1、 超临界机组结课论文班级：动力 0601 班姓名：葛亚君学号：200602000306超临界机组及其发展现状我国在未来相当长的时期内电力生产仍是以煤为主的格局。为保证电力可持续发展，加快电力结构调整的步伐，最现实、最可行的途径就是加快建设超临界机组，配备以常规的烟气脱硫系统。CFB，PFBC，IGCC 等技术仍处于试验或示范阶段，在大型化方面还有很长的路要走，而超临界和超超临界机组的发展已日趋成熟，其可用率、可靠性、运行灵活性和机组寿命等方面已接近亚临界机组。火电厂超超临界机组和超临界机组指的是锅炉内工质的压力。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
2、和温度时，水和蒸汽的密度是相同的，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，炉内蒸汽温度不低于 593或蒸汽压力不低于 31MPa 被称为超超临界。习惯上又将超临界机组分为 2 个层次： 常规超临界参数机组，其主蒸汽压力一般为24MPa 左右,主蒸汽和再热蒸汽温度为 540560； 高效超临界机组，通常也称为超超临界机组或高参数超临界机组，其主蒸汽压力为 2535MPa 及以上，主蒸汽和再热蒸汽温度为 580 及以上。实践证明，常规超临界机组的效率可比亚临界机组高 2%左右，而对于高效超临界机组，其效率可比常规超临界机组再提高 4%左右。超临界发电机组
3、发展由于能源紧缺,火电机组节能降损工作受到各国的普遍重视.为提高火电机组的热效率,许多国家把提高蒸汽参数,发展超临界机组做为重要手段之一.我国对发展超临界机组也极为重视,并已开始引进超临界火电机组及有关技术，1990 年开始有超临界机组相继投入运行。超临界机组是一种节能、高技术、大型的火力发电机组。其主要设备是以水蒸汽为工质的锅炉和汽轮机。根据水和水蒸汽的热力学性质， 当压力达到 2212MPa 温度达到37415时,蒸汽和水的比容相等， 汽和水之间的分界面不存在了，不再发生沸腾现象，只产生单一的相变，此时即称之为临界状态。如果锅炉出口，汽机入口的新蒸汽参数超过临界值， 就称之为超临界机组。由
4、于水蒸汽在超过临界值之后，产生了一系列质的变化，使得基于为分离汽水、主要靠汽水重度差而设计的自然循环汽包炉不再适用，超临界参数的蒸汽锅炉必然是直流炉。超临界参数的汽轮机,没有什么机理性的变化,由于工作压力提高,汽缸壁厚将有所增加；蒸汽比容减小，高压缸叶片可能缩短；汽耗量相对减少、凝汽器的面积会相应缩小一些。采用超临界机组的电厂,对主蒸汽管道、高压加热器、给水泵、阀门， 自动控制、水处理和焊接技术等方面的质量，要求更高更严格。火电机组的热效率与蒸汽的初参数密切相关。据日本的有关资料介绍超临界机组的平均热效率要比亚临界机组高出约 25 。因此，火电机组一直是沿着提高蒸汽参数、扩大机组容量的方向在发
5、展。扩大机组容量可以降低机组的单位造价， 但同时又会受到很多因素的限制，容量增大后通流排汽面积增大，必然导致设备尺寸增大、轴系增长、给机组的运行灵活性增加了困难。近十几年来， 继续提高蒸汽参数，发展超临界火电机组， 已成为世界主要工业国家提高机组热效率的主要手段之一。其中最有代表性的国家是美国、苏联和日本。大型超临界机组自 20 世纪 50 年代在美国和德国开始投入商业运行以来，随着冶金工业技术的发展，提供了发电设备用的碳素体钢、奥氏体钢及超合金钢。到今天超临界机组已大量投运，并取得了良好的运行业绩。近十几年来，发达国家积极开发高效超临界参数发电机组。美国（169 台）和前苏联（200 多台）
6、是超临界机组最多的国家，而发展超超临界技术领先的国家主要是日本、德国和丹麦。德国是发展超超临界技术最早的国家之一，在早期追求高参数，但后来蒸汽参数降低并长期稳定在 25 MPa/545 /545 的水平上，其后蒸汽参数逐步提高。2003 年投产的Niederaussen 电厂参数为 965MW/26MPa/580 /600 ，设计热效率为 44.5%。日本因能源短缺，燃料主要依赖进口，因此采用超临界发电机组（占总装机容量的 60%以上） 。1989年和 1990 年，日本的川越（Kawagoe）电厂先后投运两台参数为 700MW/31MPa/566 /566 /566 。这是日本发展超超临界发
7、电技术的标志性机组。近年来一批百万千瓦级超超临界发电机组相继投入运行，除达到很高可靠性外，其循环效率可达到 45%左右。丹麦亦十分重视高参数超临界机组的发展，在提高机组蒸汽参数的同时利用低温海水冷却大幅提高机组效率。1998 年投运的 ordjylland 电厂其机组参数为 400MW/28.5MPa/580 /580 /580 ，机组效率高达 47%。2001 年投运的 AVV2 电厂一台超超临界机组，其机组效率高达 49%，这是目前世界上超超临界机组中运行效率最高的机组。从各国的发展来看，自 20 世纪 90 年代初开始发展超超临界机组，到 90 年代末期其蒸汽温度基本都提高到了 5806
8、00 ，并且都有相应的电厂成功地投入了商业运行。值得注意的是国外超超临界发电机组许多建在海边，利用低温海水冷却，使机组循环效率进一步提高。目前我国的发电机组已进入大容量、高参数的发展阶段，近 10 多年来已从国外引进了7800MW 常规超临界机组（不包括后石电厂已投运 4600 MW） ，分别是华能石洞口二厂2600MW，华能南京电厂 2300MW，华能营口电厂 2300MW，华能伊敏电厂 2500MW，盘山电厂 2500MW，绥中电厂 2800MW，外高桥电厂 2900MW，这些机组具有较高的技术性能，在提高发电煤炭利用率和降低污染方面发挥了一定的作用，也为我国超临界机组的运行积累了经验。华
9、能集团公司在沁北电厂建设 2600MW 超临界机组，为我国自行研制、开发大型超超临界发电机组奠定了基础。2002 年国家部把“超超临界燃煤发电技术”研究课题列入 863 计划，并由国内近 20 个科研机构、大学、电力设计单位参与课题的各项研究任务。国家计委也批准了华能玉环电厂建设两台百万千瓦级超超临界发电机组。超临界和超超临界机组成为我国“十五”后的主要发展机型。超临界机组运行时的优缺点超临界机组运行具有众多优点，(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
10、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
11、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（80100）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
12、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。变压运行的超临界压力锅炉压力随机组负荷变化而变化，不需用汽轮机调节门控制机组负荷，而且部分负荷运行时，由于蒸汽容积流量变化小，能保持较高的汽机效率，并通过改善锅炉过热器和再热器的流量分配，提高了机组效率。可见超临界机组优点很多，中国近几年在大力发展超临界机组。但是超临界机组也存在着一些不足：(1) 超临界压力锅炉由于参数高，锅炉停炉事故的概率比亚临界多，降低了设备的可用率和可靠性。另外，超临界压力锅炉出现管线破裂和起动阀泄漏故障时影响较大。(2)超临界压力锅炉虽然热效率高，但锅炉给
13、水泵、循环泵却要消耗较多的电耗，压力参数的提高又会增加系统的漏泄量，实际上对热效率的提高和热耗的减少都会有一定的影响。(3)超临界压力锅炉为了保证水冷壁和过热器的冷却，启动时要建立一定的启动压力和流量，为此要配置一整套专用的启动旁路系统，因而启、停的操作较复杂，热损失也大。(4) 超临界直流锅炉水冷壁的安全性较差。直流锅炉的水冷壁出口处，工质一般已微过热，故管内会发生膜态沸腾，自然循环有自补偿特性，而直流炉没有这种特性，因此，直流炉水冷壁管壁的冷却条件较差，较易出现过热现象。超临界锅炉机组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，在超临界锅炉内随着压力的提高，水的饱和温
14、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，变负荷速度可提高 1 倍左右，变压运行的超临界直流锅炉在亚临界压力范
15、围内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。超临界直流锅炉要求的汽水品质高，要求凝结水进行 100%除盐处理。由于超临界直流锅炉水冷壁的流动阻力全部依靠给水泵克服，所需的压头高，即提高了制造成本又增加了运行耗电量且直流锅炉普遍存在着流动不稳定性、热偏差和脉动水动力问题。另外，为了达到较高的质量流速，必须采用小管径水冷壁，较相同容量的自然循环锅炉超临界直流锅炉本体金属耗量最少，锅炉重量轻，但由于蒸汽参数高，要求的金属等级高，其成本高于自然循环锅炉。超临界锅炉运行时，水冷壁管内工质温度不像亚临界那样具有恒定的饱和
16、温度，而是随吸热量增多，温度升高，水冷壁金属温度变化温度较大。其控制下辐射区水冷壁出口温度不高于工作压力对应的拟临界温度，将工质吸热能力最强的大比热热避开热负荷最高的燃烧器区。气温控制有超前信号，分离器出口温度作为中间点信号，以中间点温度作为参考调节煤水比。而最佳煤水比随燃料燃烧特性和工作压力变化，单烧煤粉时煤水比较大，煤油混烧时比较小。超临界汽轮机机组对于超临界汽轮机发电机组，由于超临界压力机组是由直流炉供汽，溶解于蒸汽中的其他物质较多，蒸汽在汽轮机的通流部分做功后压力降低，原先在高压下溶解的物质会释放出来，产生固体硬粒冲蚀。针对超临界机组固体硬粒冲蚀这一突出问题哈尔滨汽轮机厂采取了对通流部件进行表面硬化处理；从防磨角度优化通流部分进汽角度，减轻对叶片的冲蚀；采用全周进汽和调节汽门合理管理系统以降低启动流速，减小硬粒冲击能量等。超临界汽机结构设计上采取防止蒸汽旋涡振荡的措施，避免由于高压缸入口压力高、汽流密度大，使调节级复环径向间隙处发生蒸汽旋涡振荡所引起的轴承不稳定振动。在辅机配套方面，除了高压给水泵的扬程和高压加热器管侧压力超临界机组比亚临界机组高以外，其余的设备超临界机组和亚临界机组基本相同。
