超临界锅炉启动系统..docx

西安电力高等专科学校摘要我国目前火力发电机组正向着高参数大容量、环保指标近零排放的方向快速发展，大批的百万千瓦机组基本都是超超临界参数，超临界机组的技术也日新月异，给我国超临界机组的制造、安装、调试、运行带来了巨大的挑战，面对新技术、新材料、新工艺也存在一些认识不足的地方，需要我们花时间在工作中摸索经验更好地接受新生事物对于超临界或超超临界机组而言考验最大的仍然是锅炉，首先从锅炉的工艺要求和控制方式上与亚临界机组都有质的不同，而超临界锅炉的启动系统是锅炉中一个最重要的系统超临界机组启动系统也是超临界锅炉关键技术之一，本文对于超临界锅炉启动系统的技术特点和运行进行了一些简要的分析首先介绍了超临界机组的国内外发展史，以及超临界启动系统在超临界机组中的重要性其次介绍了超临界锅炉启动系统的主要任务、超临界锅炉启动系统的类型、启动工况向纯直流运行工况的转换控制关键词：超临界锅炉；启动系统；汽水分离器；干湿态的工况转换目录1 绪论 31.1超临界锅炉的概念 31.2超临界锅炉的特点 31.3世界各国超临界锅炉的发展状况 51.3.1美国 51.3.2前苏联 61.3.3日本 61.3.4欧盟 71.3.5我国超临界机组的发展状况 82超临界锅炉启动系统的概述和类型 102.1超临界锅炉设置启动系统的主要任务 102.1.1直流锅炉与汽包锅炉的区别 113超临界锅炉启动系统的结构 133.1启动分离器 133.2贮水箱 143.3超临界锅炉启动系统的分类 153.3.1外置式分离器启动系统 163.3.2内置式分离器启动系统 164超临界锅炉启动系统的启停过程 194.1 扩容式启动系统的启停过程 194.2 带循环泵式启动系统的启动过程 194.3超临界锅炉干湿态转换过程 204.4锅炉的冷态启动 22结 论 23参考文献 24致 谢 251 绪论1.1超临界锅炉的概念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。

1.2超临界锅炉的特点（1）超临界和超超临界火电技术由于参数本身的特点决定了超临界锅炉只能采用直流锅炉，和一般亚临界锅炉相比,取消了汽包，并能快速启停2）超临界锅炉和超超临界锅炉本体金属消耗量最少，锅炉炉体重量轻3）系统中的汽水分离器在低负荷时起汽水分离作用并维持一定的水位，在高负荷时切换为纯直流运行，汽水分离器起到一个蒸汽联箱的作用4）为了达到较高的重量流速，必须采用小管径水冷壁这样，不但提高了传热能力而且节省了金属，减轻了炉墙重量，同时减小了锅炉的热惯性5）超临界机组和一般亚临界机组相比具有无可比拟经济性，单台机组发电热效率最高可达50%，每kW/h煤耗最低仅有255g（丹麦BWE公司），较亚临界压力机组（每kW/h煤耗最低约有327g左右）煤耗低；（6） 超临界锅炉和超超临界锅炉的燃烧系统都采用低氧化氮技术，在燃烧过程中减少65%的氮氧化合物及其它有害物质的形成，且脱硫率可超98%，可实现节能降耗、环保的目的7）在超临界锅炉内随着压力的提高，水的饱和温度也随之提高，汽化潜热减少，水和汽的密度差也随之减少当压力提高到临界压力（22.12Mpa）时，汽化潜热为0，汽和水的密度差也等于零，水在该压力下加热到临界温度（374.15℃）时即全部汽化成蒸汽。

超临界压力临界压力时情况相同，当水被加热到相应压力下的相变点（临界温度）时即全部汽化因此超临界压力下水变成蒸汽不再存在汽水两相区，由此可知，超临界压力直流锅炉由水变成过热蒸汽经历了两个阶段即加热和过热，而工质状态由水逐渐变成过热蒸汽因此超临界直流锅炉没有汽包，启停速度快，与一般亚临界汽包炉相比，超临界直流锅炉启动到满负荷运行，变负荷速度相比于一般亚临界机组可提高1倍左右8）超临界锅炉和一般亚临界锅炉相比水冷壁的金属储热量和工质储热量最小，即热惯性最小，使快速启停的能力进一步提高， 适用机组调峰的要求但热惯性小也会带来问题，它使水冷壁对热偏差的敏感性增强当煤质变化或炉内火焰偏斜时，各管屏的热偏差增大，由此引起各管屏出口工质参数产生较大偏差，进而导致工质流动不稳定或管子超温9）超临界锅炉在运行时 为保证足够的冷却能力和防止低负荷下发生水动力多值性以及脉动，水冷壁管内工质的重量流速在MCR 负荷时提高到2000 ㎏/（㎡·s）以上加上管径减小的影响，使直流锅炉的流动阻力显著提高600MW 以上的直流锅炉的流动阻力一般为5.4MPa～6.0MPa，水冷壁的流动阻力的增大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10）超临界锅炉和一般亚临界锅炉相比汽温调节的主要方式是调节燃料量与给水量之比，辅助手段是喷水减温或烟气侧调节由于没有固定的汽水分界面，随着给水流量和燃料量的变化，受热面的省煤段、蒸发段和过热段长度发生变化，汽温随着发生变化，汽温调节比较困难11）超临界锅炉低负荷运行时，给水流量和压力降低，受热面入口的工质欠焓增大，容易发生水动力不稳定由于给水流量降低，水冷壁流量分配不均匀性增大；压力降低，汽水比容变化增大，工质欠焓增大，会使蒸发段和省煤段的阻力比值发生变化 （12）超临界压力直流锅炉水冷壁管内工质温度随吸热量而变，即管壁温度随吸热量而变因此，热偏差对水冷壁管壁温度的影响作用显著增大 （13）变压运行的超临界参数直流炉，在亚临界压力范围和超临界压力范围内工作时，都存在工质的热膨胀现象并且在亚临界压力范围内可能出现膜态沸腾；在超临界压力范围内可能出现类膜态沸腾 （14）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15）控制系统复杂，调节装置的费用较高16）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、超超临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果，超临界机组与亚临界机组相比，热效率要有很大的提高，一年就可节约几千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，超临界和超超临界在许多发达国家已得到广泛的研究和应用电力工业是能源领域的主要组成部分，我国一次能源消费构成中，煤炭占了67%左右，和世界其他各国相比能源的消费构成从在很大的差别，在“十五”期间，由于国民经济高速发展，对电力能源需求更加迫切，为了响应国家高效、节能、环保的发展理念，而超临界机组正好可以满足当代中国发展的需要，再加之我国于2002年把开发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临界和超超临界锅炉列入国家重大技术考研计划，经过十几年的引进发展改革创新，我国在超临界锅炉发展技术所以也逐渐走向成熟，并开始自主研发，所以近年来， 我国火电事业也逐渐向大机组，超临界等方向发展迈进1.3世界各国超临界锅炉的发展状况超临界火电机组是常规蒸汽动力火电机组的自然发展和延伸。

提高蒸汽初参数一直是提高这类火电厂效率的主要措施当蒸汽压力提到高于22.1MPa时就称为超临界机组，如果蒸汽初压力超过27MPa，则称为超超临界火电机组目前一些发达国家中，超临界和超超临界机组巳是火电结构中的主导机组或是占据一个举足轻重的比例，也就是说火电结构巳经"超临界化"了以超临界化为特点的对火电结构的更新换代早在20世纪的中叶就已开始超临界化可以说是火电发展的一种模式，一条道路，是被多国实践证明的成功模式1.3.1美国美国是发展超临界发电技术最早的国家，早在20世纪50年代初就开始从事超临界和超超临界技术的研究在1957年投运的第一台125MW超临界机组的参数为31MPa/621℃／566℃／560℃，1958年投运的325MW机组的参数为34.4MPa／649℃／566℃／566℃，它们已是迄今最高参数的超临界机组鉴于超临界机组的热效率明显高于亚临界机组,在20世纪60年代中期,新建的机组中有一半以上是超临界机组到60年代中期，新增机组中有一半采用超临界参数，在1967年-1976年的10年期间，共安装118台超临界机组，单机最大容量为1300MW，但由于单机容量增大过快,蒸汽参数选择过高,超越了当时的金属材料技术水平，并采用热负荷偏高的大型正压锅炉,导致早期的超临界锅炉事故偏多,可用率低及维修费用高；由于美国煤价较低,机组运行经济性不显著；适宜带基本负荷的大量核电机组迅速投产,而当时的超临界机组调峰能力较差,不能适应调峰需要。

导致从70年代开始,超临界机组订货减少1980~1989年期间仅有7台超临界机组投运针对燃料价格上涨,环境保护要求日益严格的现状,美国电力研究所(EPRI)在总结了前期超临界机组运行经验和教训后,根据当时的技术水平,对超临界机组蒸汽参数和容量等进行了可行性优化研究,研究认为在技术方面不需要作突破的条件下,机组采用31MPa/566°C~593°C/566°C~593°C蒸汽参数、二次再热、容量700~800MW为最佳;并重新开发了蒸汽参数为31MPa/593°C/593°C/593°C的二次再热超超临界机组由于美国电力工业大力发展高效的燃气蒸汽联合循环,上述研究成果未能得到实施，却在亚洲和欧洲某些国家得到了应用 1999年，美国能源部提出了发展先进发电技术的Vision21计划其中，对于超超临界技术，主要是开发35MPa/760°C/760°C/760°C的超超临界火电机组，这种机组的热效率高于55%，污染物排放也比亚临界机组减少30%1.3.2前苏联前苏联是发展超临界机组最坚定的的国家1963年，前苏联第一台300MW超临界机组投入运行，其参数为23.5MPa/580°C/565℃。

但由于蒸汽参数偏高，超过大量可使用的材料水平，加上设计、制造质量等原因,投运初期出现了高温腐蚀等问题后经改进和不断完善，并将蒸汽温度降为540°C/540°C,才使机组达到较好的水平，其可靠性与超高压参数机组相当但是,在超临界蒸汽参数下，300MW机组容量偏小，汽轮机通流部分气动损失大、效率低,其总体经济水平仍偏低其后投运的500MW、800MW和1200MW机组基本上也采用了上述参数(300MW与500MW机组也有采用565°C/570°C的)不过，500MW燃煤机组由于可用率低及热耗高而没有被大量应用;800MW和1200MW机组只有燃油和燃气，而且1200MW机组的可用率也较低前苏联所有300MW及以上容量机组全部采用超临界参数，因此，其超临界机组达200余台，占总装机容量50%以上，且大多数为300MW机组经长期试验研究，俄罗斯现已拥有一套比较完整的超临界技术目前，俄罗斯新一代大型超超临界机组采用参数为28~30MPa、580°C~600°C1.3.3日本日本发展超临界技术采用的是引进、仿制、创新的技术路线从引进机组到自制机组只花了1~2年时间,从亚临界到超临界，从300MW、600MW到1000MW，每上一个等级只用了3~4年时间。

自1967年从美国引进第一台超临界机组(660。