超超临界机组技术资料汇编（总论）.pdf

第一部分总论超超临界机组概述在发电循环中，蒸汽参数是决定机组热经济性的重要参数同时，提高汽轮机的效率对 提高机组热经济性起决定性作用， 约占 其中8 5 0 0 ^9 0 %的份额 燃煤火电机组的热力系统 是按朗肯循环进行的，提高蒸汽的初参数 ( 蒸汽压力和蒸汽温度) 、采用再热系统和增加再 热次数都能提高循环的热效率在一定范围内，新蒸汽温度和再热蒸汽温度每提高 1 0 0C , 机组的热耗就可下降0 . 2 5 %一 . 3 %如果增加再热次数，例如采用二次再热，在同样蒸汽 参 数下热 耗 可较 采用 一 次再 热下降 常规 亚临界 循环的 典型 参数为1 6 . 7 M P a / 5 3 8 0 C / 5 3 8 0C , 发电效率约为3 8 0 0 ^ - 3 9 0 0 当汽机进口蒸汽参数超过水临界状态点的参数，即压力为 2 2 . 1 1 5 MP , 3 7 4 . 1 5 0 C，统称为超临界机组在2 0 世纪7 0 ^ - 8 0 年代，一般超临界循环的典 型参数为 2 4 . 1 MP a / 5 3 8 0C / 5 3 8 ℃或 2 4 . 1 MP a / 5 3 8 0C / 5 6 6 0C，对应的发电效率约为 4 1 %一 4 2 %。

超超临界参数实际上是在超临界参数的基础上向更高压力和温度提高的过程各国、 甚至各公司对超超临界参数的开始定义也有所不同，例如:日本的定义为压力大于等于 2 5 MP a ，或温度大于5 6 6 0 C;丹麦定义为压力大于2 7 . 5 MP a ; 西门子公司的观点是从材料的 等级来区分超临界和超超临界机组;我国电力百科全书则将超超临界定义为蒸汽参数高于 2 7 MP a 的机组这些说法都称为超超临界机组 1 . 1 超超临界火力发电机组锅炉的特点对于国外超超临界锅炉技术特点， 一般分为欧洲、日 本两大技术流派 1 . 1 . 1 炉型欧洲的超超临界锅炉均采用塔式布置，其优点是水冷壁 ( 尤其是上炉膛)回路简单，不 仅炉膛各墙水冷壁间热力与水动力偏差小，而且后水冷壁回路也特别简单，烟气自 下向上垂 直流动，消除了II型锅炉中因有两次 9 0 0 转弯 ( 炉膛出口和尾部转向室)而导致的烟侧偏 差，此外从减轻对流受热面的结渣和烟侧磨损也是有利的缺点是:锅炉较高，增加了安装 难度，四根大立柱承受锅炉全部荷载，对柱基础的设计要求较高，增加了锅炉房地基的费用 日本的超超临界锅炉均采用双烟道的II型布置，其主要优点是锅炉高度稍小，易于安 装;缺点是水冷壁特别是上部后水冷壁的回路较复杂，其热力与水力偏差较大，过热器与再 热器沿炉宽方向的烟侧偏差较大;转向室后的低温对流受热面存在局部烟侧磨损的可能性。

总之，两种炉型代表了不同的设计传统，均有其优缺点，只要设计合理，均能保证锅炉 的可靠运行 1 . 1 . 2 燃烧方式与炉膛尺寸目前世界上已投运的百万千瓦等级燃煤超超临界锅炉就其燃烧方式而言仍分切向燃烧和 对冲燃烧两大类， 而在切向 燃烧方式中又分单切圆和双切圆 两种， 德国、 丹麦等欧洲国家均 采用单切圆正方形炉膛，能保证较好的燃烧效果和炉内空气动力场，已投运的最大正方形炉 膛为德国S c h w a r z e P u m p的8 0 0 MW褐煤炉，其截面尺寸为2 4 X 2 4 m，其次为N i e d r a u p e n 的9 0 0 MW褐煤炉，其尺寸为2 3 . 1 6 X 2 3 . 1 6 m，均已顺利运行， 说明百万级单切圆正方形炉 膛是可行的，在直流燃烧器的火焰穿透能力及燃烧组织方面未出现任何问题三菱公司为了消除i i 型布置单切圆燃烧沿炉宽方向水冷壁、高温过热器和再热器的烟 侧偏差，改善了切向燃烧炉膛内的空气动力场， 从 2 0 世纪8 0 年代末开始采用旋转方向相背超超临界机组技术资 料汇编的双切圆矩型炉膛，已为十余台容量为7 0 0 -I O O O MW的超临界和超超临界锅炉所采用并取 得了良好的运行业绩。

日 立和石川岛播磨两家公司的超临界和超超临界锅炉均采用旋流式燃烧器前后墙对冲布 置，均有良好的运行业绩，也均采用矩形炉膛，对于百万千瓦级的燃煤锅炉，其炉宽可达 3 0 m，因此对长伸缩式吹灰器的工作性能有很高要求为了降低N O , 生成量，所有投运的超超临界锅炉的炉膛均采用了分级燃烧，A L S T O M 公司烟煤超临界锅炉运行中的N O z 生成量可达到 2 4 0 p p m，日本三菱公司生产的1 0 0 0 MW 超超临界锅炉 ( 三隅电厂 1 号炉)燃用澳大利亚烟煤时在锅炉出口测得的N O , 生成量仅为 1 3 7 p p m， 而在脱硝装置后测得的N O , 量又降到3 0 p p m，因 此为了满足对火力发电厂日 益 严格的环保要求，绝大部分超超临界锅炉均采用分级燃烧和脱硝装置 1 . 1 . 3 水冷壁系统世界上已投运的超超临界锅炉水冷壁大多数下炉膛采用螺旋管圈，上炉膛采用垂直管 圈，如 A L S T O M ( E V T ) 、日 立、石川岛播磨等公司，其优点是水冷壁沿炉膛四周热偏差 较小，对煤种和燃烧方式变化的敏感性较小，也不需采用内螺纹管和节流孔圈主要缺点是 水冷壁阻力较大， 但各锅炉制造商为了降 低厂用电 耗，近年来采用了所谓低阻力的螺旋管圈 水冷壁，即适当加大螺旋倾角，在保证运行可靠的前提下，适当降低质量流速。

另外，日 立 B H K开发了在燃烧器高热负荷区采用内 螺纹管的螺旋管圈水冷壁自2 0 世纪8 0 年代末以来，日 本三菱公司首创了用节流圈调节一次上升垂直内螺纹管圈 水冷壁，其突出优点是可以采用较低的质量流速，阻力较低，易于制造和安装，从结渣角度 看，螺旋管圈易于导致粘结灰渣，而垂直管水冷壁不易结渣，吹灰器的效果也较螺旋管圈的 好从水动力特性角度出发，垂直水冷壁具有始终保持正向流动的优点，即具有部分自 然循 环炉的自补偿能力缺点是:由于水冷壁较细和垂直上升，因此对煤种的变化和炉内空气动 力场及温度场的变化较为敏感，另外，为装设节流孔圈，需采用大直径的水冷壁下集箱针 对上述缺点和根据运行经验，日 本三菱公司近年来对垂直管圈水冷壁作了两项改进，一是取 消大直径的水冷壁下集箱，节流孔圈装于下集箱进口管子上，便于安装和调试，同时为了减 少水冷壁出口温度偏差，已加装了中间混合集箱Mit s u i B a b c o c k公司在生产传统的螺旋管圈直流炉的基础上，研究开发了低质量流速的 垂直管圈直流炉并认为后者是目前最佳可用技术垂直管圈的优点有: 正的流量特性、本 生负荷降低到2 0 %，从而使锅炉具有更好的运行特性;不需要辅助支吊系统、管间温差较 小， 从而使锅炉初投资较低;压降小，使得动力消耗少，管子容易更换，从而使运行费用较 低。

综合以上优点，采用垂直管圈锅炉的电厂可以进一步降低发电成本姚孟电厂1 号炉的 改造选择了Mi t s u i B a b c o c k公司的垂直管圈直流炉，成为世界上第一台低质量流速的垂直 管圈直流炉，具有正的流量特性M i t s u i B a b c o c k 公司参加欧盟支持的I S B - 2 0 0 0 计划， 开发适合发展中国家的设计， 考 虑到现有材料的限制， 优化蒸汽参数， 进行6 0 0 MW级的3 0 0 b a r / 6 0 0 0C / 6 2 0 ℃的 螺旋管圈、 垂直内螺纹管圈水冷壁锅炉和新奇炉型 ( 卧式垂直内螺纹管圈锅炉)的设计 1 . 1 . 4 锅炉受压件钢材由于超超临界机组主汽和再热汽温度由超临界锅炉的5 3 8 .5 6 6 ℃提高到5 8 0 ℃以至近几 年的6 0 0 ℃及6 0 0 ℃以上，因此锅炉高温受热面不仅要求有高热强性即高温下的高蠕变强度第一部分总论和持久强度 ，而且还应具有优良的抗烟侧高温腐蚀和抗蒸汽侧高温氧化的性能 ，2 0 世纪 8 0年代以来各国开发的这类高热强钢方面已取得了显著的成绩，日 本已开发出一系列的性能优 良 且经过长期运行考验的新钢种，如用于高温过热器和再热器管的 S u p e r 3 0 4 H( 1 8 C r 1 0 N i 3 C u日 本牌号为S u s 3 0 4 J I HB ) , H R 3 C ( 2 5 C r 2 0 NiN b ，日 本牌号为S u s 3 1 0 J I Y B ) 和T P 3 4 7 HF G等。

这些钢种都具有高的热强性 ( 即高温蠕变强度) ，而且具有良好的抗烟侧 高温腐蚀和抗蒸汽氧化的性能， 其中尤以含C r , N i 最多的H R 3 C在热强性、抗高温腐蚀和 蒸汽氧化方面最为突出，已成功应用于汽温为 6 0 0 ' C / 6 0 0 ℃的百万千瓦级超超临界锅炉中 T P 3 4 7 H F G和S u p e r 3 0 4 H F G则可用于蒸汽温度为5 6 6 ^5 8 0 ℃的超临界和超超临界锅炉中 在超超临界锅炉的集箱和导管的新钢种方面， 在P 9 1 的基础上开发了P 9 2( 或称N F 6 1 6 ) , 即在P 9 1 的C r , Mo 成份基础上加人1 . 5 %-2 %的钨，已成功地应用于6 0 0 ℃等级锅炉的过 热器和再热器出口集箱和主汽导管上，另外在超超临界锅炉水冷壁的管材方面，又开发了 H C M 2 A ( T 2 3 ，即在T 2 2 的基础上加1 . 5 %的 钨)以及H C M1 2 ( T 1 2 2 ) 前者可用汽温为 6 0 0 ℃的超超临界锅炉，后者可用于汽温达 6 5 0 ℃的超超临界锅炉或者用于普通超临界锅炉 的 末级过热器。

此外， 三菱和住友钢铁公司联合开发了A S ME C o d e C a s e 2 3 2 8 的1 8 % C r 细晶粒奥氏体钢，即在原 T P 3 4 7 H的基础上加钨、氮等成份，它的高温强度比普通的 T P 3 4 7 H高1 5 %， 且具有良 好的抗蒸汽氧化层剥落的性能，它适用于过热器分隔屏管，已 在日 本三隅等 1 0 0 0 MW US C锅炉中取得良好的运行业绩欧洲国家为了配合火力发电厂7 0 0 0C / 7 0 0 ℃的规划，近年来也开发了一些可用于超超临 界机组的高热强钢，如 V o l l o u r e c 近十年由日 本和欧洲制造的 共计8 台5 0 H z 、单轴、9 0 0 M W功率等级的机组 业绩中，S i e m e n s占据了其中的6台 ( 另为 A L S T O M 的两台 9 3 0 MW, 2 6 M P a / 5 5 0 0 C / 5 8 0 ℃机组) ;其中最大的 1 0 2 5 MW、单轴、参数 2 6 . 5 MP a / 5 7 6 0C / 5 9 9 ℃的超超临界汽轮机 ( 锅炉参数为2 7 . 4 9 MP a / 5 8 0 0C / 6 0 0 0C )已于2 0 0 2 年8 月正式投运。

目 前S i e m e n s 公司的汽轮机产品系列中的H MN系列可适应2 0 0 ^ - 1 2 0 0 MW, 5 0 H z / 6 0 H z 的超临界机组，蒸汽参数可达3 0 MP a / 6 0 0 0C / 6 2 0 0CS i e m e n s 公司超临界大功率汽轮机的主要特点是高压缸采用单流程、小直径筒式结构， 中压缸进口为双层结构并作涡旋式冷却，轴承箱与汽缸分离并刚性落地;机组采用滑压运行，调峰性能好; 各转子采用整锻转子，转子之间由整体刚性联轴器连接西门子的膨胀系统设计具有独特的技术风格和独特的结构设计西门子各轴承座直接支 撑在基础上， 其特点为:机组的绝对死点及相对死点均在高中压之间的推力轴承处; 中压汽 缸与低压内缸以及低压内缸之间有推拉装置，减小低压段动静相对间隙汽缸与轴承座之间 有耐磨、滑动性能良好的金属介质超超临界机组技术资 料汇编机组通流部分设计采用全三维技术，除低。