超临界锅炉的特点
超临界锅炉介绍
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
超临界锅炉的概念
5.汽包锅炉与直流锅炉的比较
汽包锅炉 系统流程 循环方式
蒸汽生产区和蒸汽过热区 分开 经蒸发受热面加热的汽水 混合物在锅筒中实现汽水 分离，分离后的工质经水 冷壁多次循环。 自然循环：靠下降管与水 冷壁管中的介质密度差为 循环动力。 控制循环：用专门的循环 泵进行循环。 亚临界压力以下
直流锅炉
蒸汽生产区和蒸汽过热区 没有明显界限 给水经省煤器，蒸发受热 面进入过热系统。给水量 由锅炉负荷决定。
运行方式
由锅炉的给水泵提供动力， 给水一次通过锅炉。 启动工况可多次循环，较 高负荷下直流运行。
运行范围
亚界或超临界
6.蒸汽参数与电厂效率的关系
（1）水冷壁管的根数少，管内质量流速高，不采用 内螺纹管也不会发生膜态沸腾； （2）热偏差小，不需要使用节流圈和中间混合集箱， 可避免汽水混合物的不均匀分配； （3）可适用于亚临界或超临界参数。
3.超临界锅炉优点：
1）机组热效率高； 2）流动特性稳定； 3）单相流体阻力比双相的低； 4）导热系数λ和比热Cp较亚临界工质的高； 5）工质比容较小，管道内径较亚临界的小； 6）超临界压力直流锅炉没有厚壁的汽包，没有 下降管，水冷壁管也较细，金属重量较轻。
4. 变压运行的优点
变压运行机组与定压运行机组不同，它在相当大的 负荷范围内维持汽机调节门的开度不变，让汽机入口 主蒸汽压力随着负荷按比例地变化，其优点为： 1）主蒸汽变压运行，可减少调节门节流损失，汽机 内效率有所提高； 2）低负荷运行时，减少给水泵所需功率消耗，使电 厂的热效率得到改善； 3）降低启动时热损失； 4）减少了负荷变化时汽机各部分金属温度变化，特 别是转子温度变化幅度，亦减小了负荷变化及启动时 的热应力，有利于提高汽机运行可靠性； 5）在负荷变化中汽机高压缸的排汽温度大体上不变， 有别于定压运行机组，能在更大的负荷范围内保持再 热蒸汽温升幅度大体不变，有利于再热汽温调节。
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
超临界机组和亚临界机组特点比较
超临界机组和亚临界机组特点比较超临界机组是指主蒸汽压力高于临界压力(22.13MPa)的锅炉和汽轮发电机组，它具有如下特点：(1) 热效率高、热耗低。
超临界机组比亚临界机组可降低热耗～2.5%，故可节约燃料，降低能源消耗和大气污染物的排放量。
(2)超临界压力时水和蒸汽比容相同，状态相似，单相的流动特性稳定，没有汽水分层和在中间集箱处分配不均的困难，并不需要象亚临界压力锅炉那样用复杂的分配系统来保证良好的汽水混合，回路比较简单。
(3) 超临界锅炉水冷壁管道内单相流体阻力比亚临界汽包炉双相流体阻力低。
(4) 超临界压力下工质的导热系数和比热较亚临界压力的高。
(5) 超临界压力工质的比容和流量较亚临界的小，故锅炉水冷壁管内径较细，汽机的叶片可以缩短，汽缸可以变小，降低了重量与成本。
(6)超临界压力直流锅炉没有大直径厚壁的汽包和下降管，制造时不需要大型的卷板机和锻压机等机械，制造、安装、运输方便。
同时取消汽包而采用汽水分离器，汽水分离器远比亚临界锅炉的汽包小，内部装置也很简单，制造工艺也相对容易，相应地降低了成本。
(7)启动、停炉快。
超临界压力直流锅炉不存在汽包上下壁温差等安全问题，而且其金属重量和储水量小，因而锅炉的储热能力差，所以其增减负荷允许的速度快，启动、停炉时间可大大缩短。
一般在较高负荷(80～100%)时，其负荷变动率可达 10%/min。
(8) 超临界压力锅炉适宜于变压运行。
(9)超临界锅炉机组的水质要求较高，使水处理设备费用增加，例如蒸汽中铜、铁和二氧化硅等固形物的溶解度是随着蒸汽比重的减小而增大，因而在超临界压力下，即使温度不高，铜、铁和二氧化硅等的溶解度也很高，为防止它在锅炉蒸发受热面及汽机叶片上结垢，超临界锅炉需 100%的凝结水精处理，除盐除铁。
(10)超临界压力锅炉的蓄热特性不及汽包炉，外界负荷变动时，汽温、汽压变化快而必须有相当灵敏可靠的自动调节系统，锅炉机组的自控水平要求也较高一些。
超(超)临界锅炉的特点
超（超）临界锅炉的特点一、引言随着我国火力发电事业的快速发展和节能、环保要求的日趋严格，提高燃煤机组的容量与蒸汽参数，进一步降低煤耗是大势所趋。
在这个基础上，节约一次能源，加强环境保护，减少有害气体的排放，已越来越受到国内外的高度重视。
超超临界机组因其煤耗低，节约能源，我国已经把大幅度提高发电效率、加速发展洁净煤技术的超超临界机组作为我国可持续发展、节约能源、保护环境的重要措施。
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PF-BC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，超超临界机组也已批量投运，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、制造技术。
因此，技术成熟的大容量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最现实和最有效的途径。
超超临界压力锅炉的关键技术是多方面的，在材料的选择、水冷壁系统及其水动力安全性、受热面布置、再热系统汽温的调控等多方面均存在设计和制造上的高难技术。
二、超（超）临界锅炉的特点超临界机组区别与普通机组主要有以下特点：1、蒸汽参数的选择机组的蒸汽参数是决定机组热经济性的重要因素。
一般压力为16.6～31.0MPa、温度在535~600℃的范围内，压力每提高1MPa，机组的热效率上升0.18％~0.29％：新蒸汽温度或再热蒸汽温度每提高10℃，机组的热效率就提高0.25％~0.3％；因此提高蒸汽参数是提高机组热效率的重要途径。
目前超超临界与超临界的划分界限尚无国际统一的标准，下表列举了一些发达国家的典型机组的参数[1]。
现在常规的超临界机组采用的蒸汽参数为24.1MPa、538℃/566℃。
一般认为蒸汽压力大于25MPa，蒸汽温度高于580℃称为超超临界。
研究分析[2]指出对600/600℃这一温度等级，当主汽压力自25MPa升高到28MPa，锅炉岛和汽机岛的钢耗量将分别增加3.5％和2%。
华能玉环电厂超超临界1000MW机组锅炉特点
。
采用 烟 气 分配 挡 板 燃 烧 器 摆动 喷水 等 方 式
，
锅炉设
1
。
热 态 起 动 时 对 锅 炉 的 热 冲击 炉 水再 循 环 泵
计煤种 为神 府东 胜 煤 和 晋北 煤 主要 参 数 见 表
表
— — — — —
锅 炉 起 动 系 统 由立 式 布 置 的 内 置 式 分 离 器 储 水 箱
岛压 加热 器 给 水 泵
锅 炉 水 冷 壁 采 用 三 菱 重 工 公 司 （ ＨＩ 的 改 进 型 Ｍ ）
内螺纹 管焊接 膜 式 垂直 水 冷 壁 ， 水 冷壁 中间高 度 位 在
图 １ 锅 炉 起 动 系统
置 加装 了 中间混合集 箱 ， 并配备 了两级 分配 器 。
滑 压 运 行 的超 超 临 界 锅 炉 的 运 行 中 要 经 历 起 动 阶
，
PM
型低
Nq
a r
燃 烧 器 反 向双 切 圆燃 烧
m
。
锅 炉 炉膛 断 面 尺 寸 为
全 高为
65
．
．
32 084
(宽) × 15 6 70
．
m m
(深 )
，
1
锅炉起动 系统
华 能 玉 环 电 厂 超 超 临界 直 流 炉 配 置 的起 动 系 统 为
5
m
，
截面 热 负荷 为
。
4
59 MW
群 ／
，
容积热 负 带有 再 循 环 泵 改 进 型 内置 式 起 动 系 统 起 动 过 程 回 收
，
荷为
82 7 kW
甜 ／
炉 膛 采 用 内螺 纹 管 垂 直 上 升 膜 式 水 冷 壁 循 环 泵
超超临界1000MW机组锅炉的基本特点
超超临界1000MW机组锅炉的基本特点1华能玉环电厂华能玉环电厂的锅炉与我厂一样，由哈尔滨锅炉厂有限责任公司在日本三菱重工业株式会社（Mitsuibishi Heavy Industries Co. Ltd）技术支持下制造的超超临界变压运行直流锅炉，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、调温方式除煤/水比外，还采用烟气分配挡板、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，燃用神府东胜煤、晋北煤。
锅炉主要参数见表1－3：表1－3 华能玉环电厂锅炉主要参数锅炉不投油最低稳燃负荷为35%BMCR，锅炉点火和助燃采用轻柴油，油燃烧器的总输入热量按30%BMCR，油枪采用机械雾化式。
2国电北仑电厂三期工程北仑电厂位于浙江省宁波市北仑区，地处杭州湾口外金塘水道之南岸。
电厂现装有五台单机容量为600MW亚临界燃煤机组，装机总容量为3000MW。
国电北仑三期扩建2×1000MW工程厂址位于电厂一期工程北侧的原电厂海涂渣场内。
厂址西侧和北侧为原渣场大堤，南侧为原有的老海塘大堤，东侧为电厂煤码头引桥及渣场。
装设二台1000MW燃煤汽轮发电机组。
锅炉为超超临界参数、直流炉、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、前后墙对冲燃烧方式，Π型锅炉。
设计煤种：晋北烟煤1，校核煤种1：晋北烟煤2，校核煤种2：神华东胜煤。
计划于2009年底前全部建成投产。
(1) 锅炉容量和主要参数北仑电厂三期工程的锅炉由东方锅炉（集团）股份有限公司制造，锅炉出口蒸汽参数为27.56MPa(a)/605/603℃，对应汽机的入口参数为26.25MPa(a)/600/600℃。
锅炉的主要参数见表1－4。
表1－4 北仑电厂三期锅炉主要参数（主蒸汽压力为汽机入口参数）：图1－1 压力负荷曲线水冷壁采用螺旋盘绕内螺纹管圈＋垂直管屏全焊接的膜式水冷壁，保证燃烧室的严密性，鳍片宽度能适应变压运行的工况。
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
超临界锅炉的基本结构及技术特点
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