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1、單擊此處編輯母版標題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,二、超臨界機組參數(shù)確定及選型,再熱次數(shù)、主要蒸汽參數(shù),(,主蒸汽壓力、溫度,再熱蒸汽溫度,),、,機組容量,(600 MW,或,1 000 MW,等級,),、,鍋爐主要結(jié)構(gòu)和型式,(,爐型、燃燒方式、水冷壁型式,),汽輪機主要結(jié)構(gòu)和型式,(,汽缸數(shù)、排汽口數(shù)、末級葉片高度、單軸或雙軸布置等,),1,再熱次數(shù)、主要蒸汽參數(shù),1,）超超臨界機組熱效率,提高蒸汽參數(shù),(,蒸汽的初始壓力和溫度,),、采用再熱系統(tǒng)、增加再熱次數(shù),都是提高發(fā)電機組效率的有效方法。,常規(guī)亞臨界機組的典型蒸汽參數(shù)主蒸汽壓力,/,主蒸汽溫度

2、,/,再熱蒸汽溫度,16.7,MPa,/ 538 /538,其發(fā)電效率約為,38%,。常規(guī)超臨界機組的主蒸汽壓力一般為,24,MPa,左右,主蒸汽和再熱蒸汽溫度為,538,560 ,其典型參數(shù)為,24.1MPa/538/538,對應的發(fā)電效率約為,41 %,。超超臨界機組的主蒸汽壓力為,(25,31),MPa,及以上,主蒸汽和再熱蒸汽溫度為,580 ,600 ,及以上。,在超超臨界機組參數(shù)范圍的條件下,主蒸汽壓力提高,1MPa,機組的熱耗率可下降,0.13 %,0.15%;,主蒸汽溫度每提高,10,熱耗率可下降,0.25 %,0.30%;,再熱蒸汽溫度每提高,10,熱耗率可下降,0.15%,0

3、.20%,。因此,提高蒸汽的溫度對提高機組熱效率更有益。,如果增加再熱次數(shù),采用二次再熱,則其熱耗率可下降,1.4%,1.6%,。,當壓力低于,30MPa,時,機組熱效率隨壓力提高上升很快,當壓力高于,30MPa,時,機組熱效率隨壓力提高上升幅度較小。,2,）再熱次數(shù),采用二次再熱可進一步提高機組熱效率,并滿足機組低壓缸最終排汽濕度的要求。在所給參數(shù)范圍內(nèi),采用二次再熱使機組熱經(jīng)濟性得到提高,其相對熱耗率改善值約為,1.43%,1.60%,。,有兩個再熱器使鍋爐結(jié)構(gòu)復雜化，增加一個超高壓缸,增加一根再熱冷管與再熱熱管,增加一套超高壓主蒸汽調(diào)節(jié)閥,機組長度增加,軸系趨于復雜,使汽輪機結(jié)構(gòu)復雜化。

4、,除了早期美國的,3,臺機組外,只有日本川越電站,2,臺,700MW,機組,(31MPa/566 566/566/1989,年,),和丹麥,2,臺,415MW(28.5MPa/ 580 /580/580/1998,年,),機組為二次再熱的超超臨界機組。近,5,年來新投運的超超臨界機組均未采用二次再熱。,在目前參數(shù)下,二次再熱的經(jīng)濟性得益為,1.4%,1.6%,左右,但機組的造價要高,10%,15%,而機組的投資一般約占電廠總投資的,40%,45%,左右,電站投資要增加,4%,6.8%,。二次再熱機組的技術(shù)經(jīng)濟性較差。,采用二次再熱存在大量需要解決的技術(shù)問題,國外制造、運行業(yè)績少,技術(shù)經(jīng)濟性較差

5、。我國在發(fā)展超超臨界機組的開始階段采用一次再熱適宜。,3,）主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度,在超超臨界機組主要技術(shù)參數(shù)范圍的條件下,主蒸汽溫度每提高,10,熱效率約可相對提高,0.25%,0.30%;,再熱蒸汽溫度每提高,10,熱效率約可相對提高,0.16%,0.20%,。即,600/600,方案比,580/580,方案的熱效率約可相對提高,0.92% ,比,580/600,方案的熱效率約可相對提高,0.56%,。提高蒸汽溫度對提高機組熱效率的效果非常顯著。,目前國際上可采購到已成熟應用的材料可滿足,620,蒸汽參數(shù)的要求,不存在無法解決的否決性的技術(shù)問題和技術(shù)瓶頸。先進國家有相當數(shù)量超超臨界機組的

6、蒸汽溫度參數(shù)達到和超過,600/600,已有多年的運行業(yè)績,其可靠性與亞臨界及超臨界機組處于同一水平。,600/600,方案與,580/600,方案存在的技術(shù)問題只有微小的差別,不是左右溫度方案選擇的決定性因素。,充分考慮材料的煙氣側(cè)腐蝕性能,汽水側(cè)氧化性能,制造、加工、熱處理、異種材料焊接等工藝性能,著眼于盡量提高蒸汽溫度以期最大限度地“用足”現(xiàn)有材料的高溫強度性能,在溫度的選擇上應既考慮先進性,還應考慮成熟性,取在,600,左右為宜。,4,）主蒸汽壓力,在超超臨界機組主要技術(shù)參數(shù)范圍的條件下,28MPa,方案比,25MPa,方案的熱效率約可相對提高,0.45%,31MPa,方案比,28MP

7、a,方案的熱效率又約可相對提高,0.4%,。提高蒸汽溫度比提高主蒸汽壓力對機組熱效率提高的效果顯著。,壓力提高使汽輪機末級濕度增大,末級動葉片的水蝕趨于嚴重。低壓缸的排汽濕度最大不應超過,12%,。若蒸汽參數(shù)選擇,28.0MPa/580/600,汽輪機排汽壓力,(,背壓,)4.9kPa,時,排汽濕度將達到,10.7%,。在蒸汽溫度,600/600,、主蒸汽壓力,30MPa,條件下,若不采用二次再熱,汽輪機末級的濕度已超出設計規(guī)范。近十多年投運的超超臨界機組中,主蒸汽壓力,(30,31)MPa,的機組臺數(shù)僅,3,臺,其中,2,臺是二次再熱機組。鑒于技術(shù)難度、風險、技術(shù)瓶頸,(,汽輪機末級的濕度,

8、),及國外業(yè)績和經(jīng)驗的考慮,我國在發(fā)展超超臨界機組的開始階段,主蒸汽壓力不宜采用,(30,31),MPa,。,主蒸汽壓力為,25MPa,與,28MPa,方案綜合比較,A,主蒸汽壓力提高,蒸汽汽流對轉(zhuǎn)子的激振增加,;,固體顆粒對葉片的沖蝕趨于嚴重,;,末級濕度增大,濕汽損失加大,末級動葉片的水蝕趨于嚴重,;,關(guān)鍵零部件的疲勞損耗趨于嚴重。這些問題都是能夠解決的,但主蒸汽壓力提高的技術(shù)風險相對提高。主蒸汽壓力,25,MPa,與,28,MPa,兩方案均不存在無法解決的否決性的技術(shù)問題和技術(shù)瓶頸。,B,在材料已成熟應用前提下,主蒸汽壓力基本不變,提高蒸汽溫度的技術(shù)路線,是綜合優(yōu)點突出的技術(shù)路線。近十年

9、來,這類機組是主角。日本超超臨界機組仍在采用,25MPa,左右的主蒸汽壓力,;,主蒸汽壓力,25MPa,和,28MPa,方案屬于同一層次。,25MPa,方案在技術(shù)可行性、設計制造模式、國外業(yè)績及與國外合作、技術(shù)經(jīng)濟方面稍好,;28MPa,方案的熱效率稍高,其技術(shù)經(jīng)濟性需要根據(jù)實際工程而定。,2,機組容量,大容量機組具有以下的優(yōu)勢,:,效率高、單位,kW,投資省、同容量電廠,(,如,2900MW,與,3600MW),建筑占地少、建設周期短、電廠人員少、維護費用低等。單爐容量的上限由材料強度、汽輪機末級排汽面積,(,葉片高度,),、汽輪發(fā)電機組,(,單軸,),轉(zhuǎn)子長度、加工制造設備及能力、運輸、電

10、網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)所決定。,鍋爐容量,目前,螺旋管圈單爐膛布置型式的最大單爐容量為,1050MW ,可滑壓運行的垂直管屏布置型式的最大單爐容量為,1000MW,。從我國現(xiàn)有設計制造基礎及技術(shù)可行性上考慮,1000MW,及以下容量的超超臨界鍋爐在技術(shù)上都是可行的。,汽輪機容量,汽輪機大容量化需要很大的排汽面積,增加排汽面積有兩種途徑,:,增大末級葉片高度,使單個排汽口的面積增加,;,或增加低壓缸的數(shù)量,使低壓排汽口的數(shù)量增多。單個排汽口的面積取決于末級葉片的高度,末級葉片高度受限于合金鋼或鈦合金的強度極限。低壓缸的數(shù)量也不能無限制的增加,低壓缸的數(shù)量越多,軸系越長,軸系穩(wěn)定性越差。目前大容量單軸汽輪機

11、有業(yè)績的汽缸總數(shù)最多為,5,個,即分流低壓缸數(shù)不超過,3,個,排汽口數(shù)不超過,6,個。背壓影響汽輪機排汽面積,從而影響機組容量。,我國各地氣侯差異很大,(,冬夏,),發(fā)展超超臨界機組,應有不同排汽口與不同高度的末級葉片組合來適應不同背壓及不同功率的機組,并通過技術(shù)經(jīng)濟比較以達到最佳的綜合經(jīng)濟性。解決汽輪機大容量化的矛盾還可采用汽輪機雙軸設計方案。,從我國現(xiàn)有設計制造基礎及技術(shù)可行性上考慮,選擇,1000MW,等級和,600MW,等級超超臨界汽輪機都是可行的。,汽輪發(fā)電機組容量,國外具有運行業(yè)績的最大容量汽輪發(fā)電機組為,:,西門子,1100MW,三菱,900MW,阿爾斯通,930MW,東芝,10

12、00MW,。,當電廠為沿海,(,江,),電廠或公路可至時,透平發(fā)電機定子整體運輸,公路可用大型平板車運輸,水路可用船運至沿海,(,江,),的碼頭。當電廠為內(nèi)陸電廠,只能用鐵路運輸時,透平發(fā)電機定子采用內(nèi)外機座,外機座運輸重量為,100 t ,內(nèi)機座,(,包括定子鐵心、定子線圈等,),運輸重量為,360t,。透平發(fā)電機的內(nèi)、外機座現(xiàn)場組裝工作量較大。雙軸方案不存在以上透平發(fā)電機大型化及隨之帶來的運輸問題。我國大容量汽輪發(fā)電機組的發(fā)展,選擇,1000MW,等級容量是可行的。,容量的綜合比較,:,從技術(shù)可行性、設計制造模式、國外業(yè)績及與國外合作、技術(shù)經(jīng)濟等問題考慮,:1000MW,等級超超臨界機組方

13、案具有效率高、單位,kW,投資省、人員少、維護費用低及與同容量電廠比較,建設周期短、用地少等綜合優(yōu)點。,600MW,等級超超臨界機組,能適應我國廣大內(nèi)陸地區(qū)的低背壓條件,適用于國內(nèi)各個電網(wǎng)條件和現(xiàn)有的設備運輸條件,并可與,1000MW,等級機組形成系列化。,3,鍋爐主要結(jié)構(gòu)和型式,1,）爐型與燃燒方式,大型超臨界鍋爐的整體布置型式,(,爐型,),主要采用,型布置和塔式布置,也有,T,型布置型式。,美國,800MW,到,1300MW,超臨界鍋爐采用,型布置。,阿爾斯通公司生產(chǎn)的超臨界鍋爐有采用塔式布置,也有,(,阿爾斯通,CE),采用,型布置。,西門子公司大型超臨界鍋爐既有,型布置,也有塔式布置

14、。日本超超臨界鍋爐主要是,型布置。,俄羅斯超臨界鍋爐采用,T,型布置。,爐型采用某種布置方式往往取決于鍋爐廠家的傳統(tǒng)技術(shù)。,600MW,和,1000MW,等級鍋爐有,型布置、,T,型布置和塔式布置型式,這幾種型式均有運行經(jīng)驗。,我國發(fā)展超超臨界鍋爐可在,型布置和塔式布置型式中選擇考慮。,(T,型布置的蒸汽系統(tǒng)較復雜,鋼材耗量大,),燃用高灰分煤,從減輕受熱面磨損方面考慮,采用塔式布置型式較為合適。采用切圓燃燒方式鍋爐,從減小爐膛出口煙溫偏差角度考慮,應選用塔式布置型式。地震風險大的地區(qū),應避免采用塔式布置。,采用對沖燃燒方式鍋爐,可選用,型布置型式。,爐型與燃燒方式有一定關(guān)系,兩者應合理搭配。

15、,1000MW,等級超超臨界機組鍋爐可采用四角單切圓塔式布置、墻式對沖塔式布置、單爐膛雙切圓,型布置及墻式對沖,型布置等型式。,600MW,等級超超臨界機組鍋爐還可采用四角單切圓,型布置型式。,塔型鍋爐特點,水平布置過熱器和再熱器，易于疏水,啟動初期和低負荷運行階段，容易將金屬顆粒從旁路送入凝汽器，避免汽輪機損壞,煙氣向上流動時，煙氣流速和溫度分布均勻，大顆?；伊Ｊ苤亓ψ饔茫p減少,40,。減小磨損和熱偏差。,適合采用正方形爐膛斷面，爐膛出口處高溫煙氣受水平受熱面管束切割，殘余旋轉(zhuǎn)被迅速擴散。,爐膛斷面小，蒸發(fā)受熱面吸熱面積受限制，汽溫達不到額定值。,占地面積小，鍋爐吊裝技術(shù)要求高。,熱偏差

16、和磨損小，管內(nèi)腐蝕和汽輪機受侵蝕機會少。,W,型火焰鍋爐,可延長煤粉顆粒在爐內(nèi)停留時間，達到,3.4s,以上。,燃燒器噴口向下，容易實現(xiàn)煤粉高濃度燃燒。（三高理論）,采用低一次風，延長燃料停留時間,受熱最強部位可采用衛(wèi)燃帶，水冷壁沒有膜態(tài)沸騰和高溫腐蝕（容易結(jié)渣）,火焰中心隨負荷及燃燒調(diào)節(jié)的變化大，低負荷時，火焰容易“短路”,低負荷部分磨煤機停用，導致爐膛前后火焰不對稱“偏燒”,不能調(diào)節(jié)火焰中心位置，,調(diào)節(jié)時要滿足穩(wěn)定燃燒，汽溫調(diào)節(jié)，避免火焰短路偏燒，燃燒調(diào)節(jié)難度大,2,）水冷壁型式,變壓運行超臨界直流鍋爐水冷壁有兩種型式,:,爐膛上部用垂直管、下部用螺旋管圈及內(nèi)螺紋垂直管屏。,螺旋管圈水冷壁

17、在超臨界和超超臨界鍋爐上應用最廣泛,歐洲、日本的其它電廠和我國均采用螺旋管圈水冷壁以適應機組變壓運行。螺旋管圈水冷壁鍋爐也有兩種型式,一種是光管,另一種是內(nèi)螺紋管。后者可強化傳熱,使水冷壁運行更安全可靠,但成本將增加,10%,15%,。,內(nèi)螺紋垂直管屏變壓運行超臨界鍋爐系三菱重工上世紀,80,年代開發(fā)的產(chǎn)品,已有,8,臺,700MW,1000MW,超臨界鍋爐運行,其中超超臨界機組,1,臺,(1000MW),還有,3,臺超超臨界鍋爐已經(jīng)訂貨。上世紀,90,年代后期,英巴公司研究開發(fā)了低質(zhì)量流速垂直內(nèi)螺紋管水冷壁,具有低質(zhì)量流速正流量響應特性,即流量隨熱負荷自動增加的特性。,世界各國變壓運行鍋爐水

18、冷壁普遍采用了螺旋管圈型式,且在我國也有良好的運行業(yè)績,我國幾大鍋爐廠已掌握了這種管圈的制造工藝。因此,應用技術(shù)成熟的螺旋管圈型式不失為一種優(yōu)選的方案。,內(nèi)螺紋垂直水冷壁型式在支吊、安裝及運行等方面具有較大的優(yōu)越性,也是發(fā)展的方向,且在日本已有運行業(yè)績,但對內(nèi)螺紋管的加工質(zhì)量要求較高,應進一步研究和開發(fā)。低質(zhì)量流速內(nèi)螺紋垂直管水冷壁,具有正流量響應特性,更有發(fā)展前途,但目前在超臨界鍋爐上尚無業(yè)績,可待技術(shù)成熟后再應用。,4,汽輪機主要結(jié)構(gòu)和型式,1,）末級長葉片與排汽口數(shù),大功率超超臨界機組的容量主要受汽輪機排汽面積的制約。當缺少相應高度的成熟應用的末級長葉片時,大容量機組將不得不采用增加排汽

19、口數(shù)的方案,這時應進行技術(shù)經(jīng)濟分析。對常規(guī)背壓,(4.9kPa),條件,按目前國際上現(xiàn)有的末級長葉片系列,1000MW,等級汽輪機推薦采用,43(1092.2mm),48(1219.2mm),末級葉片的四排汽結(jié)構(gòu),其排汽損失在,(25,42)kJ/kg,的設計規(guī)范內(nèi)。,600MW,等級汽輪機可采用,1000mm,末級葉片的四排汽結(jié)構(gòu)或,48(1219.2mm),末級葉片的兩排汽結(jié)構(gòu)。,2,）單軸與雙軸布置,與機組容量超大型化發(fā)展而密切相關(guān)的單軸與雙軸布置的優(yōu)缺點對比改進,尤其是更長末級葉片的開發(fā),使得單軸布置越來越成為新的發(fā)展趨勢。國外多家制造廠已經(jīng)有,1000MW,等級單軸布置機組投入運行。因此,在起步發(fā)展,1000MW,等級大容量火力發(fā)電機組時,單軸布置是首先推薦的方案。,