超超临界直流锅炉变压运行

内容摘要

我国电力以煤电为主, 在获取相同电能的情况下, 提高燃煤电厂的效率是节约能

源的主要途径,而超临界大容量机组恰恰满足这一要求。通过对超超临界锅炉机组技术特点的介绍，分析其变压运行时的有关问题，得出超超临界锅炉机组具有运行可靠性高，经济性高，厂效率高，煤耗低，具有良好的负荷调节特性和显著的环保效益等特点。超超临界锅炉与亚临界相比占有一定的优势，是我国燃煤锅炉技术发展的方向。

关键词：超超临界直流锅炉变压运行技术特点经济性

Abstract ：China's coal-based electricity to the power of access to the same circumstances, improve the efficiency of coal-fired power plant is the major means of energy conservation, and large-capacity supercritical generating units precisely meet this requirement. Ultra-supercritical boiler through the introduction of technical features to analyze the issues related to transformer running, come running ultra supercritical boiler with high reliability, economy and high plant efficiency, low coal consumption, with good load regulation characteristics and significant environmental benefits and so on. The ultra supercritical boiler compares with subcritically and holds certain superiority. Supercritical and subcritical boiler holds certain advantages in comparison, is China's coal-fired boiler technology development direction .

Key words: Ultra-supercritical once–through boiler variable pressure operation technique characteristics economic

目录

第一章前言 (3)

第二章超超临界直流锅炉变压运行方式 (4)

1 两种运行方式的介绍 (4)

2 变压运行的分类 (4)

3 机组变压运行的特点 (5)

第三章超超临界直流锅炉变压运行的主要问题 (8)

1 水冷壁系统 (8)

2 炉膛和燃烧系统 (15)

3 过热器、再热器系统 (16)

4 空气预热器系统 (16)

5 启动循环系统 (17)

第四章机组变压运行的经济性分析 (21)

1 理论经济性分析 (21)

2 实际运行经济性分析 (21)

第五章现有机组运行中存在的问题及措施 (23)

1 运行中存在的重要问题 (23)

2 解决问题的措施 (23)

第六章结束语 (25)

参考文献 (26)

附录 (27)

第一章前言

在超超临界锅炉内，随着压力的提高，水的饱和温度也随之提高，汽化潜热减少，水和汽的密度差也随之减少。当压力提高到临界压力（22.12Mpa）时，汽化潜热为0，汽和水的密度差也等于零，水在该压力下加热到临界温度（374.15℃）时即全部汽化成蒸汽，因此超超临界压力下水变成蒸汽不再存在汽水两相区。由此可知，超超临界压力直流锅炉由水变成过热蒸汽经历了两个阶段即加热和过热，而工质状态由水逐渐变成过热蒸汽。因此超超临界直流锅炉没有汽包，启停速度快，与一般亚临界汽包炉相比，超超临界直流锅炉启动到满负荷运行，变负荷速度可提高1倍左右。另外，超超临界机组具有无可比拟经济性，单台机组发电热效率最高可达50%，每kWh煤耗最低仅有255g（丹麦BWE公司），较亚临界压力机组（每kWh煤耗最低约有327g左右）煤耗低；同时采用低氧化氮技术，在燃烧过程中减少65%的氮氧化合物及其它有害物质的形成，且脱硫率可超过98%，可实现节能降耗、环保的目的。

机组运行通常有两种方式，即定压运行和变压运行，超超临界锅炉多采用变压运行方式。机组采用变压运行方式时，其各个系统部件与采用定压运行方式时相比较，会有诸多迥异；相对于定压运行，在变压运行过程中亦会产生许多新的运行状况；为什么现在大型机组多采用变压运行方式？变压运行的经济性一定就比定压运行的高吗？针对以上所述，本文将就超超临界直流锅炉变压运行的特性展开一些讨论分析。

第二章超超临界直流锅炉变压运行的方式

2-1两种运行方式的介绍

单元机组的运行目前有两种基本形式，即定压运行（或称等压运行）和变压运行（或称滑压运行）。

定压运行是指汽轮机在不同工况运行时，依靠调节汽轮机调节汽门的开度来改变机组的功率，而汽轮机前的新汽压力维持不变。采用此方法跟踪负荷调峰时，在汽轮机内将产生较大的温度变化，且低负荷时主蒸汽节流损失很大，机组的热效率下降。因此国内外新装机组一般不采用此方法调峰，而是采用变压运行方式。

所谓变压运行，是指汽轮机在不同工况运行时，不仅主汽门是全开的，而且调节汽门也是全开的（或部分全开），机组效率的变动是靠汽轮机前主蒸汽压力的改变来实现的，但主蒸汽的温度维持额定值不变。处在变压运行中的单元机组，当外界负荷变动时，在汽轮机跟随的控制方式中，负荷变动指令直接下达给锅炉的燃烧调节系统和给水调节系统，锅炉就按指令要求改变燃烧工况和给水量，使出口主蒸汽的压力和流量适应外界负荷变动后的需要。而在定压运行时，该负荷指令是送给汽轮机调节系统改变调节汽门的开度。

2-2 变压运行的分类

根据汽轮机进汽调节汽门在负荷变动时开启的方式不同，变压运行又可分为纯变压运行、节流变压运行和复合变压运行三种方式。

2-2-1 纯变压运行

在整个负荷变化范围内，汽轮机的进汽调节汽门全开，由锅炉改变主蒸汽压力来适应机组负荷变化。这种运行方式存在很大的时滞，负荷适应性差，不能满足调频的要求。另外在低负荷时，进汽门全开，进汽压力低，机组循环效率下降较多。

2-2-2 节流变压运行

在正常运行条件下，汽轮机进汽调节汽门不全开，例如只开到90%，留有10%的开度储备，保持一定的节流。在机组加负荷时，全开调节汽门，利用锅炉的蓄能达到快速带负荷的目的。此后，随着蒸汽压力的提高，调节汽门重新恢复到原来的位置。机组加负荷时，通过全开调节汽门，使运行方式由变压加节流压力线下降到纯变压的压力线，从而使锅炉输出贮存的蓄热。这种运行方式解决了纯变压运行时负荷调整时滞大的缺点。但由于正常运行时，调节汽门不能全开，有一定的节流损失，也会降低机组运行的经济性。

2-2-3 复合变压运行

复合变压运行是定压运行和变压运行组合的运行方式。指机组在高负荷区（一般为80%～100%MCR）保持定压运行，用增减喷嘴开度来调节负荷；在中间负荷区（一般30%～80%MCR），全开部分调节汽门（如三阀全开）进行变压运行；在极低负荷区（一般为30%MCR以下），恢复定压运行方式（但压力定值较低），这是一种应用较广的复合变压运行方式，也称为定-滑-定复合变压运行。低负荷下采用定压运行的另一个原因，是因为压力低时，dt/dp 大，为了避免在省煤器中发生沸腾或在蒸发受热面内产生过大的热应力。定-滑-定的运行方式，既具备高负荷区调频的能力、满足低负荷定压运行的要求，而且在中间负荷区具有较高的运行效率和负荷适应性，所以得到了普遍的应用。

2-3 机组变压运行的特点

变压运行优于定压运行，主要体现在汽轮机方面。汽轮机的配汽调节方式分节流调节和喷嘴调节，在定压运行时，即使采用相对影响较小的节流调节，汽轮机调节级后的汽温也随工况有较大幅度的下降，而喷嘴调节情况则更严重。当变压运行时，由于调节汽门全开或基本全开(只有10％～20％的节流)，以及过热汽温维持额定工况，因此汽轮机第一级后的汽温几乎不变，见图2-1。第一级后汽温基本不变，代表了其后各级汽温也基本不变。

因此，变压运行时锅炉出口以及汽轮机各级的汽温变化都很小或几乎不变。这样，汽轮机金属的热应力、热变形小，有利于电站机组快速启运和变负荷运行，极大地提高了机组运行的机动性，尤其适用于调峰。特别对于中间再热机组：定压运行时，当负荷降低时高压缸排汽温度降低，使再热器出口汽温难以维持，引起中低压缸内汽温降低，这不仅影响机组效率，也使汽轮机热应力、热变形增大，这是非常不利的；而在变压运行时，由于初压随负荷减少而降低，使蒸汽比热容减小，因此，过热蒸汽和再热蒸汽都易于提高到规定温度。再热汽温的稳定和不降，使中低压缸的运行条件得到改善，对汽轮机的安全运行带来保障。

所以，和定压运行相比，变压运行有如下优点：

（1）变压运行时，由于调速汽门基本上全开，因而减少了新蒸汽的节流损失，也改善了汽轮机高压端蒸汽流动情况。因此，变压运行时汽轮机内效率较定压运行时高。负荷越低，这个优点越突出。

（2）变压运行时高压缸排汽温几乎不变，从而可在很宽的负荷范围内维持再热汽温不变，提高了低负荷的经济性。

（3）变压运行时可以实现各种负荷下一二次汽温基本不变而且汽轮机进汽调节门全开和第一级通流面积不变，因而汽轮机内

部工质温度变化不大，使汽轮机的汽缸与转子的相对膨胀值不随负荷的改变而改变，汽缸不易变形，从而保证汽缸和法兰连接处严密不漏，有利于汽轮机的安全。定压运行时温度变化大，会出现较大热应力和热变形，变负荷速度受到限制。变压运行时，限制机组负荷变化速度的不再是汽缸壁，而是与饱和工质接触的锅炉壁厚部件，如锅筒。故机组变压运行时允许的负荷变化速度比定压运行时大。

（4）相对定压运行，机组变压运行时，锅炉，汽轮机及主蒸汽管道等承压部件都在较低应力状态下工作，有利于延长机组的使用寿命。

（5）变压运行时给水泵功率可节约很多。变压运行时给水泵多采用变速泵，和定压运行相比，在部分负荷时给水泵输入功率不但因流量减少而减低，同时还由于出口压力降低而进一步减少。

变压运行也有一定的如下缺点：

（1）变压运行时，随着负荷降低机组循环效率明显下降，这主要是由于初压减低使得机组蒸汽可用焓减少的缘故。变压运行的经济性，取决于压力降低使循环效率的减低和汽轮机内效率的提高、给水泵耗功减少以及再热汽温升高而使循环效率提高等各项因素的综合，而且随着机组的结构、参数和采用的变压运行方式而异，不能简单地认为变压运行一定比定压运行经济。即使同一台机组，同一种变压运行方式，在不同的负荷区段，变压运行与定压运行的经济性比较，也会有不同的结果。

（2）变压运行是靠主汽压力的变化来调节负荷，而压力调节比较迟缓，所以不宜担任电网一次调频的任务。这是因为当机组负荷增大时，锅炉以加强燃烧来提高主汽压力，但此时锅炉因压力提高要储蓄一部分热量，这样就增加了迟延时间。另外，压力调节要求有较高的技术水平的集中控制与之配合，才能获得最佳的运行方式。所以在设计变压运行时，必须将主机、辅机及机、锅和电网综合考虑才行。

第三章超超临界直流锅炉变压运行的主要问题

3-1 水冷壁系统

对变压运行超临界压力直流锅炉而言，其运行分为3个阶段，即启动初期循环运行、亚临界直流运行和超临界直流运行。这种变压运行方式使水冷壁的工作条件变得极为复杂，从启动至额定负荷运行，锅炉运行压力从高压、超高压、亚临界压力逐渐增加到超临界压力，水冷壁的工质由双相流体转变为单相流体，工质温度也发生很大变化。在启动过程中和低负荷运行时，由于压力较小，导致汽、水密度差较大，易产生过大的热偏差和流动不稳定；在超临界压力和高负荷下，单相介质的传热系数比亚临界两相流体的传热系数低，流体和水冷壁的温度高，可能产生超温现象。因此，变压运行超临界压力及超超临界压力直流锅炉水冷壁结构的选型和设计，其关键是要防止水动力不稳定和传热恶化，保证在正常的运行条件和允许的负荷变化范围内，水循环安全、可靠。早期国产亚临界直流锅炉水冷壁的结构为垂直管圈式，近几年，随着锅炉容量的不断增大，在600 MW和1 000 MW 级的国产技术引进型超临界压力及超超临界压力直流锅炉上，引入了螺旋管圈水冷壁结构型式。本章主要针对变压运行下超临界压力及超超临界压力直流锅炉水冷壁的水循环安全性进行分析，并对螺旋管圈水冷壁与垂直管圈水冷壁进行技术比较。

3-1-1水循环安全性分析

（1）水动力不稳定性

超超临界压力直流锅炉在直流负荷以下和启动过程中，炉膛水冷壁进口工质为未饱和水，出口为汽水混合物，由于两相介质密度的差异，将可能出现水动力不稳定的问题，主要表现为多值性和脉动。

a）多值性

在亚临界压力下，在汽、水双相蒸发区内，同一片管组的各管子结构和受热情况均相同，在相同的压力差下，不同管子会出