MW机组锅炉总剖面图,旋流燃烧器前后墙对冲燃烧方式,外高桥三期1000MW锅炉剖面图,纵切面,主蒸汽820.8kg/s(2,955t/h)29.7MPa(设计压力)6050C再热蒸汽678.6kg/s(2,443t/h)7.0MPa(设计压力)0C给水2970C煤种烟煤直流燃烧器切向燃烧方式,第三节亚临界和超临界锅炉基本型式及工作原理1.基本型式电厂锅炉按工质在蒸发受热面内的流动方式可以将锅炉分成:
自然循环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉亚临界锅炉均可以采用上述三种型式
(1)自然循环锅炉。
蒸发受热面内的工质,依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合物之间的密度差所产生的压力差进行循环的锅炉,称为自然循环锅炉。
(2)控制循环锅炉。
控制循环锅炉都是在自然循环锅炉的基础上发展起来的,蒸发受热面内的工质除了依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合物之间的密度差所产生的压力差以外,主要依靠锅水循环泵的压头进行循环的锅炉,称为控制循环锅炉。
控制循环锅炉的循环系统在水冷壁上升管的人口处加装了节流圈,目的是调节各根上升管中的流量分配,避免在蒸发系统中出现多值性、脉动、停滞及倒流等循环
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