超临界锅炉介绍
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
超超临界锅炉一、水的临界点锅炉内的工质都是水，水的临界压力是:22.115MPa374.15℃；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。
二、热力锅炉分类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。
三、发电机组的分类亚临界机组：典型参数为16.7MPa/538℃/538℃，发电效率约为38%。
超临界机组：主蒸汽压力通常为24MPa左右，主蒸汽和再热蒸汽温度为538～560℃，发电效率约为41%。
超超临界机组：主蒸汽压力为25～31MPa，主蒸汽和再热蒸汽温度为580～610℃。
四、国内外现状我国从华能石洞口第二电厂的600MW超临界机组开始（80年代末）引进超临界发电技术，目前有引进20台，国产2台，其中最大单机容量900MW，最长运行时间10余年。
2004年11月23日凌晨1时17分,由中国东方电气集团公司东方锅炉为华能沁北电厂提供的国产首台60万千瓦超临界锅炉顺利通过168小时试运行并投入商业运行。
该项目成功填补60万千瓦超临界锅炉国产化空白。
华能玉环电厂2×1000MW超超临界变压运行直流锅炉（型号：HG-2953/27.46-YM1）是我国国内运行的首台超超临界锅炉。
锅炉蒸汽参数（MPa/℃/℃）27.46/605/603炉膛宽×深32.084m×15.67m，高度66.6m。
2006年11月28日完成168满负荷试运行同时机组动态移交生产，为全国首台投入商业运行的1000MW机组。
1998年，最早投入运行的超超临界机组安装在丹麦的Nordjyllands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%1000MW超超临界锅炉。
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
超超临界锅炉介绍
墙式反向双切圆燃烧超临界燃煤炉业绩
序号 1 2 3 4 5
电站名称 碧南#1 新地#2 原町#1 三隅#1 舞鹤#1
容量 700MW 1000MW 1000MW 1000MW 900MW
商业投运 10月1991 7月1995 7月1997 7月1998 4月2003
燃料 煤 煤 煤 煤 煤
注 反向双切园 反向双切园 反向双切园 反向双切园 反向双切园
站
松
原
浦
町
电
电
站
站
广
碧
野
南
电
电
站
站
神户制钢电站
1、MHI垂直管圈水冷壁超临界
与超超临界锅炉可靠性
1991~2000
三隅
原町
新地
松浦
可靠性
定义：可靠性=（年日历小时数-强迫停炉小时数）/年日历小时数
三隅电站燃煤1000MW锅炉
主蒸汽压力 MPa
蒸汽温度 ℃
蒸发量 （t/h)
燃料
25.4
604/602
Weak (With Recirculation)
MHI公司PM燃烧器和MACT业绩
三隅#11000MW垂直水冷壁超超临界锅炉排放量 燃煤：澳大利亚Hunter Valley烟煤 负荷：1000MW
项目 NOx（锅炉出口） NOx（SCR出口） 飞灰中未燃尽炭 SOx（脱硫装置出口) 飞灰浓度（烟囱入口)
——MHI先进的燃烧技术——
Low NOx Principle -1-
CO2
氧化
NOx CO H2O
l=1.15
(O2=2.8%) AA N2 氧化
l～1.0 (O2～0.3%)
OFA
第一讲 超临界锅炉概述
厂用电 率% 4.53
4.90 5.55
华能南京电厂
华能营口电厂 华能伊敏电厂
国华盘山电厂
石洞口电厂 绥中电厂
500
600 800
331.O
308.2 329.2
3l1.1
297.1 3l2.9
6.0
3.6 4.93
二、污染排放低，保护环境
– 低NOx排放 – 低CO2排放
主 • 要用于褐煤型锅炉 -高灰份 缺 • 乏1000MW超临界燃煤变压锅炉经验 需 • 研究大容量超临界锅炉可靠性
业绩
结构与安装
具 • 备成熟的结构技术及众多业绩， 可靠性高 煤 • 适应性好（采挡板调节再热汽温）
性能及运行
再 • 热器采用喷水及燃烧器摆动调温，对经 济性和煤适应性有影响。
DBC/BHK/BHDB
16.给水品质要求高
直流锅炉要求的给水品质高，要求凝结 水进行100％的除盐处理。
17.控制系统复杂
控制系统复杂，调节装置的费用较高。
六、国产超临界锅炉主要特点
1.采用П型布置形式 2.螺旋管圈水冷壁 ３.采用前后墙对冲燃烧方式
４.采用新型低氮旋流燃烧器 ５.采用回转式空气预热器
６.采用直吹式制粉系统 ７.采用轴流式风机
4.水泵压头高
水冷壁的流动阻力全部要靠给水泵来克 服，这部分阻力约占全部阻力的25％～ 30％。所需的给水泵压头高，既提高了 制造成本，又增加了运行耗电量。
5.需要专门的启动系统
直流锅炉启动时约有30％额定流量的工 质经过水冷壁并被加热，为了回收启动 过程的工质和热量并保证低负荷运行时 水冷壁管内有足够的重量流速，直流锅 炉需要设置专门的启动系统，而且需要 设置过热器的高压旁路系统和再热器的 低压旁路系统。加上直流锅炉的参数比 较高，需要的金属材料档次相应要提高， 其总成本不低于自然循环锅炉。
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。
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尹智勇
一、超临界机组概述
随着锅炉朝着大容量高参数的方向发展，超临界机组日益显 示其诸多优点。火电机组随着蒸汽参数的提高，效 率也相应 地提高：
● 亚临界机组（16～17Mpa、538/538℃），净效率在37％～38％之间 ，煤耗330~350g/kwh； ● 超临界机组(24～28Mpa、538/538℃)，净效率约为40～41%，煤耗 310~320g/kwh； ● 超超临界机组（30Mpa以上、566/566℃），净效率约为44～46%， 煤耗280~300g/kwh； 由于效率的提高，不仅煤耗大大降低，污染物排量也相应减少，经济效 益十分明显。
二、直流锅炉与汽包的简单比较
（1）应有高品质的给水：进入锅炉的给水全部变为 蒸汽，给水所含的盐分除少量溶于蒸汽而被带出 外，其余杂质均将沉积在受热管内壁上。 （2）节约钢材：采用小管径而且不用汽包，就可大 量节约钢材。一般直流锅炉大约可节约20 ％～30 ％的钢材。 （3）由于强制工质流动，蒸发部分的管子允 许有 多种布置方式不必象自然循环锅炉那样要用 立置 的蒸发管。但蒸发段的最后部分受热面应安 置在 热负荷较为温和的地区。
（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）锅炉储存的热量少。当外界负荷变化较快而燃 烧和给水调整赶不上时，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。
热力学理论认为，在22.129MPa、温度374℃时，水的汽化会在一瞬间完 成，即在临界点时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的两相区存 在，两者的参数不再有区别。由于在临界参数下汽水密度相等，因此在 临界压力下无法维持自然循环，只能采用直流炉。超临界直流炉的汽水 行程如图所示。
直流锅炉没有汽包，整个锅炉是由许多管子 并联，然后用联箱连接串联而成。在给水泵 的压头作用下工质顺序一次通过加热、蒸发 和过热受热面。进口工质为水，出口工质为 过热蒸汽。由于没有汽包，所以在加热和蒸 发受热面之间，以及在蒸发和过热受热面之 间都没有固定的分界线。加热区和过热区中 的参数变化同自然循环锅炉相同；在蒸发区 中由于流动阻力，压力有所降低，相应的饱 和温度也有所下降。
燃料量扰动
燃料发生变化时，由于加热段和蒸发段缩短，锅 炉储水量减少，在燃烧率扰动后经过一个较短的 延迟，蒸汽量会向增加的方向变化，当燃烧率增 加时，一开始由于加热段蒸发段的缩短而使蒸发 量增加，也使压力、功率、温度增加。 ●由于给水流量保持不变，因此主汽流量最终仍 保持原来的数值。但由于燃料量的增加而导致加 热段和蒸发段缩短，锅炉中贮水量减少，因此主 汽流量在燃料量扰动后经过一段时间的延迟后会 有一个上升的过程。 ●主汽压力在短暂延迟后逐渐上升，最后稳定在 较高的水平。最初的上升是由于主汽流量的增大， 随后保持在较高的水平是由于过热汽温的升高， 蒸汽容积流量增大，而汽机调速阀开度不变，流 动阻力增大所致。 ●过热汽温一开始由于主汽流量的增加而略有下 降，然后由于燃料量的增加而稳定在较高的水平。 ●功率最初的上升是由于主汽流量的增加，随后 的上升是由于过热汽温（新汽焓）的增加。
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。
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。