超临界锅炉介绍
超超临界锅炉汽水流程
超超临界锅炉汽水流程
超超临界锅炉（Ultra-Supercritical Boiler）是一种采用超超临界压力（蒸汽温度超过593℃，压力超过22.1MP a）工作的高效、环保的燃煤发电设备。
其汽水流程主要包括以下几个关键环节：
1. 给水系统：
原始的除盐水经过一系列处理后成为合格的高压给水。
给水泵将处理后的给水增压送入超超临界锅炉。
2. 预热阶段：
给水首先进入低温过热器，通过烟气余热加热至饱和温度或接近饱和温度。
然后进入高温过热器进一步加热，达到超临界状态（即温度和压力高于临界点），此时水已经转变为干饱和蒸汽。
3. 蒸发与再热阶段：
超临界状态下的水蒸气继续在蒸发器中吸收燃料燃烧
产生的热量，迅速蒸发并被加热到超超临界条件。
从蒸发器出来的高温高压蒸汽进入再热器，再次利用烟
气余热进行再热，提高蒸汽温度，以提高循环热效率和汽轮机的做功能力。
4. 汽轮机工作阶段：
高温高压的蒸汽随后进入汽轮机冲动级和反动级叶片，推动汽轮机转子旋转，进而带动发电机产生电能。
在汽轮机内部完成能量转换后，低压蒸汽会流回锅炉的冷凝器进行冷却和回收。
整个过程中，超超临界锅炉通过对给水的多级加热和蒸汽的多次膨胀做功，极大地提高了热效率和机组运行性能，同时减少了污染物排放。
超临界锅炉介绍
（4）直流锅炉不受工作压力的限制，而且更适于超 高压力和超临界压力，因为随压力的提高以及水和 汽的比容差的减小，工质的流动更为稳定。 （5汽压和汽温的波动较大。 但是正因为储热少，对调节的反映也快，如配有灵 敏的调节设备，可适应外界负荷变动。 （6）直流锅炉的起动和停炉的时间较短，一般不超 过1小时。汽包锅炉由于汽包壁很厚，为减少由于汽 包壁内外和上下温差而引起的热应力，在起动和停 炉时常需缓慢进行，要用3 10小时之久。 炉时常需缓慢进行，要用3～10小时之久。
三、锅炉的结构简介
汽机调门开度扰动
● 主汽流量迅速增加，随着主汽压力的下 降而逐渐下降直至等于给水流量。 ● 主汽压力迅速下降，随着主汽流量和给 水流量逐步接近，主汽压力的下降速度 逐渐减慢直至稳定在 新的较低压力。 ● 过热汽温一开始由于主汽流量增加而下 降，但因为过热器金属释放蓄热的补偿 作用，汽温下降并不 多，最终主汽流量 等于给水流量，且燃水比未发生变 化， 故过热汽温近似不变。 ● 由于蒸汽流量急剧增加，功率也显著上 升，这部分多发功率来自锅炉的蓄热。 由于燃料量没有变 化，功率又逐渐恢复 到原来的水平。
给水流量扰动
当给水流量扰动时，由于加热段、蒸发段延长而 推出一部分蒸汽，因此开始压力和功率是增加的， 但由于过热段缩短使汽温下降，最后虽然蒸汽流 量增加但压力和功率还是下降，汽温经过一段时 间的延迟后单调下降，最后稳定在一个较低的温 度上。 ●随着给水流量的增加，主汽流量也会增大。但 由于燃料量不变，加热段和蒸发段都要延长。在 最初阶段，主汽流量只是逐步上升，在最终稳定 状态，主汽流量必将等于给水量，稳定在一个新 的平衡点。 ●主汽压力开始随着主汽流量的增加而增加，然 后由于过热汽温的下降而有所回落。 ●过热汽温经过一段较长时间的迟延后单调下降 直至稳定在较低的数值。 ●功率最初由于蒸汽流量增加而增加，随后则由 于汽温降低而减少。因为燃料量未变，所以最终 的功率基本不变，只是由于蒸汽参数的下降而稍 低于原有水平。
超临界锅炉
超临界锅炉1000MW超超临界锅炉超临界锅炉超临界锅炉指锅炉内工质的压力在临界点以上的锅炉。
锅炉内的工质都是水，水的临界压力是:22.115MPA 374.15 ℃；在这个压力和温度时，水和蒸汽转化汽化潜热等于零，不存在两相区，即水变成蒸汽是连续的，并以单相形式进行，就叫水的临界点，炉内工质压力低于这个压力就叫亚临界锅炉，大于这个压力就是超临界锅炉，目前,国内将工质压力大于26MPa被称为超超临界锅炉,准确的说应该叫高效超临界锅炉。
超临界、超超临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果，超超临界机组与超临界机组相比，热效率要提高1.2%，一年就可节约6000吨优质煤。
未来火电建设将主要是发展高效率高参数的超临界（SC）和超超临界（USC）火电机组，它们在发达国家已得到广泛的研究和应用。
我国超临界锅炉技术研发状况超超临界锅炉技术于上个世纪90年代初在欧洲问世，是国际上最为先进的燃煤发电技术，具有煤耗低、环保性能好、技术含量高的特点。
超超临界机组的发电效率比我国近期主要采用的亚临界机组高出10％，比超临界机组高出6～8％。
1998年，最早投入运行的超超临界机组安装在丹麦的Nordjyll ands发电厂，由丹麦BWE公司设计生产，发电效率创造了新的世界记录，达到47％。
我国于2002年把开发超超临界锅炉列为国家863重大项目攻关计划，2003年原国家经贸委和科技部都把超超临界锅炉列入国家重大技术装备研制计划。
我国当前在建电厂项目中主要采用亚临界机组和超临界机组，亚临界机组以国产为主，超临界机组主要依靠进口，已经投入运行的超临界机组有10余台。
与超超临界机组有关的主要运行数据：我国目前运行的发电厂，平均发电效率在35％以下，单电煤耗为380克标准煤以上；我国设计生产的亚临界机组的发电效率在38％左右，单电煤耗约350克标准煤；我国引进的超临界机组的发电效率在41％左右，单电煤耗约310克标准煤；以三菱、日立为代表的日本超超临界机组发电效率在48％左右，单电煤耗约265克标准煤。
超临界锅炉参数
超临界锅炉参数
超临界压力锅炉是指主蒸汽压力超过临界压力 MPa的锅炉。
大容量超临界压力锅炉的主蒸汽压力通常定在 MPa左右。
当主蒸汽压力达到
25\~31MPa时，称为超超临界压力锅炉（ultra super critical Pressure boiler）。
超临界锅炉的主要参数包括：
1. 主蒸汽压力：超临界压力锅炉的主蒸汽压力超过 MPa，通常在 MPa左右。
当主蒸汽压力达到25\~31MPa时，则被称为超超临界压力锅炉。
2. 过热蒸汽流量：如DG1900/Ⅱ1型配600 MW发电机组的超临界直流锅炉，其过热蒸汽流量为1900 t/h。
3. 过热器出口汽压：如上述锅炉，其过热器出口汽压为 MPa。
4. 过热器出口汽温：如上述锅炉，其过热器出口汽温为571℃。
5. 再热蒸汽流量：如上述锅炉，其再热蒸汽流量为 t/h。
6. 再热器进口汽压和出口汽压：如上述锅炉，其再热器进口汽压为 MPa，出口汽压为 MPa。
7. 再热器进口汽温与出口汽温：如上述锅炉，其再热器进口汽温为322℃，出口汽温为569℃。
8. 省煤器进口给水温度：如上述锅炉，其省煤器进口给水温度为284℃。
此外，超临界锅炉的设计和结构特点也包括一次再热、前后墙对冲燃烧单炉膛、尾部双烟道结构、挡板调节再热汽温、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、平衡通风以及露天布置等。
如需了解更多参数或信息，建议查阅专业资料或咨询专业人士。
超超临界锅炉介绍详解
变压运行锅炉的水冷壁型式。
炉膛水冷壁采用螺旋管圈＋垂直管圈方式【即下部炉膛的水冷壁采 用螺旋管圈（内螺纹管），上部炉膛的水冷壁为垂直】，保证质量流 速符合要求。 水冷壁采用全焊接的膜式水冷壁
水冷壁采用一次中间混合联箱来实现螺旋管至垂直水冷壁管的过渡
垂直水冷壁
螺旋管圈+内螺纹管
漩涡效果 > 重力作用
第三章 主要受热面介绍
• • • • 水冷壁 过热器 再热器 省煤器
• 炉膛四周为全焊式膜式水冷壁，炉膛由下部螺旋 盘绕上升水冷壁和上部垂直上升水 冷壁两个不同 的结构组成，两者间由过渡水冷壁和混合集箱转 换连接。 • 炉膛下部水冷壁（包括冷灰斗水冷壁、中部螺旋 水冷壁）都采用螺旋盘绕膜式管圈。 螺旋水冷壁 管（除冷灰斗采用光管外）采用六头、上升角 60°的内螺纹管。 • 由垂直水冷壁进口集箱拉出三倍于引入螺旋管数 量的管子 进入垂直水冷壁，垂直管与螺旋管的管 数比为 3：1。这种结构的过渡段水冷壁可以把 螺旋水冷壁的荷载平稳地传递到上部水冷壁。
管子内表面充满了液体
垂直水冷壁进口 螺旋水冷壁出口 螺旋水冷壁
• •
采用内螺纹管，提高水冷壁安全裕度 管间吸热偏差小，适应变压运行
3：采用前后墙对冲燃烧方式: 锅炉水冷壁出口温度偏差小 技术特点：
上部炉膛宽度方向上的烟气温度和速度分布
比较均匀，使水冷壁出口温度偏差较小，也 就有利于降低过热蒸汽温度偏差，保证过热
左侧墙
器和再热器的安全性。
左侧墙 4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0 前墙 右侧墙 后墙
右侧墙 燃尽风口 流体温度(oC) 400
100%MCR
390
燃烧器
380
最大温差 燃烧方式 切圆燃烧 切圆燃烧(设置节流圈) 对冲燃烧方式
超临界锅炉的技术特点
37 35 10
15
20
25
30
35
蒸汽参数MPa (初温℃/再热温℃/再热温℃)
不同蒸汽参数、再热次数和参数对发电厂供电热效率的影响
超（超）临界机组的可靠性
美国初期 蒸汽参数过高，当时冶金工业 难以提供满足 31MPa，621/566/566℃的合理钢材，投运后事故 频繁，可靠性、可用率低，后降低参数运行，取得了 比较满意的业绩。
一次再热，烟煤
高效、绿色发电技术 高 效 发 电
流 化 床
洁 净 发 电
节 水 发 电
分 布 式 电 源
烟 气 循 环 流 化 床 脱 硫 其 它 节 水 技 术 燃 料 电 池 微 型 燃 气 轮 机 太 阳 光 发 电 风 力 发 电
新 型 发 电
超 临 界 机 组
联 合 循 环
多 联 产
煤 炭 加 工 与 转 化
水冷壁的形式和流体温度
内螺纹垂直管屏水冷壁特点
优点： 水冷壁阻力较小，可降低给水泵耗电量，其水 冷壁的总阻力仅为螺旋管圈的一半左右。 与光管相比，内螺纹管的传热特性较好。 安装焊缝少，减少了安装工作量和焊口可能泄 漏机率，同时缩短了安装工期。 水冷壁本身支吊，且支承结构和刚性梁结构简 单，热应力小，可采用传统的支吊型式。 维护和检修较易，检查和更换管子较方便。 比螺旋管圈结渣轻。
采用螺旋管水冷壁具有如下的优点：
1）蒸发受热面采用螺旋管圈时，管子数目可按设计 要求而选取，不受炉膛大小的影响，可选取较粗 管径以增加水冷壁的刚度； 2）螺旋管圈热偏差小，工质流速高，水动力特性比 较稳定，不易出现膜态沸腾，又可防止产生偏高 的金属壁温； 3）无中间混合联箱，不会产生汽水混合物不均匀分 配的问题； 4）可采用光管，不必有制造工艺较复杂的内螺纹管， 而可实现锅炉的变压运行和带中间负荷的要求。
超超临界锅炉介绍详解
左侧墙
410 100%MCR
前墙
右侧墙
后墙
400
390
380
最大温差
燃烧方式 切圆燃烧
切圆燃烧(设置节流圈) 对冲燃烧方式
20oC 10oC 7oC
前后墙对冲燃烧方式:热空气配风简单可靠
来自AH 大风箱
燃尽风 燃烧器 燃烧器 燃烧器
来自AH
4：锅炉旁路系统采用带炉水再循环泵的启动 系统，虽然系统相对复杂，但在锅炉启动和 低负荷运行时可以回收大量的工质和热量， 同时保证启动系统的运行更加安全可靠。
• 4：
• 日期：2006年11月12日
• 运行方式：机组负荷降至150MW(主汽压8.5Mpa、主 汽温530℃,燃油CD层8支、C、D磨、电泵、炉湿态),
• 动作情况：汽机手动跳闸,电气自动解列。炉手动 MFT。
• 动作原因：四过泄漏，停炉检修,三过管更换1根(变 色)、四过管更换2根（1根爆管、1根变形）、割口 检查清理14处，共焊口28个,拍片970处，新增壁温 测点312支，更换壁温测点128支
垂直水冷壁
垂直水冷壁进口 螺旋水冷壁出口
螺旋水冷壁
螺旋管圈+内螺纹管 漩涡效果 > 重力作用
管子内表面充满了液体
• 采用内螺纹管，提高水冷壁安全裕度 • 管间吸热偏差小，适应变压运行
3：采用前后墙对冲燃烧方式: 锅炉水冷壁出口温度偏差小
左侧墙
右侧墙燃Βιβλιοθήκη 风口燃烧器流体温度(oC)
技术特点：
上部炉膛宽度方向上的烟气温度和速度分布 比较均匀，使水冷壁出口温度偏差较小，也 就有利于降低过热蒸汽温度偏差，保证过热
• 5：
• 日期：2006年11月12日
超临界机组锅炉设备
技术发展
高效燃烧技术
采用先进的燃烧技术和控制系统 ，提高锅炉燃烧效率，降低能耗
。
清洁排放技术
采用高效脱硫、脱硝、除尘等技 术，降低锅炉排放物对环境的影
响。
智能化控制技术
利用物联网、大数据等先进技术 ，实现锅炉设备的远程监控和智
能控制。
未来趋势
高效化
未来超临界机组锅炉将进一步提高燃烧效率、热 效率等性能指标，降低运行成本。
超临界机组锅炉设备
目录
• 设备概述 • 设备运行与控制 • 设备安全与环保 • 设备应用与发展
01
设备概述
定义与特点
定义
超临界机组锅炉是一种利用超临 界压力的锅炉设备，其工作压力 超过水的临界压力（22.12 MPa ）。
特点
具有高效、低耗、低污染等优点 ，是当前火力发电厂的主流技术 之一。
工作原理
排放监测与报告
建立排放监测系统，定期 对污染物排放进行监测和 报告，确保符合国家和地 方环保标准。
事故处理与预防
事故应急预案
制定针对超临界机组锅炉可能发生的 事故的应急预案，明确应急处置流程 和责任人。
事故演练与培训
事故原因分析
对发生的事故进行深入分析，找出事 故原因，采取有效措施预防类似事故 再次发生。
清洁化
随着环保要求的提高，超临界机组锅炉将更加注 重环保减排，减少对环境的负面影响。
智能化
智能化技术将进一步应用于超临界机组锅炉，实 现远程监控、智能诊断和优化运行等功能。
THANKS
感谢观看
温度
超临界机组锅炉的运行温度需根据不同工况进行控制，以实现高效的能量转换 和减少污染物排放。运行过程中需密切关注温度的变化，及时调整燃料和风量 等参数，保持温度稳定。
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540 580
温度℃
超临界压力下工质的温导系数
λ
650
600
20
0
400
50
350
300
250
200
150
100
50
280 310 340 370 400 430 460 490 520 550 580 610
t℃
超临界压力下工质的比容
V
20
18
20
16
22.5
30
14
40
50
12
10
8
6
4
2
0 280 310 340 370 400 430 460 490 520 550 580 610
t℃
超临界压力下工质的黏度
μ
105
100
95
90 85 80
75 70 65
20 22.5 30 40 50
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
1.2 600MW超临界锅炉特性
• 蒸汽参数为25.4MPa/570℃/570℃的超临界
锅炉水冷壁出口温度在额定负荷时为427℃， 工质在水冷壁中的温升大约为94.1℃。在过 热器中的温升为144℃，在省煤器中的温升 为53℃。可见工质从进入锅炉开始，在包 括水冷壁之前的受热面中温度提高幅度占 工质总温升的50％以上，而水冷壁是吸热 变化最大的区域。
区内发生急剧变化。
• ③压力越高，拟临界温度向高温区推移，影响水冷
壁工作特性的工质热物理特性参数变化(即比热、比 容、温导系数)逐渐减弱。
超临界压力下的工质大比热特性
比热kJ/kg.℃
60
50
22.5MPa
30MPa
40
40MPa
50MPa
30
20
10
0 260
300 340 380 420 460 500
(1) 对应每一个压力状态，存在一个拟临界温度；在拟临 界温度附近，存在一个大比热区；在拟临界温度左边，工 质是水，右边是汽；在大比热区内，水和水蒸汽的热物理 特性变化很大，即比容、黏度、温导系数等热物性参数变
化很大。
(2) 超临界压力下，水冷壁可能产生类膜态沸腾。主要原 因是：吸热增加时，工质温度提高，靠近管壁处的工质比 容增大，温导系数下降，使水冷壁传热出现类似于亚临界
t℃
580 540 500 460 420 380 340 300 260 220 180 140
400
省煤器进口 水冷壁进口 水冷壁出口 过热器出口
800 1200 1600 2000 蒸汽流量t/h
600MW锅炉工质温度
温度℃
540 520 500 480 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220 200
压力下的膜态沸腾。
1.7 超临界压力下水和水蒸汽的热物性－1
• 工质热物性是决定水冷壁传热的重要因素： • ①对应一定压力，工质存在一个大比热区。对应比
热最大的温度点叫拟临界温度。在大比热区内，工 质温度随吸热量变化不大；在大比热区外，工质温 度随吸热量变化很大。
• ②工质比容和温导系数在拟临界温度附近的大比热
1.9 热物性对水冷壁传热特性的影响3.4
• 大比热区内工质比容的急剧变化必然导致
工质的膨胀量增大，从而引起水动力不稳 定或类膜态沸腾。密度降低时比热同时减 小，导致贴壁处的工质温度上升。这种问 题主要发生在光管水冷壁，内螺纹管一般 不会出现。
2020/8/9
1.1 超临界锅炉运行的主要特点
(1)超临界压力下，水冷壁管内工质温度不像亚临界 那样具有恒定的饱和温度，而是随吸热量增加，温度 升高，水冷壁金属温度变化较大。 (2)控制下辐射区水冷壁出口温度不高于工作压力对 应的拟临界温度，将工质吸热能力最强的大比热区避 开热负荷最高的燃烧器区。 (3)汽温控制应有超前信号，分离器出口温度作为中 间点信号，以中间点温度为参考调节煤水比。 (4)最佳煤水比随燃料燃烧特性和工作压力而变化， 单烧煤粉时煤水比较大，煤油混烧时煤水比较小。
280 310 340 370 400 43t0℃460 490 520 550 580 610
1.8 热物性对水冷壁传热特性的影响－2
• 由于管子贴壁处流体温度较高导热系数却
降低，使导热性差的流体与管壁接触。 对 于蒸汽参数为25MPa的超临界锅炉，水冷壁 中工质压力大约为30MPa。对这一压力下的 工质，温度在400℃左右，正好处于比热最 大的拟临界温度。在320℃～440℃的变化 范围内，温导系数降低了80％左右，发生 传热恶化的机会就会增加。
1.5 超临界锅炉水动力及传热
• 在超临界压力工作的水冷壁，管内工质温
度处于对应压力下的大比热区范围，随着 工质吸热量增加，工质温度变化不大，而 工质比容急剧增大，温导系数急剧减小， 容易引起水动力不稳定或流量分配不均， 同时可能引起工质对管壁的传热变差，导 致类膜态沸腾
1.6 超临界压力下水和水蒸汽的热物性
中工质的温度。
• 水冷壁在超临界压力下工作，管内工质温度随着吸
热量的增加而提高。当中间点温度变化时，实际上 反映的是水冷壁吸热量的变化，这与亚临界压力的 汽包锅炉是不同的。
1.4 热强度越大的管子流量越小
• 超临界锅炉水冷壁为强制流动。强制流动
的水冷壁管中工质流量的自调节特性在正 常情况下与自然循环汽包锅炉相反，即受 热越强的管子中流量越小。这是因为，超 临界锅炉水冷壁中随吸热量增加，工质温 度上升。而温度上升引起工质比容增大， 流速提高，流动阻力相应增加，当工质流 动阻力增加到与管组两端的压差相同时， 受热强的管中工质流量就会自动减少。
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
给水温度 水冷壁进口 水冷壁出口 蒸汽温度
负荷％
1.3 水冷壁工质温度随吸热量变化
• 因为水冷壁中工质温度随吸热量变化，而水冷壁出
口工质温度的变化必然首先直接影响到过热汽温。
• 超临界锅炉中间点温度是指水冷壁出口汽水分离器
超临界机组
(3)-锅炉部分
内容简介 超临界机组（2）－锅炉部分
1. 超临界锅炉的水动力及传热特性 2. 螺旋管圈和垂直管屏水冷壁的特点 3. 超临界锅炉的中间点温度控制 4. 超临界锅炉的受热面布置 5. 超临界锅炉的汽温特性及控制 6.超临界锅炉的启动系统 7.超临界锅炉的燃烧技术
1 超临界锅炉的水动力 及传热特性