超臨界二氧化碳鍋爐設(shè)計(jì)導(dǎo)則

CBWA

中國(guó)鍋爐與鍋爐水處理協(xié)會(huì)

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CBWAXXXXX—202X

超臨界二氧化碳鍋爐設(shè)計(jì)導(dǎo)則

SupercriticalCO2BoilerDesignGuidance

2022-××-××發(fā)布2022-××-××實(shí)施

中國(guó)鍋爐及鍋爐水處理協(xié)會(huì)發(fā)布

前言

本文件按照GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》

的規(guī)定起草。

本文件由中國(guó)鍋爐與鍋爐水處理協(xié)會(huì)提出并歸口。

本文件起草單位：中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院、哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司、中國(guó)東方電

氣集團(tuán)有限公司、西安熱工研究院有限公司、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、哈電發(fā)電設(shè)備國(guó)家工程研究

中心有限公司、西安交通大學(xué)。

本文件主要起草人：劉光奎、黃鶯、蘇宏亮、王永杰、張彥軍、陳新中、錢林峰、閆凱、

白文剛、李紅智、張一帆、劉輝、張宇、康達(dá)、張春偉、趙欽新、楊冬。

本文件為首次發(fā)布。

超臨界二氧化碳鍋爐設(shè)計(jì)導(dǎo)則

1范圍

本文件規(guī)定了超臨界二氧化碳鍋爐的術(shù)語(yǔ)和定義、型號(hào)的表示方法、通用要求、材料

選用、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安全附件及儀器儀表、設(shè)計(jì)輸入和輸出等基本原則。

本文件適用于采用超臨界態(tài)二氧化碳作為輸出工質(zhì)的鍋爐設(shè)計(jì)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日

期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包

括所有的修改單）適用于本文件

GB1886.228-2016食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑二氧化碳

GB13223火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

GB/T2900.48電工名詞術(shù)語(yǔ)鍋爐

GB/T16507.4水管鍋爐第4部分：受壓元件強(qiáng)度計(jì)算

GB/T22395鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

GB/T34348-2017電站鍋爐技術(shù)條件

GBZ1工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

GBZ2.1工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值第1部分：化學(xué)因素

GBZ223工作場(chǎng)所有毒氣體檢測(cè)報(bào)警裝置設(shè)置規(guī)范

TSG11鍋爐安全技術(shù)規(guī)程

JB/T3315鍋爐用材料入廠驗(yàn)收規(guī)則

NB/T47043鍋爐鋼結(jié)構(gòu)制造技術(shù)規(guī)范

NB/T47049管式空氣預(yù)熱器制造技術(shù)條件

NB/T47060回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器

3術(shù)語(yǔ)和定義

GB/T2900.48界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

超臨界二氧化碳鍋爐supercriticalcarbondioxideboiler

利用燃料燃燒釋放的熱能或其他熱能加熱壓力大于7.38MPa、溫度大于30.98℃的超臨

界態(tài)二氧化碳，以生產(chǎn)規(guī)定參數(shù)和品質(zhì)的二氧化碳的設(shè)備。

3.2

給氣feedgas

符合一定質(zhì)量要求而被輸入鍋爐的二氧化碳?xì)怏w。。

3.3

二次氣secondarygas

將高壓透平排氣經(jīng)鍋爐再次加熱進(jìn)入低壓透平做功的工質(zhì)。

1

3.4

氣冷壁gas-cooledwall

敷設(shè)在鍋爐爐膛四周由一組或多組并聯(lián)管子組成的二氧化碳在管子內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行冷卻

的受熱面，主要吸收爐膛中高溫燃燒產(chǎn)物的輻射熱量。

3.5

分流省煤器partialstreameconomizer

利用從給氣中分流出的部分二氧化碳吸收爐膛排出的煙氣的熱量以降低排煙溫度的對(duì)

流受熱面。

3.5

主給氣管道m(xù)ainfeedgaspipe

高溫回?zé)崞骼鋫?cè)出口至鍋爐入口分配集箱之間的管道。

3.6

一次氣出口管道primaryoutletpipe

一次氣受熱面的出口集箱至高壓透平入口的主氣閥之間的管道。

3.7

二次氣入口管道secondaryinletpipe

高壓透平排氣至二次氣受熱面的入口集箱之間的管道。

3.8

二次氣出口管道secondaryoutletpipe

二次氣受熱面的出口集箱至低壓透平入口的主氣閥之間的管道。

4型號(hào)表示方法

4.1超臨界二氧化碳鍋爐的型號(hào)由多個(gè)字節(jié)組成，應(yīng)能表達(dá)出制造單位、工質(zhì)名稱、能量

來(lái)源、額定參數(shù)、燃料種類等，如圖1。

圖1產(chǎn)品型號(hào)組成示意圖

2

4.2制造單位一般由能夠代表制造單位名稱的兩個(gè)大寫字母組成，見(jiàn)表1。

表1制造廠代號(hào)

制造廠名稱代號(hào)

哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司HG

上海鍋爐廠有限公司SG

東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司DG

其他鍋爐廠自定（兩個(gè)大寫字母）

4.3工質(zhì)名稱為超臨界二氧化碳，由其化學(xué)分子式CO2表示。

4.4能量來(lái)源有燃料化學(xué)燃燒產(chǎn)生和余熱物理回收，見(jiàn)表2。

表2按燃燒方式分類

燃燒方式名稱代號(hào)

室燃燃燒室燃式超臨界二氧化碳鍋爐S

流化床燃燒流化床式超臨界二氧化碳鍋爐L

其他燃燒其他超臨界二氧化碳鍋爐Q

4.5額定參數(shù)由額定循環(huán)量（t/h）、額定出口壓力（MPa）、額定出口溫度（℃）、再熱氣溫

（℃）組成。

4.6燃料種類代號(hào)如表3。

表3按燃料種類分類

燃料種類名稱代號(hào)

煤燃煤超臨界二氧化碳鍋爐M

液體燃料燃油超臨界二氧化碳鍋爐Y

氣體燃料燃?xì)獬R界二氧化碳鍋爐Q

生物質(zhì)生物質(zhì)超臨界二氧化碳鍋爐SW

其他燃料其他燃料超臨界二氧化碳鍋爐QT

5通用要求

5.1超臨界二氧化碳鍋爐的設(shè)計(jì)、制造、燃燒設(shè)備及系統(tǒng)配置應(yīng)符合TSG11規(guī)定。

5.2鍋爐應(yīng)配備必要的環(huán)保設(shè)施，污染物排放設(shè)計(jì)滿足GB13223的要求。

5.3平臺(tái)和構(gòu)架的設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB/T22395要求。

5.4鍋爐配套回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器材料、設(shè)計(jì)等要求按照NB/T47060要求，管式預(yù)熱器材料、設(shè)

計(jì)等要求按照NB/T47049要求。

5.5鍋爐本體宜采用露天布置，并有防腐、防凍、防雷擊、防風(fēng)等措施，如因環(huán)境制約等

條件限制采用廠房?jī)?nèi)布置或緊身封閉，宜保持良好通風(fēng)。

5.6鍋爐的燃燒、煙風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與設(shè)備的配置應(yīng)滿足鍋爐運(yùn)行的要求，依照GB/T

34348-2017中8、10、11執(zhí)行。

5.7鍋爐內(nèi)充裝的二氧化碳工質(zhì)質(zhì)量一般需要符合GB1886.228-2016要求。

5.8鍋爐受熱面、管道和集箱應(yīng)全部進(jìn)行壁溫核算，受壓元件強(qiáng)度應(yīng)按GB/T16507.4規(guī)定

3

計(jì)算。

5.9鍋爐受壓元件、部件的連接應(yīng)采用焊接連接，且采用全焊透焊接結(jié)構(gòu)。

5.10各級(jí)受熱面最高點(diǎn)處應(yīng)設(shè)有排放空氣的管路和閥門，低點(diǎn)設(shè)置疏水管路和閥門；管

路的引出處應(yīng)采用加厚的管座（管接頭），管路應(yīng)至少設(shè)置串聯(lián)的兩個(gè)閥門，其中一個(gè)閥門

應(yīng)靠近管路引出處的管接頭。

6材料選用

6.1超臨界二氧化碳鍋爐用材料（包括焊接材料）應(yīng)是納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的鍋爐用

材料。受壓元件用的鋼板、鋼管和鍛件的鋼材應(yīng)是鎮(zhèn)靜鋼。

6.2選用材料時(shí)既考慮鍋爐受壓元件的運(yùn)行條件（壓力、溫度以及其他環(huán)境因素），也要考

慮制造單位的加工工藝和裝備條件。

6.3用于受壓元件和非受壓元件的金屬材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、良好的組織穩(wěn)定性和抗腐蝕

（二氧化碳和煙氣）性能，受冷熱交替作用的部件應(yīng)考慮材料的抗疲勞性能，承載構(gòu)件材料

應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，焊接材料應(yīng)與被焊材料的性能相匹配。

6.4鍋爐制造單位和安裝單位應(yīng)按JB/T3375規(guī)定的項(xiàng)目對(duì)鍋爐用材料進(jìn)行驗(yàn)收，合格后才

能使用。

7結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

7.1集箱與管道

7.1.1管道的材料、規(guī)格應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)流量、壓力、溫度參數(shù)經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較確定。

7.1.2集箱和管道最高工作溫度不應(yīng)高于材料允許溫度，煙道外的集箱和管道強(qiáng)度計(jì)算壁溫

的取值宜在額定工況工質(zhì)平均溫度基礎(chǔ)上加上偏離設(shè)計(jì)工況可能導(dǎo)致的溫度偏差，如表4。

表4集箱和管道強(qiáng)度校核計(jì)算溫度附加值（℃）

位置偏差值

主給氣管道+20

氣冷壁集箱+20

氣冷壁進(jìn)出口連接管道+20

一次氣出口管道+10

二次氣入口管道+20

二次氣出口管道+10

7.1.3分流省煤器入口管道宜設(shè)置調(diào)節(jié)閥，出口管道的設(shè)計(jì)溫度應(yīng)能滿足分流省煤器在運(yùn)行

中可能出現(xiàn)的最惡劣工況。

7.1.4一次氣出口集箱和管道的元件計(jì)算壓力宜取額定工況工作壓力的1.05倍，二次氣進(jìn)口

集箱和管道的元件計(jì)算壓力宜取額定工況工作壓力的1.15倍，其他部件的元件計(jì)算壓力宜

在此基礎(chǔ)上考慮額定工況下工質(zhì)的流動(dòng)壓降。

7.1.5受熱面進(jìn)、出口集箱規(guī)格和其連接管引入引出方式宜合理匹配，控制各受熱面管子最

大流量與平均流量偏差不超過(guò)5%。

7.1.6管道系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行各工況應(yīng)力分析，保證管道熱膨脹得到有效補(bǔ)償。

7.1.7凡與一次氣出口管道、二次氣出口管道、主給氣管道等鍋爐管道直接連接的聯(lián)箱、集

氣箱等，均應(yīng)能夠承受一定的管道熱膨脹所給予的推力及力矩。

4

7.1.8存在溫差二氧化碳輸送管道三通結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)合適結(jié)構(gòu)減少溫差應(yīng)力，可以考慮在支管

處采用套筒結(jié)構(gòu)。

7.1.9管道的設(shè)計(jì)應(yīng)以流動(dòng)阻力最小為目標(biāo)合理選擇管道彎曲半徑和管件連接方式。管道彎

頭在空間結(jié)構(gòu)條件允許情況下管道彎曲半徑宜采用不小于3倍管道外徑。所用的三通、異徑

管和彎頭宜采用鍛造件或擠壓成型件，其內(nèi)壁應(yīng)打磨光滑，圓滑過(guò)渡。

7.1.10對(duì)容易出現(xiàn)雜物的集箱應(yīng)合理設(shè)置檢查手孔，手孔內(nèi)徑不宜小于100mm。

7.2氣冷壁

7.2.1當(dāng)采用室燃爐時(shí)，應(yīng)保證任何工況下火焰不沖刷氣冷壁壁面及氣冷壁內(nèi)其他受熱面部

件。燃煤鍋爐氣冷壁的斷面大小宜根據(jù)輸入熱功率參照同等條件下的蒸汽鍋爐斷面熱負(fù)荷進(jìn)

行選型，并根據(jù)氣冷壁壁面冷卻條件酌情調(diào)整。燃油、燃?xì)忮仩t的斷面大小應(yīng)滿足燃燒器火

焰擴(kuò)展所需空間。

7.2.2當(dāng)鍋爐過(guò)熱氣與再熱氣吸熱量比例接近時(shí)，宜在爐膛內(nèi)同時(shí)布置過(guò)熱氣與再熱氣受熱

面保證再熱氣溫能夠達(dá)到設(shè)計(jì)值。過(guò)熱氣與再熱氣受熱面相鄰布置時(shí)，其連接應(yīng)有可靠的密

封和傳力結(jié)構(gòu)。

7.2.3氣冷壁宜采用管子加鰭片形式的膜式壁或其他可靠密封形式，當(dāng)采用膜式壁時(shí)管間扁

鋼材料與管子材料成分應(yīng)相近。

7.2.4氣冷壁采用膜式壁結(jié)構(gòu)時(shí)管子及鰭片應(yīng)進(jìn)行溫度與應(yīng)力驗(yàn)算，無(wú)論在鍋爐啟動(dòng)、停爐

和各種負(fù)荷工況下，管壁和鰭片的溫度均應(yīng)低于鋼材的最高允許使用溫度，應(yīng)力也應(yīng)低于許

用應(yīng)力，管壁外表面溫度低于材料抗氧化溫度。

7.2.5氣冷壁的管子規(guī)格、材料對(duì)熱偏差偏差、流量偏差等因素造成的管壁溫度不均勻應(yīng)進(jìn)

行考慮，保證滿足強(qiáng)度并留有足夠的安全裕度。

7.2.6氣冷壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)能使氣冷壁按預(yù)設(shè)方向膨脹，并合理裝設(shè)膨脹指示器，真實(shí)顯示膨

脹狀態(tài)，便于現(xiàn)場(chǎng)檢查。

7.2.7氣冷壁宜采用全疏水結(jié)構(gòu)，放水點(diǎn)裝在最低處，保證氣冷壁管及其集箱內(nèi)的水能放空。

7.3高溫受熱面

7.3.1在保證任何工況受熱面均能夠得到充分冷卻基礎(chǔ)上，可沿?zé)煔饬鞒虒⒉煌恢蒙鲜軣?/p>

面并聯(lián)連接作為同級(jí)受熱面，兩個(gè)并聯(lián)受熱面阻力、溫升應(yīng)相近。

7.3.2受熱面的材料選擇，應(yīng)綜合考慮煙溫偏差、流量偏差等因素，對(duì)不同的管段進(jìn)行壁溫

核算，并留有足夠的安全裕度。

7.3.3設(shè)計(jì)中應(yīng)保證各段受熱面在正常運(yùn)行及啟動(dòng)、停爐時(shí)金屬壁溫不超溫過(guò)熱，按預(yù)定方

向膨脹且不受阻礙。

7.3.4受熱面宜采用全疏水結(jié)構(gòu)，當(dāng)采用垂直吊掛結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮水壓試驗(yàn)存留的積水清除措

施。

7.3.5不宜在三通渦流區(qū)引入引出受熱面管以避免三通效應(yīng)。

7.3.6高溫受熱面管子應(yīng)采用可靠的防振固定措施，保證在運(yùn)行中不晃動(dòng)，不亂排。管夾、

卡板等附件應(yīng)采用耐高溫的材料制成，其壽命與相應(yīng)管材匹配，保證管子按預(yù)設(shè)方向順利膨

脹。

7.4分流省煤器

5

7.4.1分流省煤器一般采用逆流布置，應(yīng)保持其傳熱端差（進(jìn)口煙溫與出口氣溫差值）不宜

小于50℃。

7.4.2分流省煤器的設(shè)計(jì)流量宜根據(jù)熱力系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算確定，但應(yīng)能保證任何工況下受熱面

管子能得到充分冷卻。

7.4.3分流省煤器應(yīng)能與并聯(lián)的換熱器溫升和壓降匹配，出口工質(zhì)溫度應(yīng)與匯入管路工質(zhì)溫

度相近，出口壓力高于匯入點(diǎn)工質(zhì)壓力，必要時(shí)可在分流省煤器入口設(shè)置逆止閥。

7.4.4受熱面管子和材料的壁溫核算應(yīng)按照可能出現(xiàn)的最低流量、最高進(jìn)口溫度中最惡劣工

況校核金屬壁面溫度。

8安全附件及儀器儀表

8.1安全閥及其排放管路

8.1.1每臺(tái)鍋爐一次氣和二次氣系統(tǒng)均應(yīng)當(dāng)裝設(shè)全啟式安全閥，宜至少設(shè)置1個(gè)控制式安全

閥（氣動(dòng)式、液動(dòng)式和電磁式）。

8.1.2一次氣或二次氣系統(tǒng)鍋爐安全閥全部開啟時(shí)排量之和應(yīng)大于鍋爐設(shè)計(jì)循環(huán)流量，氣冷

壁、高溫受熱面裝設(shè)的安全閥排量應(yīng)能保證受熱面足夠的冷卻。

8.1.3安全閥應(yīng)可靠密封，安全閥動(dòng)作時(shí)無(wú)二氧化碳?xì)怏w泄漏。閥門密封件應(yīng)具有耐二氧化

碳?xì)怏w腐蝕的性能。

8.1.4安全閥排放管路應(yīng)直通安全地點(diǎn)，并加裝消音器，其結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)有足夠的流通截面積，

保證排氣暢通。二氧化碳?xì)怏w的排放應(yīng)按照有關(guān)規(guī)范執(zhí)行，當(dāng)其允許排放大氣時(shí)，排放口應(yīng)

高于排放口為中心的15m半徑范圍內(nèi)的地面、設(shè)備、操作平臺(tái)3m以上。

8.1.5安裝安全閥的管道及管座應(yīng)能承受安全閥動(dòng)作時(shí)的反作用力。

8.2溫度測(cè)量裝置

8.2.1鍋爐工質(zhì)系統(tǒng)相應(yīng)部位溫度測(cè)點(diǎn)按如下原則設(shè)計(jì):

a)鍋爐入口給氣溫度；

b)分流省煤器進(jìn)出口氣溫；

c)氣冷壁進(jìn)出口氣溫；

d)每級(jí)受熱面進(jìn)出口氣溫；

e)存在溫差匯合管道匯合前后氣溫。

8.2.2鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)相應(yīng)部位溫度測(cè)點(diǎn)按如下原則設(shè)計(jì)：

a)爐膛出口煙溫；

b)空氣預(yù)熱器進(jìn)出口煙溫；

c)空氣預(yù)熱器進(jìn)出口風(fēng)溫；

d)每級(jí)受熱面出口煙溫；

e)油燃燒器的燃油（除輕油）進(jìn)口油溫；

f)再循環(huán)煙氣溫度。

8.2.3鍋爐相應(yīng)部位金屬溫度測(cè)點(diǎn)按如下原則設(shè)計(jì)：

a)高溫受熱面爐外金屬壁溫；

b)爐膛氣冷壁出口金屬壁溫；

c)爐膛氣冷壁燃燒器區(qū)背火側(cè)金屬壁溫。

8.3壓力測(cè)量裝置

6

8.3.1鍋爐工質(zhì)系統(tǒng)相應(yīng)部位壓力測(cè)點(diǎn)按如下原則設(shè)計(jì):

a)鍋爐入口給氣壓力；

b)分流省煤器進(jìn)出口壓力；

c)爐膛氣冷壁進(jìn)出口壓力；

d)每級(jí)受熱面進(jìn)出口壓力；

e)匯合管道匯合前后壓力。

8.3.2鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)相應(yīng)部位壓力測(cè)點(diǎn)按如下原則設(shè)計(jì)：

a)爐膛出口壓力；

b)空氣預(yù)熱器進(jìn)出煙氣壓力；

c)空氣預(yù)熱器進(jìn)出風(fēng)壓力。

8.4安全連鎖與保護(hù)

8.4.1環(huán)境保護(hù)

8.4.1.1鍋爐本體周圍環(huán)境中應(yīng)建立二氧化碳?xì)怏w傳感器報(bào)警系統(tǒng)，環(huán)境濃度超過(guò)GBZ2.1

規(guī)定的時(shí)間加權(quán)平均容許濃度前應(yīng)報(bào)警，報(bào)警裝置設(shè)置符合GBZ/T223規(guī)定。

8.4.1.2在廠房?jī)?nèi)布置鍋爐設(shè)備時(shí)，應(yīng)在鍋爐房?jī)?nèi)地面及低洼處等布置事故管道，并符合

GBZ1-2010中6.1.5.2要求。事故通風(fēng)管道應(yīng)與二氧化碳檢測(cè)報(bào)警裝置設(shè)置聯(lián)鎖。

8.4.1.3空氣預(yù)熱器前尾部煙道宜對(duì)煙氣中二氧化碳含量在線檢測(cè)，以監(jiān)測(cè)爐內(nèi)二氧化碳受

熱面泄漏。

8.4.1.4鍋爐放氣閥、安全閥等放氣裝置打開時(shí)應(yīng)有報(bào)警提示。

8.4.2鍋爐工質(zhì)系統(tǒng)連鎖保護(hù)應(yīng)當(dāng)至少裝設(shè)以下保護(hù)裝置：

a)任何情況下，循環(huán)流量低于啟動(dòng)流量時(shí)的報(bào)警裝置；

b)工質(zhì)流程氣冷壁出口溫度超過(guò)規(guī)定值時(shí)的報(bào)警裝置；

c)給氣斷氣超過(guò)規(guī)定時(shí)間時(shí)，自動(dòng)切斷鍋爐燃料供應(yīng)裝置；

d)鍋爐出口一次氣或二次氣超壓報(bào)警裝置；

e)鍋爐出口一次氣或二次氣超溫報(bào)警裝置；

8.4.3鍋爐的爐膛安全應(yīng)根據(jù)爐型不同設(shè)置相應(yīng)保護(hù)聯(lián)鎖，其燃料供給、煙風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行、點(diǎn)

火控制與熄火保護(hù)滿足TSG115.6.4至5.6.7要求。

8.4.4鍋爐的燃燒系統(tǒng)應(yīng)與鍋爐匹配，具有安全可靠、節(jié)能環(huán)保、方便檢修等特點(diǎn)，燃燒系

統(tǒng)的設(shè)計(jì)、聯(lián)鎖保護(hù)應(yīng)滿足TSG116相關(guān)要求。

9設(shè)計(jì)輸入和輸出

9.1鍋爐的設(shè)計(jì)工作輸入一般應(yīng)提供如下資料：

a)燃料化學(xué)成分

b)工質(zhì)純度

c)工質(zhì)參數(shù)

d)燃料制備系統(tǒng)

e)廠房布置

f)安裝條件、運(yùn)行方式

g)技術(shù)協(xié)議

9.2鍋爐的設(shè)計(jì)工作輸出一般應(yīng)提供如下資料：

a)鍋爐本體說(shuō)明書

b)受壓元件強(qiáng)度計(jì)算書

7

c)壁溫計(jì)算匯總

d)氣冷壁工質(zhì)流動(dòng)計(jì)算匯總

e)煙風(fēng)阻力計(jì)算匯總

f)工質(zhì)流程阻力計(jì)算匯總

g)鍋爐總圖

h)工質(zhì)系統(tǒng)流程圖

i)其他工程圖紙

8

目次

前言..................................................................................................................................................II

1范圍...........................................................................................................................................1

2規(guī)范性引用文件.......................................................................................................................1

3術(shù)語(yǔ)和定義...............................................................................................................................1

4型號(hào)表示方法...........................................................................................................................2

5通用要求...................................................................................................................................3

6材料選用...................................................................................................................................4

7結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)...................................................................................................................................4

8安全附件及儀器儀表...............................................................................................................6

9設(shè)計(jì)輸入和輸出.......................................................................................................................7

超臨界二氧化碳鍋爐設(shè)計(jì)導(dǎo)則

1范圍

本文件規(guī)定了超臨界二氧化碳鍋爐的術(shù)語(yǔ)和定義、型號(hào)的表示方法、通用要求、材料

選用、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安全附件及儀器儀表、設(shè)計(jì)輸入和輸出等基本原則。

本文件適用于采用超臨界態(tài)二氧化碳作為輸出工質(zhì)的鍋爐設(shè)計(jì)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日

期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包

括所有的修改單）適用于本文件

GB1886.228-2016食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑二氧化碳

GB13223火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

GB/T2900.48電工名詞術(shù)語(yǔ)鍋爐

GB/T16507.4水管鍋爐第4部分：受壓元件強(qiáng)度計(jì)算

GB/T22395鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

GB/T34348-2017電站鍋爐技術(shù)條件

GBZ1工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)

GBZ2.1工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值第1部分：化學(xué)因素

GBZ223工作場(chǎng)所有毒氣體檢測(cè)報(bào)警裝置設(shè)置規(guī)范

TSG11鍋爐安全技術(shù)規(guī)程

JB/T3315鍋爐用材料入廠驗(yàn)收規(guī)則

NB/T47043鍋爐鋼結(jié)構(gòu)制造技術(shù)規(guī)范

NB/T47049管式空氣預(yù)熱器制造技術(shù)條件

NB/T47060回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器

3術(shù)語(yǔ)和定義

GB/T2900.48界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

超臨界二氧化碳鍋爐supercriticalcarbondioxideboiler

利用燃料燃燒釋放的熱能或其他熱能加熱壓力大于7.38MPa、溫度大于30.98℃的超臨

界態(tài)二氧化碳，以生產(chǎn)規(guī)定參數(shù)和品質(zhì)的二氧化碳的設(shè)備。

3.2

給氣feedgas

符合一定質(zhì)量要求而被輸入鍋爐的二氧化碳?xì)怏w。。

3.3

二次氣secondarygas

將高壓透平排氣經(jīng)鍋爐再次加熱進(jìn)入低壓透平做功的工質(zhì)。

1

3.4

氣冷壁gas-cooledwall

敷設(shè)在鍋爐爐膛四周由一組或多組并聯(lián)管子組成的二氧化碳在管子內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行冷卻

的受熱面，主要吸收爐膛中高溫燃燒產(chǎn)物的輻射熱量。

3.5

分流省煤器partialstreameconomizer

利用從給氣中分流出的部分二氧化碳吸收爐膛排出的煙氣的熱量以降低排煙溫度的對(duì)

流受熱面。

3.5

主給氣管道m(xù)ainfeedgaspipe

高溫回?zé)崞骼鋫?cè)出口至鍋爐入口分配集箱之間的管道。

3.6

一次氣出口管道primaryoutletpipe

一次氣受熱面的出口集箱至高壓透平入口的主氣閥之間的管道。

3.7

二次氣入口管道secondaryinletpipe

高壓透平排氣至二次氣受熱面的入口集箱之間的管道。

3.8

二次氣出口管道secondaryoutletpipe

二次氣受熱面的出口集箱至低壓透平入口的主氣閥之間的管道。

4型號(hào)表示方法

4.1超臨界二氧化碳鍋爐的型號(hào)由多個(gè)字節(jié)組成，應(yīng)能表達(dá)出制造單位、工質(zhì)名稱、能量

來(lái)源、額定參數(shù)、燃料種類等，如圖1。

圖1產(chǎn)品型號(hào)組成示意圖

2

4.2制造單位一般由能夠代表制造單位名稱的兩個(gè)大寫字母組成，見(jiàn)表1。

表1制造廠代號(hào)

制造廠名稱代號(hào)

哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司HG

上海鍋爐廠有限公司SG

東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司DG

其他鍋爐廠自定（兩個(gè)大寫字母）

4.3工質(zhì)名稱為超臨界二氧化碳，由其化學(xué)分子式CO2表示。

4.4能量來(lái)源有燃料化學(xué)燃燒產(chǎn)生和余熱物理回收，見(jiàn)表2。

表2按燃燒方式分類

燃燒方式名稱代號(hào)

室燃燃燒室燃式超臨界二氧化碳鍋爐S

流化床燃燒流化床式超臨界二氧化碳鍋爐L

其他燃燒其他超臨界二氧化碳鍋爐Q

4.5額定參數(shù)由額定循環(huán)量（t/h）、額定出口壓力（MPa）、額定出口溫度（℃）、再熱氣溫

（℃）組成。

4.6燃料種類代號(hào)如表3。

表3按燃料種類分類

燃料種類名稱代號(hào)

煤燃煤超臨界二氧化碳鍋爐M

液體燃料燃油超臨界二氧化碳鍋爐Y

氣體燃料燃?xì)獬R界二氧化碳鍋爐Q

生物質(zhì)生物質(zhì)超臨界二氧化碳鍋爐SW

其他燃料其他燃料超臨界二氧化碳鍋爐QT

5通用要求

5.1超臨界二氧化碳鍋爐的設(shè)計(jì)、制造、燃燒設(shè)備及系統(tǒng)配置應(yīng)符合TSG11規(guī)定。

5.2鍋爐應(yīng)配備必要的環(huán)保設(shè)施，污染物排放設(shè)計(jì)滿足GB13223的要求。

5.3平臺(tái)和構(gòu)架的設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB/T22395要求。

5.4鍋爐配套回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器材料、設(shè)計(jì)等要求按照NB/T47060要求，管式預(yù)熱器材料、設(shè)

計(jì)等要求按照NB/T47049要求。

5.5鍋爐本體宜采用露天布置，并有防腐、防凍、防雷擊、防風(fēng)等措施，如因環(huán)境制約等

條件限制采用廠房?jī)?nèi)布置或緊身封閉，宜保持良好通風(fēng)。

5.6鍋爐的燃燒、煙風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與設(shè)備的配置應(yīng)滿足鍋爐運(yùn)行的要求，依照GB/T

34348-2017中8、10、11執(zhí)行。

5.7鍋爐內(nèi)充裝的二氧化碳工質(zhì)質(zhì)量一般需要符合GB1886.228-2016要求。

5.8鍋爐受熱面、管道和集箱應(yīng)全部進(jìn)行壁溫核算，受壓元件強(qiáng)度應(yīng)按GB/T16507.4規(guī)定

3

計(jì)算。

5.9鍋爐受壓元件、部件的連接應(yīng)采用焊接連接，且采用全焊透焊接結(jié)構(gòu)。

5.10各級(jí)受熱面最高點(diǎn)處應(yīng)設(shè)有排放空氣的管路和閥門，低點(diǎn)設(shè)置疏水管路和閥門；管

路的引出處應(yīng)采用加厚的管座（管接頭），管路應(yīng)至少設(shè)置串聯(lián)的兩個(gè)閥門，其中一個(gè)閥門

應(yīng)靠近管路引出處的管接頭。

6材料選用

6.1超臨界二氧化碳鍋爐用材料（包括焊接材料）應(yīng)是納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的鍋爐用

材料。受壓元件用的鋼板、鋼管和鍛件的鋼材應(yīng)是鎮(zhèn)靜鋼。

6.2選用材料時(shí)既考慮鍋爐受壓元件的運(yùn)行條件（壓力、溫度以及其他環(huán)境因素），也要考

慮制造單位的加工工藝和裝備條件。

6.3用于受壓元件和非受壓元件的金屬材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、良好的組織穩(wěn)定性和抗腐蝕

（二氧化碳和煙氣）性能，受冷熱交替作用的部件應(yīng)考慮材料的抗疲勞性能，承載構(gòu)件材料

應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，焊接材料應(yīng)與被焊材料的性能相匹配。

6.4鍋爐制造單位和安裝單位應(yīng)按JB/T3375規(guī)定的項(xiàng)目對(duì)鍋爐用材料進(jìn)行驗(yàn)收，合格后才

能使用。

7結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

7.1集箱與管道

7.1.1管道的材料、規(guī)格應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)流量、壓力、溫度參數(shù)經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較確定。

7.1.2集箱和管道最高工作溫度不應(yīng)高于材料允許溫度，煙道外的集箱和管道強(qiáng)度計(jì)算壁溫

的取值宜在額定工況工質(zhì)平均溫度基礎(chǔ)上加上偏離設(shè)計(jì)工況可能導(dǎo)致的溫度偏差，如表4。

表4集箱和管道強(qiáng)度校核計(jì)算溫度附加值（℃）

位置偏差值

主給氣管道+20

氣冷壁集箱+20

氣冷壁進(jìn)出口連接管道+20

一次氣出口管道+10

二次氣入口管道+20

二次氣出口管道+10

7.1.3分流省煤器入口管道宜設(shè)置調(diào)節(jié)閥，出口管道的設(shè)計(jì)溫度應(yīng)能滿足分流省煤器在運(yùn)行

中可能出現(xiàn)的最惡劣工況。

7.1.4一次氣出口集箱和管道的元件計(jì)算壓力宜取額定工況工作壓力的1.05倍，二次氣進(jìn)口

集箱和管道的元件計(jì)算壓力宜取額定工況工作壓力的1.15倍，其他部件的元件計(jì)算壓力宜

在此基礎(chǔ)上考慮額定工況下工質(zhì)的流動(dòng)壓降。

7.1.5受熱面進(jìn)、出口集箱規(guī)格和其連接管引入引出方式宜合理匹配，控制各受熱面管子最

大流量與平均流量偏差不超過(guò)5%。

7.1.6管道系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行各工況應(yīng)力分析，保證管道熱膨脹得到有效補(bǔ)償。

7.1.7凡與一次氣出口管道、二次氣出口管道、主給氣管道等鍋爐管道直接連接的聯(lián)箱、集

氣箱等，均應(yīng)能夠承受一定的管道熱膨脹所給予的推力及力矩。

4

7.1.8存在溫差二氧化碳輸送管道三通結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)合適結(jié)構(gòu)減少溫差應(yīng)力，可以考慮在支管

處采用套筒結(jié)構(gòu)。

7.1.9管道的設(shè)計(jì)應(yīng)以流動(dòng)阻力最小為目標(biāo)合理選擇管道彎曲半徑和管件連接方式。管道彎

頭在空間結(jié)構(gòu)條件允許情況下管道彎曲半徑宜采用不小于3倍管道外徑。所用的三通、異徑

管和彎頭宜采用鍛造件或擠壓成型件，其內(nèi)壁應(yīng)打磨光滑，圓滑過(guò)渡。

7.1.10對(duì)容易出現(xiàn)雜物的集箱應(yīng)合理設(shè)置檢查手孔，手孔內(nèi)徑不宜小于100mm。

7.2氣冷壁

7.2.1當(dāng)采用室燃爐時(shí)，應(yīng)保證任何工況下火焰不沖刷氣冷壁壁面及氣冷壁內(nèi)其他受熱面部

件。燃煤鍋爐氣冷壁的斷面大小宜根據(jù)輸入熱功率參照同等條件下的蒸汽鍋爐斷面熱負(fù)荷進(jìn)

行選型，并根據(jù)氣冷壁壁面冷卻條件酌情調(diào)整。燃油、燃?xì)忮仩t的斷面大小應(yīng)滿足燃燒器火

焰擴(kuò)展所需空間。

7.2.2當(dāng)鍋爐過(guò)熱氣與再熱氣吸熱量比例接近時(shí)，宜在爐膛內(nèi)同時(shí)布置過(guò)熱氣與再熱氣受熱

面保證再熱氣溫能夠達(dá)到設(shè)計(jì)值。過(guò)熱氣與再熱氣受熱面相鄰布置時(shí)，其連接應(yīng)有可靠的密

封和傳力結(jié)構(gòu)。

7.2.3氣冷壁宜采用管子加鰭片形式的膜式壁或其他可靠密封形式，當(dāng)采用膜式壁時(shí)管間扁

鋼材料與管子材料成分應(yīng)相近。

7.2.4氣冷壁采用膜式壁結(jié)構(gòu)時(shí)管子及鰭片應(yīng)進(jìn)行溫度與應(yīng)力驗(yàn)算，無(wú)論在鍋爐啟動(dòng)、停爐

和各種負(fù)荷工況下，管壁和鰭片的溫度均應(yīng)低于鋼材的最高允許使用溫度，應(yīng)力也應(yīng)低于許

用應(yīng)力，管壁外表面溫度低于材料抗氧化溫度。

7.2.5氣冷壁的管子規(guī)格、材料對(duì)熱偏差偏差、流量偏差等因素造成的管壁溫度不均勻應(yīng)進(jìn)

行考慮，保證滿足強(qiáng)度并留有足夠的安全裕度。

7.2.6氣冷壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)能使氣冷壁按預(yù)設(shè)方向膨脹，并合理裝設(shè)膨脹指示器，真實(shí)顯示膨

脹狀態(tài)，便于現(xiàn)場(chǎng)檢查。

7.2.7氣冷壁宜采用全疏水結(jié)構(gòu)，放水點(diǎn)裝在最低處，保證氣冷壁管及其集箱內(nèi)的水能放空。

7.3高溫受熱面

7.3.1在保證任何工況受熱面均能夠得到充分冷卻基礎(chǔ)上，可沿?zé)煔饬鞒虒⒉煌恢蒙鲜軣?/p>

面并聯(lián)連接作為同級(jí)受熱面，兩個(gè)并聯(lián)受熱面阻力、溫升應(yīng)相近。

7.3.2受熱面的材料選擇，應(yīng)綜合考慮煙溫偏差、流量偏差等因素，對(duì)不同的管段進(jìn)行壁溫

核算，并留有足夠的安全裕度。

7.3.3設(shè)計(jì)中應(yīng)保證各段受熱面在正常運(yùn)行及啟動(dòng)、停爐時(shí)金屬壁溫不超溫過(guò)熱，按預(yù)定方

向膨脹且不受阻礙。

7.3.4受熱面宜采用全疏水結(jié)構(gòu)，當(dāng)采用垂直吊掛結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮水壓試驗(yàn)存留的積水清除措

施。

7.3.5不宜在三通渦流區(qū)引入引出受熱面管以避免三通效應(yīng)。

7.3.6高溫受熱面管子應(yīng)采用可靠的防振固定措施，保證在運(yùn)行中不晃動(dòng)，不亂排。管夾、

卡板等附件應(yīng)采用耐高溫的材料制成，其壽命與相應(yīng)管材匹配，保證管子按預(yù)設(shè)方向順利膨

脹。

7.4分流省煤器

5

7.4.1分流省煤器一般采用逆流布置，應(yīng)保持其傳熱端差（進(jìn)口煙溫與出口氣溫差值）不宜

小于50℃。

7.4.2分流省煤器的設(shè)計(jì)流量宜根據(jù)熱力系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算確定，但應(yīng)能保證任何工況下受熱面

管子能得到充分冷卻。

7.4.3分流省煤器應(yīng)能與并聯(lián)的換熱器溫升和壓降匹配，出口工質(zhì)溫度應(yīng)與匯入管路工質(zhì)溫

度相近，出口壓力高于匯入點(diǎn)工質(zhì)壓力，必要時(shí)可在分流省煤器入口設(shè)置逆止閥。

7.4.4受熱面管子和材料的壁溫核算應(yīng)按照可能出現(xiàn)的最低流量、最高進(jìn)口溫度中最惡劣工

況校核金屬壁面溫度。

8