超臨界發(fā)電機(jī)組

超臨界發(fā)電機(jī)組火電廠超超臨界機(jī)組和超臨界機(jī)組指的是鍋爐內(nèi)工質(zhì)的壓力。鍋爐內(nèi)的工質(zhì)都是水，水的臨界壓力是:22.115MPA347.15C；在這個(gè)壓力和溫度時(shí)，水和蒸汽的密度是相同的，就叫水的臨界點(diǎn)，爐內(nèi)工質(zhì)壓力低于這個(gè)壓力就叫亞臨界鍋爐，大于這個(gè)壓力就是超臨界鍋爐，爐內(nèi)蒸汽溫度不低于593C或蒸汽壓力不低于31MPa被稱(chēng)為超超臨界。超臨界、超超臨界火電機(jī)組具有顯著的節(jié)能和改善環(huán)境的效果，超超臨界機(jī)組與超臨界機(jī)組相比，熱效率要提高1.2%，一年就可節(jié)約6000噸優(yōu)質(zhì)煤。未來(lái)火電建設(shè)將主要是發(fā)展高效率高參數(shù)的超臨界(SC)和超超臨界(USC)火電機(jī)組，它們?cè)诎l(fā)達(dá)國(guó)家已得到廣泛的研究和應(yīng)用。大型超臨界鍋爐的特點(diǎn)超臨界火電技術(shù)由于參數(shù)本身的特點(diǎn)決定了超臨界鍋爐只能采用直流鍋爐，在超臨界鍋爐內(nèi)隨著壓力的提高，水的飽和溫度也隨之提高，汽化潛熱減少，水和汽的密度差也隨之減少。當(dāng)壓力提高到臨界壓力(22.12Mpa)時(shí)，汽化潛熱為0汽和水的密度差也等于零，水在該壓力下加熱到臨界溫度(374.15C)時(shí)即全部汽化成蒸汽。超臨界壓力臨界壓力時(shí)情況相同，當(dāng)水被加熱到相應(yīng)壓力下的相變點(diǎn)(臨界溫度)時(shí)即全部汽化。因此超臨界壓力下水變成蒸汽不再存在汽水兩相區(qū)，由此可知，超臨界壓力直流鍋爐由水變成過(guò)熱蒸汽經(jīng)歷了兩個(gè)階段即加熱和過(guò)熱，而工質(zhì)狀態(tài)由水逐漸變成過(guò)熱蒸汽。因此超臨界直流鍋爐沒(méi)有汽包，啟停速度快，與一般亞臨界汽包爐相比，超臨界直流鍋爐啟動(dòng)到滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，變負(fù)荷速度可提高1倍左右，變壓運(yùn)行的超臨界直流鍋爐在亞臨界壓力范圍內(nèi)超臨界壓力范圍內(nèi)工作時(shí)，都存在工質(zhì)的熱膨脹現(xiàn)象，并且在亞臨界壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)膜態(tài)沸騰；在超臨界壓力范圍內(nèi)可能出現(xiàn)類(lèi)膜態(tài)沸騰。超臨界直流鍋爐要求的汽水品質(zhì)高，要求凝結(jié)水進(jìn)行100%除鹽處理。由于超臨界直流鍋爐水冷壁的流動(dòng)阻力全部依靠給水泵克服，所需的壓頭高，即提高了制造成本又增加了運(yùn)行耗電量且直流鍋爐普遍存在著流動(dòng)不穩(wěn)定性、熱偏差和脈動(dòng)水動(dòng)力問(wèn)題。另外，為了達(dá)到較高的質(zhì)量流速，必須采用小管徑水冷壁，較相同容量的自然循環(huán)鍋爐超臨界直流鍋爐本體金屬耗量最少，鍋爐重量輕，但由于蒸汽參數(shù)高，要求的金屬等級(jí)高，其成本高于自然循環(huán)鍋爐。超臨界機(jī)組具有無(wú)可比擬經(jīng)濟(jì)性，單臺(tái)機(jī)組發(fā)電熱效率最高可達(dá)50%，每kW?h煤耗最低僅有255g(丹麥BWE公司)，較亞臨界壓力機(jī)組(每kW?h煤耗最低約有327g左右)煤耗低；同時(shí)采用低氧化氮技術(shù)，在燃燒過(guò)程中減少65%的氮氧化合物及其它有害物質(zhì)的形成，且脫硫率可超98%，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、環(huán)保的目的。發(fā)展超超臨界電機(jī)'＞發(fā)電機(jī)組的若干技術(shù)目前，超臨界和超超臨界機(jī)組根據(jù)采用的蒸汽溫度的不同，主要采用了以下三類(lèi)合金鋼： (1)低鉻耐熱鋼。包括1.25%Cr-0.5Mo(SA213T11)、2.25Cr-1Mo(SA213T22/P22)、1Cr-Mo-V(12Cr1MoV)以及9%?12%Cr系的Cr-Mo與Cr-Mo-V鋼等，其答應(yīng)主汽溫為538?566C。 (2)改良型9%?12%鐵素體－馬氏體鋼。包括9Cr-1Mo(SA335，T91/P91)、NF616、HCM12A、TB9、TB12等，一般用于566?593C的蒸汽溫度范圍。其答應(yīng)主汽溫為610C，30MPa再熱汽溫625C；使用壁溫：鍋爐625?650C，汽機(jī)600?620C。 (3)新型奧氏體耐熱鋼。包括：年度編號(hào)西部資源生物與現(xiàn)代生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題基金申請(qǐng)書(shū)基于西北地區(qū)辣椒的超臨界萃取的工藝研究基于辣椒的超臨界萃取辣椒產(chǎn)品的工藝研究項(xiàng)目名稱(chēng)西北地區(qū)辣椒的開(kāi)發(fā)利用工藝研究申請(qǐng)人姓名 王玉琪 二OO九年五月制18Cr-8Ni系，女口SA213TP304H、TP347H、TP347HFG、Super304H、TempaloyA-1等；20-25Cr系，如HR3C、NF709、TempaloyA-3等。這些材料的使用壁溫達(dá)650?750°C，可用于汽溫高達(dá)600C的過(guò)熱器與再熱器管束，具有足夠的蠕變斷裂強(qiáng)度和很好的抗高溫腐蝕性能。正是由于上述低鉻耐熱鋼和改良型9%?12%Cr鐵素體型鋼的研制及使用成功，促進(jìn)和保證了超超臨界機(jī)組的發(fā)展，并降低了超超臨界機(jī)組的造價(jià)，在經(jīng)濟(jì)上具備競(jìng)爭(zhēng)力。目前，這些新型鋼已在歐洲和日本的電廠推廣研究：在所選蒸汽參數(shù)下，鍋爐、汽輪機(jī)各部件所選用材料、壁厚、用材量、造價(jià)方法。 根據(jù)工程熱力學(xué)原理，工質(zhì)參數(shù)提高必然使得機(jī)組的熱效率提高，這主要是改善熱力循環(huán)系統(tǒng)所致。從研究成果可知，主蒸汽溫度每提高10C，熱效率值可提咼約0.28；再熱蒸汽溫度每提咼10C，熱效率可提咼約0.18。對(duì)于一次中間再熱的超臨界參數(shù)以上的電機(jī)、發(fā)電機(jī)組，工質(zhì)壓力每提咼1 MPa，熱效率大約可提咼0.2。 因此，在同比條件下（均為一次再熱），主蒸汽壓力從25MPa升至31MPa，機(jī)組熱效率相對(duì)只提高約1，只有單純將溫度從566C/566C提高至600C/600C時(shí)熱效率提高的一半。部分專(zhuān)家的分析意見(jiàn)認(rèn)為，我國(guó)目前超超臨界機(jī)組的主汽壓力應(yīng)取在世界先進(jìn)水平28?31MPa的下限，這主要是考慮到提高設(shè)備的可靠性。根據(jù)早期超超臨界機(jī)組的運(yùn)行情況看，機(jī)組事故的產(chǎn)生多是由于高壓段參數(shù)所引起。另一個(gè)考慮就是降低設(shè)備的造價(jià)。主汽參數(shù)的選擇對(duì)造價(jià)工業(yè)發(fā)展的需要考慮，選擇1 000MW大型化超超臨界機(jī)組方案是合理的。3.4鍋爐爐型3.4.1鍋爐布置型式 超臨界鍋爐的整體布置主要采用n型布置和塔式布置，也可T型布置；采用T型布置的主要是前蘇聯(lián)的超臨界機(jī)組。如我國(guó)引進(jìn)的伊敏、盤(pán)山電廠500MW和綏中電廠800MW鍋爐。 超超臨界鍋爐設(shè)計(jì)通常采用n型爐和塔式爐，其中n型爐在市場(chǎng)中占多數(shù)。所有的褐煤爐都采用塔式爐，如德國(guó)和丹麥的燃煤電廠。歐洲的煙煤爐兩種型式都有，而日本和美國(guó)通常采用n型爐。 我國(guó)發(fā)展超臨界機(jī)組，選擇鍋爐的整體布置形式，必須根據(jù)具體電廠、燃煤條件、投資費(fèi)用、運(yùn)行可靠性等方面，進(jìn)行全面技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較，選定鍋爐n型或塔式的布置型式。選用時(shí)應(yīng)重視煤質(zhì)特性，非凡是煤的灰分。燃用高灰分煤，從減輕受熱面磨損方面考慮，采用塔式布置較為合適。3.4.2燃燒方式直流燃燒器四角切圓燃燒和旋流燃燒器前后墻對(duì)沖燃燒是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的煤粉燃燒方式。由于切圓燃燒中四角火焰的相互支持，一、二次風(fēng)的混合便于控制等特點(diǎn)，其煤種適應(yīng)性更強(qiáng)，目前我國(guó)設(shè)計(jì)制造的300MW、600MW機(jī)組鍋爐大多數(shù)采用這種燃燒方式。對(duì)沖燃燒方式則具有鍋爐沿爐膛寬度的煙溫及速度分布較均勻，過(guò)熱器與再熱器的煙暖和汽溫偏差相對(duì)較小的特點(diǎn)。 國(guó)外各主要鍋爐制造商在其燃燒器的型式方面都有各自的傳統(tǒng)技術(shù)，例如：美國(guó)CE公司以及同屬一個(gè)技術(shù)流派的日本三菱重工是采用直流燃燒器切圓燃燒方式，而美國(guó)b&w公司、俄羅斯等則采用旋流燃燒器前后墻對(duì)沖燃燒方式。在我國(guó)雖然直流燃燒器切圓燃燒方式占主導(dǎo)地位，但實(shí)際運(yùn)行情況表明，除一般認(rèn)為直流燃燒器切圓燃燒方式NOx的生成量比旋流燃燒器前后墻對(duì)沖燃燒方式稍低外，在大容量煤粉爐的著火及低負(fù)荷燃燒穩(wěn)定性、燃燒經(jīng)濟(jì)性、對(duì)爐膛水冷壁結(jié)渣的影響等方面，旋流燃燒器前后墻對(duì)沖燃燒方式與直流燃燒器四角切圓燃燒方式并沒(méi)有顯著差異。 鍋爐布置方式與其采用的燃燒方式之間并無(wú)必然的聯(lián)系。不過(guò)，當(dāng)采用n型布置切圓燃燒時(shí)，一般認(rèn)為，四角切圓燃燒鍋爐由于爐膛出口的殘余旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的煙氣側(cè)熱力偏差會(huì)隨著鍋爐容量的增大而加劇，因此部分鍋爐制造商提出四角切圓燃燒適用的鍋爐容量上限應(yīng)有所限制，鍋爐容量進(jìn)一步增大，應(yīng)采用八角雙切圓燃燒方式。日本三菱重工提出，四角切圓燃燒方式適用的鍋爐容量上限大約為800 MW,而八角雙切圓燃燒方式自500MW起可一直適用到1000MW以上。 超超臨界的鍋爐布置型式和燃燒方式兩者應(yīng)合理搭配，根據(jù)國(guó)內(nèi)外鍋爐制造廠的設(shè)計(jì)方案，如下四種燃燒方式與鍋爐布置型式相適應(yīng)：①四角單切圓塔式布置;②墻式對(duì)沖塔式布置;③八角雙切圓行筒賈;④墻式旋流行筒賈。3.5汽機(jī)系統(tǒng) 提高汽輪機(jī)出力的途徑主要有以下幾點(diǎn)：①提高新蒸汽參年度編號(hào)A?七學(xué)西部資源生物與現(xiàn)代生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題基金申請(qǐng)書(shū)基于西北地區(qū)辣椒的超臨界萃取的工藝研究基于辣椒的超臨界萃取辣椒產(chǎn)品的工藝研究項(xiàng)申學(xué)申申請(qǐng)人姓名王玉琪科專(zhuān)業(yè)化學(xué)工程項(xiàng)申學(xué)申申請(qǐng)人姓名王玉琪科專(zhuān)業(yè)化學(xué)工程請(qǐng)人單位西北大學(xué)/\、請(qǐng)日期2011年9月28/目名稱(chēng)西北地區(qū)辣椒的開(kāi)發(fā)利用工藝研究北大學(xué)科研處二00九年五月制數(shù)，增大汽輪機(jī)總體理想焓降A(chǔ)Hi；②采用給水回?zé)嵯到y(tǒng)，減小汽輪機(jī)低壓缸排汽流量，增加進(jìn)汽量，從而達(dá)到增加出力的目的；③增加汽輪機(jī)低壓缸末級(jí)通流面積，一種辦法就是增加末級(jí)葉片高度，這是國(guó)內(nèi)外大容量汽輪機(jī)的一個(gè)主要發(fā)展方向，另一種辦法采用低轉(zhuǎn)速（如半轉(zhuǎn)速）；④采用多排汽口，低壓缸采用分流技術(shù)是增大單軸汽輪機(jī)很有效的措施，國(guó)外百萬(wàn)千瓦級(jí)超超臨界單軸機(jī)組的低壓缸排汽口數(shù)量已達(dá)6個(gè)以上（采用3個(gè)及以上雙流低壓缸）；⑤提高汽輪機(jī)排汽背壓，使汽輪機(jī)末級(jí)葉片出口蒸汽的密度增大，從而增加汽輪機(jī)出力。鍋爐的設(shè)計(jì)必需同時(shí)考慮燃燒和汽水循環(huán)，而汽機(jī)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行只需考慮蒸汽一種。汽輪機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)去注重提高出力和可靠性，現(xiàn)在還應(yīng)注重材料的合理選用以降低投資和提高效率。因此超超臨界汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮：（1）材料選擇和消耗。蒸汽溫度影響材料的選擇，蒸汽壓力主要影響材料的消耗，因此綜合工程設(shè)計(jì)及材料制造費(fèi)用，汽機(jī)價(jià)格將隨壓力的增加而略有增加。材料的選擇還應(yīng)有利于降低葉片損失。（2）在價(jià)格不變的情況下應(yīng)提高材料的蠕變強(qiáng)度，使其運(yùn)行在更高的溫度下；同時(shí)提高材料的疲憊強(qiáng)度，保證汽機(jī)和電廠的熱靈活性，易于運(yùn)行和較少的維護(hù)檢修。（3）低壓缸采用更長(zhǎng)的末級(jí)葉片，增加排汽面積。目前國(guó)內(nèi)超臨界或亞臨界機(jī)組大多負(fù)荷率偏低，在低負(fù)荷運(yùn)行工況下難以達(dá)到汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)效率，同樣要發(fā)揮超超臨界機(jī)組的高效率，就必須在較高負(fù)荷工況下運(yùn)行。4結(jié)語(yǔ)發(fā)展超超臨界電機(jī)、發(fā)電機(jī)組應(yīng)進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的綜合分析，針對(duì)具體的超超臨界電廠，參數(shù)的選擇還要根據(jù)廠址所在電網(wǎng)的容量、負(fù)荷增長(zhǎng)速度、燃料價(jià)格和機(jī)組的年利用小時(shí)以及影響經(jīng)濟(jì)性的幾個(gè)重要因數(shù)（如鋼煤比價(jià)等）作具體的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。通過(guò)對(duì)亞臨界、超臨界和超超臨界工程的投資估算和分析論證，在年利用小時(shí)達(dá)到5500h時(shí)，超超臨界的電價(jià)與亞臨界電價(jià)達(dá)到相同［2］。年利用小時(shí)的敏感性分析說(shuō)明，超超臨界電廠建設(shè)在缺電的地區(qū)較為合適。另有部分專(zhuān)家