超临界锅炉原理及运行
第五章超临界锅炉工作原理及基本型式
第五章超临界锅炉工作原理及基本型式超临界锅炉的工作原理根据锅炉蒸发系统中汽水混合物流动工作原理进行分类，锅炉可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉三种。
若蒸发受热面内工质的流动是依靠下降管中水与上升管中汽水混合物之间的密度差所形成的压力差来推动，此种锅炉为自然循环锅炉；若蒸发受热面内工质的流动是依靠锅水循环泵压头和汽水密度差来推动，此种锅炉为强制循环锅炉；若工质一次性通过各受热面，此种锅炉为直流锅炉。
直流锅炉是由许多管子并联，然后再用联箱连接串联而成。
它可以合用于任何压力，通常用在工质压力≥16MPa 的情况，且是超临界参数锅炉惟一可采用的炉型。
1.直流锅炉的工作原理直流锅炉依靠给水泵的压头将锅炉给水—次通过预热、蒸发、过热各受热面而变成过热蒸汽。
直流锅炉的工作原理如图5-1 所示。
图5-1 直流锅炉的工作原理示意图在直流锅炉蒸发受热面中，由于工质的流动不是依靠汽水密度差来推动，而是通过给水泵压头来实现，工质一次通过各受热面，蒸发量D 等于给水量G，故可认为直流锅炉的循环倍率K＝G/D＝1。
直流锅炉没有汽包，在水的加热受热面和蒸发受热面间，及蒸发受热面和过热受热面间无固定的分界点，在工况变化时，各受热面长度会发生变化。
沿直流锅炉管子工质的状态和参数的变化情况示于图5-2：图5-2 直流锅炉管子工质的状态和参数的变化情况图5-2 直流锅炉管子工质的状态和参数的变化阻力，工质的压力沿受热面长度不断降低；工质的焓值沿受热面长度不断增加；工质温度在预热段不断上升，而在蒸发段由于压力不断下降，工质温度不断降低，在过热段工质温度不断上升。
2.直流锅炉的特点2.1 直流锅炉的结构特点直流锅炉无汽包，工质一次通过各受热面，且各受热面之间无固定界限。
直流锅炉的结构特点主要表现在蒸发受热面和汽水系统上。
直流锅炉的省煤器、过热器、再热器、空气预热器及燃烧器等与自然循环锅炉相似。
2.2 直流锅炉合用于压力等级较高的锅炉根据直流锅炉的工作原理，任何压力的锅炉在理论上都可采用直流锅炉。
超临界直流锅炉控制整体介绍
(2) 汽包除作为汽水分离器外，还作为燃水比失调的 缓冲器。
当燃水比失去平衡关系时，利用汽包中的存水和空间
容积暂时维持锅炉的工质平衡关系，而各段受热面积的界 限是固定，使得燃料量或给水流量的改变对过热汽温的影 响较小。因为过热蒸汽温度主要取决于加热段、蒸发段吸 热量与过热段吸热量的比值（Q1＋Q2）：Q3，由于汽包 锅炉各受热面的区域界限是固定的，所以当燃烧率变化时， 即使Q1、Q2、Q3也都发生了变化，但这个比值不会有过 大的改变，因而对汽温的影响幅度较小。
省煤器
水冷壁
过热器
给水
l
加热区 p
h
蒸发区 v
T
过热区
过热蒸汽
图3 直流锅炉原理示意图 p－压力；T－温度；h－焓；v－比容
• 当燃料量增加，给水流量不变时，由于蒸 发所需的热量不变，因而加热和蒸发的受 热面缩短，蒸发段与过热段之间的分界向 前移动，过热受热面增加，所增加的燃烧 热量全部用于使蒸汽过热，过热汽温将急 剧上升。
pT
t
PE
t (a) 燃料量M扰动
t (b) 给水流量W扰动
图5 直流锅炉动态特性曲线
t t t
t t (c) 负荷μT扰动
（１）负荷扰动时，主蒸汽压力的变化没有 迟延，变化很快，且变化幅度较大，这是 因为直流锅炉没有汽包，蓄热能力小。若 负荷扰动时，能保持给水流量不变，就能 减小对过热汽温的影响。
分开，不论负荷、燃烧率如何变化，各受热面的大小是固定不变的。
因此，在控制上具有如下特点：
（1）锅炉蒸发量主要由燃烧率的大小来决定（蒸发量由 加热段受热面的吸热量Q1和蒸发段受热面的吸热量Q2决 定），而与给水流量W的大小无关。所以在汽包锅炉中由 燃烧率调节负荷（实现燃料热量与蒸汽热量之间的能量平 衡），由给水流量调节水位（实现给水流量与蒸汽流量间 的物质平衡地这两个控制系统的工作可以认为是相对独立 的。
350mw超临界机组循环流化床锅炉运行技术特点及性能分析
技术创新与展望区域治理随着我国工业化水平的提高，人们在关注生产质量与生产效率的同时，逐渐关注资源的利用效率，环保性能、节能降耗效果成为了评价工业设备的重要参考依据。
350MW超临界机组循环流化床锅炉具有燃烧性大、燃料利用率高、热量吸收率高以及有害气体排放量小的优势，具有较强的环保性，本文就针对350MW超临界机组循环流化床锅炉的技术特点以及相关性能展开论述。
一、350MW超临界机组循环流化床锅炉的工作原理在流化床锅炉之中，燃料与空气会一起被置于一种流态化的燃烧室之中，在燃烧室中，燃料与空气会进行充分的混合，在这种情况之下燃料便具备的充分的氧气进行助燃，燃料的燃烧也会更为的彻底。
在燃烧的过程之中，燃料的消耗会产生一定量的烟气，这些烟气中夹杂了部分燃料物的颗粒，烟气会在流化床锅炉出口经过气固分离器进行分离，较小的颗粒会随着烟气一起排出锅炉，而体积相对较大的颗粒会通过分离器在此进入到锅炉内，并进行二次燃烧。
二、350MW超临界机组循环流化床锅炉运行技术特点1 燃烧性大传统的煤粉炉在运行的过程之中，首先对高温火焰中心进行建立，然后在此基础之上高温环境之下会形成一定的烟气，而煤粉炉正是运用高温烟气以及火焰的热辐射来对新进燃料进行燃烧，并形成一个相对稳定的燃烧状态。
传统的煤粉炉存在两个方面的弊端，一方面，煤粉炉燃烧性能相对较小、辐射幅度较大；另一方便，燃烧的燃烧质量会对煤炉运行的情况造成一定程度上的影响。
不同于煤粉炉，循环流化床锅炉能够有效解决这些问题，在其运行的过程之中，能够对煤炉内燃料的充足性进行保障，同时，煤炉内燃料的储备量还会随着燃料热值的提升而增加。
除此之外，350MW超临界机组循环流化床锅炉与传统的煤粉炉在燃烧方式上也有所差异，新进燃料会在接近恒温的循环回路之中按照一定的次序进行挥发，挥发粉的燃烧与固体碳的燃烧会使得燃烧过程更为彻底，因此350MW超临界机组循环流化床锅炉具有燃烧性大的特点，且能够在此基础之上对锅炉燃烧的工况进行一定的保证。
超临界直流锅炉的原理
超临界直流锅炉的原理
超临界直流锅炉是一种高效的发电设备，其原理基于超临界水的特性和直流发电技术。
在传统的锅炉中，水在加热过程中会经历液态、气态两个相态的转变，而超临界直流锅炉则利用超临界水的特性，使水在高温高压下保持单一的超临界状态。
超临界水是指当水的温度和压力超过临界点时，水不再具有明确的液态和气态边界，而呈现出一种介于液态和气态之间的状态。
这种状态下的水具有较高的热导率和低的粘度，使得热能传递更加高效。
超临界直流锅炉利用超临界水的高热导率，将水加热至超临界状态后，通过喷嘴将超临界水喷入喷嘴腔，形成高速的喷射流。
喷射流通过喷嘴后，会经过一个扩散器，使其速度逐渐减小，从而将动能转化为压力能。
然后，喷射流进入涡轮机，推动涡轮机旋转，从而驱动发电机产生电能。
超临界直流锅炉的优势在于其高效率和灵活性。
由于超临界水的特性，锅炉可以在较低的温度下达到高效的热能转换，从而提高发电效率。
此外，超临界直流锅炉还具有较小的体积和重量，适用于各种规模的发电厂。
总的来说，超临界直流锅炉通过利用超临界水的特性和直流发电技术，实现了高效的热能转换和发电。
这种技术在未来的能源领域具有广阔的应用前景。
第五章 超临界锅炉工作原理及基本型式
第五章超临界锅炉工作原理及基本型式超临界锅炉的工作原理根据锅炉蒸发系统中汽水混合物流动工作原理进行分类，锅炉可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉三种。
若蒸发受热面内工质的流动是依靠下降管中水与上升管中汽水混合物之间的密度差所形成的压力差来推动，此种锅炉为自然循环锅炉；若蒸发受热面内工质的流动是依靠锅水循环泵压头和汽水密度差来推动，此种锅炉为强制循环锅炉；若工质一次性通过各受热面，此种锅炉为直流锅炉。
直流锅炉是由许多管子并联，然后再用联箱连接串联而成。
它可以适用于任何压力，通常用在工质压力≥16MPa的情况，且是超临界参数锅炉唯一可采用的炉型。
1.直流锅炉的工作原理直流锅炉依靠给水泵的压头将锅炉给水—次通过预热、蒸发、过热各受热面而变成过热蒸汽。
直流锅炉的工作原理如图5-1所示。
图5-1直流锅炉的工作原理示意图在直流锅炉蒸发受热面中，由于工质的流动不是依靠汽水密度差来推动，而是通过给水泵压头来实现，工质一次通过各受热面，蒸发量D等于给水量G，故可认为直流锅炉的循环倍率K＝G/D＝1。
直流锅炉没有汽包，在水的加热受热面和蒸发受热面间，及蒸发受热面和过热受热面间无固定的分界点，在工况变化时，各受热面长度会发生变化。
沿直流锅炉管子工质的状态和参数的变化情况示于图5-2：图5-2 直流锅炉管子工质的状态和参数的变化情况图5-2直流锅炉管子工质的状态和参数的变化阻力，工质的压力沿受热面长度不断降低；工质的焓值沿受热面长度不断增加；工质温度在预热段不断上升，而在蒸发段由于压力不断下降，工质温度不断降低，在过热段工质温度不断上升。
2.直流锅炉的特点2.1直流锅炉的结构特点直流锅炉无汽包，工质一次通过各受热面，且各受热面之间无固定界限。
直流锅炉的结构特点主要表现在蒸发受热面和汽水系统上。
直流锅炉的省煤器、过热器、再热器、空气预热器及燃烧器等与自然循环锅炉相似。
2.2直流锅炉适用于压力等级较高的锅炉根据直流锅炉的工作原理，任何压力的锅炉在理论上都可采用直流锅炉。
1000MW 超超临界直流锅炉运行特性浅析
1000MW超超临界直流锅炉运行特性浅析卜建昌华能玉环电厂，浙江省玉环县大麦屿开发区下青塘 317600；摘要：根据华能玉环电厂4x1000MW超超临界机组的运行特性及在运行中出现的一些问题，特别是由于缺乏超超临界直流锅炉的运行经验，难于掌握直流方式运行的动态特性。
对这些问题进行分析探讨和总结经验，为以后大型超超临界机组的调试及运行提供参考经验。
关键词：超超临界、直流锅炉、干态、湿态、水煤比1引言本文从超超临界直流锅炉运行特性入手，通过启动过程的分析和探讨，为以后大型超超临界机组的调试及运行提供借鉴。
2机组设备概况2.1锅炉设备概况本厂1000MW锅炉是由哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进日本三菱重工业株式会社技术制造的超超临界变压运行直流锅炉，型号为HG-2953/27.46-YM1。
其采用П型布置、单炉膛、低NO X PM主燃烧器和MACT燃烧技术、反向双切圆燃烧方式。
炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统，一次中间再热系统。
调温方式除采用煤/水比外，还采用烟气出口调节挡板、燃烧器摆动、喷水等方式。
锅炉采用平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构，设计煤种为神府东胜煤和晋北煤。
锅炉设计为带基本负荷并参与调峰。
在30%至100%负荷范围内以纯直流方式运行，在30%负荷以下以带循环泵的再循环方式运行。
制粉系统采用中速磨煤机直吹式制粉系统，每台炉配6台磨煤机。
机组配置2×50%B-MCR调速汽动给水泵和一台启动用25%BMCR容量的电动调速给水泵。
旁路系统采用高低压串联旁路，40%容量。
本锅炉在燃用设计煤种时，不投油最低稳燃负荷为35%BMCR。
2.2汽机设备概况汽轮机是上海汽轮机有限公司引进德国西门子技术生产的1000MW超超临界汽轮发电机组。
型号为N1000-26.25/600/600（TC4F）。
型式是超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、凝汽式、采用八级回热抽汽。
超临界锅炉工作原理
超临界锅炉工作原理超临界锅炉是一种高效能的发电设备，它利用高温高压的水蒸气来驱动涡轮发电机，产生电能。
本文将详细介绍超临界锅炉的工作原理。
一、概述超临界锅炉是一种新型的发电设备，它采用了比常规锅炉更高的温度和压力条件，以提高发电效率。
超临界状态的水蒸气具有更高的热能，能够更充分地释放能量，从而提高锅炉的热效率。
二、超临界锅炉的组成1. 锅炉本体超临界锅炉的主要组成部分是锅炉本体，其内部包括水冷壁、受热面、蒸汽分离器等。
水冷壁起到了隔离锅炉内外的作用，同时也起到传热的作用。
受热面则是蒸汽从水中吸热的地方，其表面积较大，以便更有效地进行热交换。
蒸汽分离器用于将水和蒸汽分离，以保证蒸汽的纯度。
2. 循环系统超临界锅炉的循环系统包括给水系统和蒸汽系统。
给水系统负责将水从水箱中抽送至锅炉内，通过加热后转变为水蒸气。
蒸汽系统则负责将蒸汽从锅炉中输出，驱动涡轮发电机发电。
两个系统通过高压泵、高温管道等连接在一起，形成闭合循环。
三、超临界锅炉的工作原理超临界锅炉的工作原理可以简单概括为以下几个过程：1. 水的加热超临界锅炉中水通过循环系统输送至受热面，受热面通过燃料的燃烧释放热能，使水分子的运动加剧，温度不断升高。
2. 动能转换水在受热面吸热后，温度上升，从而转化为水蒸气。
水蒸气具备较大的动能，可以驱动涡轮发电机旋转。
3. 能量释放水蒸气进入涡轮发电机后，其内部的叶片受到水蒸气的推动，因此涡轮发电机开始旋转。
涡轮旋转的过程中，其动能将转化为电能，通过输出端口输出。
4. 循环回流水蒸气通过涡轮发电机后变成低温低压的水，经过蒸汽分离器分离后，再次被抽回锅炉进行循环往复，以驱动涡轮继续发电。
四、超临界锅炉的优势与传统锅炉相比，超临界锅炉具有如下优势：1. 提高热效率超临界锅炉采用高温高压的水蒸气，其具备更高的热能，能够更充分地释放能量，从而提高锅炉的热效率。
2. 减少二氧化碳排放超临界锅炉在高效发电的同时，由于温度和压力的提高，其燃烧过程更加充分，煤炭的利用率更高，从而减少了二氧化碳等有害气体的排放。
600MW超临界锅炉
二、螺旋管圈水冷壁的特点
➢ 在—定的炉膛周界情况下，如采用垂直布置的水冷壁 管，其管子根数基本固定，管子直径不能过细，为了 保证水冷壁管子的安全，必须保证一定的工质流量， 所以垂直管圈的质量流速大小是受到严格限制的。
➢ 容量较小的直流锅炉水冷壁往往存在着单位容量炉膛 周界尺寸过大，水冷壁管子内难以保证足够的质量流 速
螺旋管圈型水冷壁关键参数： ➢ 上升角度 ➢盘旋圈数 1.5~2.5圈
§2 过热器及再热器
一、系统及总体特点 过热器系统
去中压缸 去高压缸
⑾
⑩
⑨
②
①
⑤⑥
⑧
③
④
来自高压加热器
⑦
来自高压缸
①汽水分离器 ②顶棚过热器 ③包墙过热器 ④低温过热器 ⑤屏式过热器 ⑥末级过热器 ⑦低温再热器 ⑧高温再热器 ⑨过热器一级减温器 ⑩过热器二级减温器 ⑾再热器减温器
19.471°，管子节距50.8 mm。 • 螺旋水冷壁管屏膜式采用双面坡口扁钢，厚度δ6.4，材 料
15CrMo。
冷灰斗结构
过渡段水冷壁管屏
从倾斜布置的水冷壁转换到垂直上升的水冷壁就需要过渡 结构，即过渡段水冷壁。
螺旋水冷壁出口管几乎每间隔1根管子直接上升成为垂 直水冷壁，另1根抽出到炉外，进入螺旋水冷壁出口集 箱，再由连接管从螺旋水冷壁出口集箱引入到垂直水冷 壁进口集箱，由垂直水冷壁进口集箱拉出两倍引入螺旋 管数量的管子进入垂直水冷壁，螺旋管与垂直管的管数 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。
空气预热 器分解图
空气预热器
第六章 超临界锅炉的水动力特性
压力到超临界压力以上时，工质特性发生较大的变化；汽 水密度差趋于0 滑压运行时，压力为亚临界压力及以下
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锅炉蒸发系统内工质的流动方式主要有自然循 环、控制循环、直流炉及直流复合循环四种。直 流炉适合于超临界压力及亚临界压力参数，自然 循环及控制循环只适宜于亚临界压力参数。国内 目前600MW级锅炉主要有自然循环、控制循环和 直流炉三种型式。
锅炉汽水循环基本方式：
3
3 2 4
流向过热器
2
4
5 1
6 B 控制循环
331/545
257
295/545
275
333/540
255
295/545
275
13 14
排烟温度 (℃)
锅炉效率 (%) 燃料品种
130 92.8
130 92.53 神头府谷 晋北烟煤
125 92.39 平圩 烟煤
140 91.5 元宝 山褐煤
153 89.5 伊敏 褐煤
139 90.5 平朔 洗中煤
自然循环汽包炉的主要特点是流动方式简单、 运行可靠。 由于自然循环锅炉具有能适应炉膛内吸收热量 变化而进行自调节的优点，因此吸收热量最多的 管子通过的水量也最多，可防止传热不均匀现象 的产生。 自然循环不需用循环泵，故投资及运行费用均 可减少。 在炉膛高热负荷区域为使管子得到充分冷却并 维持核态沸腾，需要一定的质量流速，而这种流 速随着汽包运行压力的升高而增加。
超临界锅炉原理及运行
绪 论
第一节 600MW机组锅炉的类型和发展概况
第二节 600MW控制循环锅炉 第三节 600MW自然循环锅炉 第四节 600MW超临界压力直流锅炉
第一节
600MW机组锅炉的类型和发展 概况
600MW级燃煤机组是世界多数工业发达 国家重点发展的火电主力机组， 在一些国家火 力发电机组标准系列中是一个重要的级别。 这 一容量等级的机组也是目前我国火电建设中大 力发展的系列之一。 从1985年我国引进的第一台600MW火力 发电机组在元宝山电厂投运开始，我国进入了 发展600MW火电机组的年代。
100
A 1 5
4
100
水冷壁流量
50
再循环量
7
给水量
0
B 部分负荷复合循环
50 锅炉负荷/ %
100
1—水冷壁； 2---汽水分离器； 3---省煤器； 4---混合器； 5---循环泵； 6---控制阀； 7---节流阀
(1)自然循环汽包炉
电站锅炉中采用自然循环锅炉是相当普 遍的。拔柏葛公司根据其在亚临界压力 直 流炉上为防止膜态沸腾而采用内螺纹管的 经验，在自然循环汽包炉上亦加用内螺纹 管，以保证循环可靠，使其成为保证炉膛 水冷壁达到充分冷却的最简单、有效及可 靠的方法。
A 自然循环
3
3 8 4
4
5 1 7 C 直流
1—循环泵； 2—锅筒；
6 D 复合循环
3—省煤器； 4—炉膛水冷壁
5—节流阀； 6— 分配集箱； 7—给水泵； 8—混合器
图5—2 亚临界压力复合循环
3
2 4 100 流 量
水冷壁流量
1
5 6 7
100%
再循环量
50
给水量 0
50
锅炉负荷/ 100%
苏· 波道 捷· 斯可 尔斯克 达公司 （苏IIk3) 2×500 Π—78T 型
1998/99
2×500 塔式
5
循环方式
强制循 环汽包 炉
超临界 压力直 流炉
控制循 环汽包 炉
亚临界 压力本 生直流
超临界 压力直 流炉
低倍率 强制循 环汽包 炉 1650 17.46 540
超临界 压力直 流炉
6 7 8
锅炉容量 (MCR工 况)(t/h) 主蒸汽压力 (MPa) 主蒸汽温(℃) 再热蒸汽流 量(t/h) 再热蒸汽压 力(进/ 出)(MPa)
2008 18.21 537
1900 25.3 541
2008 17.3 540.6
1832 18.6 545
1650 25.0 545
1650 25.0 545
135 91.5 晋北煤
15
晋北烟煤
16 17
无油助燃时 最低允许 30 负荷(%)
30 1235 123.4× 103
30 1086 98.91× 106
5.61× 106
30 1095 76.648× 103
0.97× 106
50
30 1110
燃烧室出口 温度(℃)
燃烧室容积 热强度 (W/m3) 燃烧室断面 热强度
一、600MW机组锅炉的类型和特性 下表列出我国已投运的或在建的几台600MW级锅炉的主要 设计特性。
序 号 1 2 3 4 项目 制造厂或 供应商 装机台数 ×容量 炉型 投产日期 北仑电厂 美国燃烧工 程公司 （CE） 2×600 倒U型 1989 1992 石洞口 二厂 美CE瑞 士sulzer 2×600 倒U型 1992 平圩电 厂 哈尔滨 锅炉厂 2×600 Π型 1990. 元宝山 电厂 德国斯 坦因缪 勒公司 1×600 塔式 1985 伊敏电 厂 神头二 厂 蓟县电 厂 苏· 波道 尔斯克 (苏 IIk3) 2×500 Π—76T 型
9
10
1683
3.813/ 3.635
1613
/4.47
1696
3.49/3.3 1 313.3/ 540.6 272.2
1688
4.36/4.1 5
1380
/4.0
1481
4.211/ 4.003
1360
/3.9
11
12
322.2/53 再热蒸汽温 338/566 度(进/出) (℃) 7 给水温度(℃) 279.7 286
燃烧器摆 动+喷水
同左
同左
一级 喷水
同左
同左
22
22441
22901
20934
11304
18190
22458
23
9.61
16.45
9.82
25.12
38
12.46
24 25
19.77 22.82
7.19 23.56
25.28 23.09
30.09 23.74
15.6 47
37.0 39.3
19.77 32.31
964
1050
18
19
1.28× 106
1.04× 106
20
过热蒸汽 调温方式
一级喷水
二级 喷水
二级喷 三级 水 喷水
喷水
汽-汽热交 换器 高负荷时喷 水 10790
三级 喷水
喷水
21
再热蒸汽 调温方式 燃料低位 发热量 Qar,net(kJ/kg) 燃料全水分 Mar(%) 燃料灰分 Aar(%)
可燃基挥发 分Vdaf(%)
可以看出，这些600MW级锅炉基本上是从国外 引进或用引进技术进行制造的，它的设备或技术 基本引进于美国燃烧工程公司(CE)、拔柏葛公司 (B&W)及福斯特· 惠勒公司(FW)，许多国家的锅炉 设计也都在不同程度上承袭了上述三公司的设计 特点。
1．锅炉蒸发系统内工质的流动方式