超临界直流炉及其运行特性课件.ppt

1、超临界机组发展、应用超临界机组发展、应用及其运行特性及其运行特性 1 超临界机组及其发展超临界机组及其发展 理论上认为，在水的状态参数达到临界点理论上认为，在水的状态参数达到临界点时（压力时（压力22.129MPa、温度、温度374.15），），水完全汽化会在一瞬间完成，即在临界点水完全汽化会在一瞬间完成，即在临界点时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区存在，二者的参数不再有区别。存的二相区存在，二者的参数不再有区别。由于在临界参数下汽水密度相等，因此在由于在临界参数下汽水密度相等，因此在超临界压力下无法维持自然循环即不能采超临界压力下无法维持自然循

2、环即不能采用汽包锅炉，直流锅炉成为唯一型式。用汽包锅炉，直流锅炉成为唯一型式。亚临界机组：蒸汽压力亚临界机组：蒸汽压力16MPa 超临界机组：蒸汽压力超临界机组：蒸汽压力22.1MPa 超超临界机组：蒸汽压力超超临界机组：蒸汽压力27MPa(另一种方法是根据汽温来划分另一种方法是根据汽温来划分)不同机组的效率对比不同机组的效率对比分类分类亚临界亚临界超临界超临界超超临界超超临界参数参数1617MPa538/5382428MPa538/53830MPa以上以上566/566净效率净效率3738%4041%4446%煤耗煤耗330350g310320g280300g 大型超临界机组自大型超临界机组

3、自1950年代在美国和德国开始投入年代在美国和德国开始投入商业运行以来，发达国家积极开发应用高效超临界商业运行以来，发达国家积极开发应用高效超临界参数发电机组。美国（参数发电机组。美国（169台）和前苏联（台）和前苏联（200多台）多台）是超临界机组最多的国家，而发展超超临界技术领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。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追求高参数，但后来蒸汽参数降低并长期稳定在25MPa/545/545的水平上，其

4、后蒸汽参数逐步的水平上，其后蒸汽参数逐步提高。提高。2003年投产的年投产的Niederaussen电厂参数为电厂参数为965MW，26MPa/580/600，设计热效率为，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采用超临界发电机组占总装机容量的60%以以上。上。1989年和年和1990年，日本的川越年，日本的川越（Kawagoe）电厂先后投运两台参数为）电厂先后投运两台参数为700MW，31MPa/566/566/566。这。这是日本发展超超临界发电技术的标志性机组。是日本发展超超临界发电技术的标志性

5、机组。近年来一批百万千瓦级超超临界发电机组相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，其循环继投入运行，除达到很高可靠性外，其循环效率可达到效率可达到45%左右。左右。丹麦亦十分重视高参数超临界机组的发展，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。却大幅提高机组效率。1998年投运的年投运的Nordjylands电厂其机组参数为电厂其机组参数为400MW，28.5MPa/580/580/580，机组效率高，机组效率高达达47%。2001年投运的年投运的AVV2电厂一台超超电厂

6、一台超超临界机组，其机组效率高达临界机组，其机组效率高达49%，这是目前，这是目前世界上超超临界机组中运行效率最高的机组。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，高参数超超临界发电机从各国的发展来看，高参数超超临界发电机组是今后的发展方向。组是今后的发展方向。欧盟为了发展超超临界发电技术先后制定了欧盟为了发展超超临界发电技术先后制定了若干研究计划，正在执行的若干研究计划，正在执行的Thermie计划计划（先进的（先进的700燃煤电厂，燃煤电厂，19982014），），计划建设参数为计划建设参数为37.5MPa/700/720/720的的超超临界机组，主要目标是：使电厂的净效超

7、超临界机组，主要目标是：使电厂的净效率由率由47%提高到提高到55%（对于低的海水冷却水（对于低的海水冷却水温度）或温度）或52%左右（对于内陆地区和冷却左右（对于内陆地区和冷却塔）；降低燃煤电站的造价。塔）；降低燃煤电站的造价。日本进行了目标分别为日本进行了目标分别为31.4MPa/593/593/593、31MPa/630/630和和34.3MPa/649/593/593的超超临界机组研的超超临界机组研发计划。力争将发电机组设计效率提高到发计划。力争将发电机组设计效率提高到45%以上。以上。美国也正在组织和支持一项发展更高参数超美国也正在组织和支持一项发展更高参数超超临界发电机组的研究项目

8、超临界发电机组的研究项目“760”计划，目标是研制适合蒸汽参数为计划，目标是研制适合蒸汽参数为38.5MPa/760的新合金材料，将超超临界的新合金材料，将超超临界机组的主蒸汽温度提高到机组的主蒸汽温度提高到760的水平，从的水平，从而大大提高超超临界机组的效率。俄罗斯也而大大提高超超临界机组的效率。俄罗斯也设计了新一代的超超临界机组，蒸汽参数为设计了新一代的超超临界机组，蒸汽参数为3032MPa/580600/580600，预计，预计电站的效率可达电站的效率可达44%46%。2 超临界机组的工作原理超临界机组的工作原理 汽包锅炉的工作原理汽包锅炉的工作原理 汽包锅炉的汽水流程示意图汽包锅炉的

9、汽水流程示意图汽包锅炉的汽包锅炉的循环倍率循环倍率K可用下式表示：可用下式表示：K=W/D式中，式中，W进入水冷壁的水流量；进入水冷壁的水流量；D水冷壁出口的蒸汽流量。水冷壁出口的蒸汽流量。汽包锅炉的循环倍率一般为汽包锅炉的循环倍率一般为1030。不同负荷时循环倍率也不同，负荷越低，。不同负荷时循环倍率也不同，负荷越低，循环倍率越大。循环倍率越大。汽包锅炉的蒸汽压力由燃烧率和汽轮机调节汽包锅炉的蒸汽压力由燃烧率和汽轮机调节汽门来控制。汽门来控制。汽包把整个锅炉的汽水流程分隔成三部分，汽包把整个锅炉的汽水流程分隔成三部分，即加热段（省煤器）、蒸发段（水冷壁）和即加热段（省煤器）、蒸发段（水冷壁）

10、和过热段（过热器）。这三段受热面面积的大过热段（过热器）。这三段受热面面积的大小是固定不变的。汽包除作为汽水的分离装小是固定不变的。汽包除作为汽水的分离装置外，其中的存水和空间容积还作为燃水比置外，其中的存水和空间容积还作为燃水比失调的缓冲器。失调的缓冲器。当燃水比（给水跟踪燃料流量的比例关系）当燃水比（给水跟踪燃料流量的比例关系）失调后，在一段相当长的时间里（非事故的失调后，在一段相当长的时间里（非事故的范围内），并不改变原来那三段受热面面积范围内），并不改变原来那三段受热面面积的大小。的大小。例如，增加给水流量，给水量的变化就破坏了原来例如，增加给水流量，给水量的变化就破坏了原来的平衡状态

11、，汽包水位升高了；但由于燃料流量没的平衡状态，汽包水位升高了；但由于燃料流量没有变化，所以蒸发段的吸热量及其产生的蒸汽量可有变化，所以蒸发段的吸热量及其产生的蒸汽量可近似认为不变。因为过热段的受热面是固定的，因近似认为不变。因为过热段的受热面是固定的，因此，出口汽压、汽温都不会有什么变化，如同燃水此，出口汽压、汽温都不会有什么变化，如同燃水比未失调一样。比未失调一样。如果燃料方面的变化破坏了原来的平衡状态，比如如果燃料方面的变化破坏了原来的平衡状态，比如燃料量增加，蒸发段就会产生较多的蒸汽，但同时燃料量增加，蒸发段就会产生较多的蒸汽，但同时过热段也吸收了较多的热量，所以可使汽温变化不过热段也吸

12、收了较多的热量，所以可使汽温变化不大，然而此时出口蒸汽压力和流量却都增加了。由大，然而此时出口蒸汽压力和流量却都增加了。由于给水流量没有改变，汽包中的部分水变成了多蒸于给水流量没有改变，汽包中的部分水变成了多蒸发的那部分蒸汽，所以汽包水位降低了。发的那部分蒸汽，所以汽包水位降低了。从以上所述可以看出，在汽包锅炉中，水位是燃水从以上所述可以看出，在汽包锅炉中，水位是燃水比是否失调的标志。用比是否失调的标志。用给水流量调节水位给水流量调节水位，实质上，实质上起到了起到了间接保持燃水比不变间接保持燃水比不变的作用。的作用。超临界机组工作原理超临界机组工作原理 超临界机组的汽水流程中既没有汽包，又没有

13、炉水小循环回路。超临界超临界机组的汽水流程中既没有汽包，又没有炉水小循环回路。超临界机组是由受热面以及连接这些受热面的管道所组成机组是由受热面以及连接这些受热面的管道所组成。超临界机组汽水流程示意图超临界机组汽水流程示意图给水泵强制一定流量的给水进入炉内，一次性流过加热段、蒸发段和过给水泵强制一定流量的给水进入炉内，一次性流过加热段、蒸发段和过热段，然后去汽轮机。它的循环倍率始终为热段，然后去汽轮机。它的循环倍率始终为1，与负荷无关。，与负荷无关。给水泵出口水压通过三段受热面里的工质，直接影响出口汽压，所以给水泵出口水压通过三段受热面里的工质，直接影响出口汽压，所以超超临界机组的汽压是由给水压

14、力、燃料流量和汽轮机调节汽门共同决定临界机组的汽压是由给水压力、燃料流量和汽轮机调节汽门共同决定的。的。超临界机组汽水流程中的三段受热面没有固定的分界线。在超临界机组汽水流程中的三段受热面没有固定的分界线。在不同负荷时不同负荷时，由于给水温度变化等原因，使由于给水温度变化等原因，使三段受热面的吸热量分配比例三段受热面的吸热量分配比例及与之有关及与之有关的的三段受热面面积三段受热面面积之间的比例都之间的比例都发生了变化发生了变化。参数参数负荷负荷单位一次蒸汽单位一次蒸汽吸热量吸热量/单位二次蒸汽单位二次蒸汽吸热量吸热量吸热比例分配（吸热比例分配（A/B）（）（%）Pout(MPa)out()PW

15、(MPa)W()加热段加热段蒸发段蒸发段过热段过热段再热段再热段100%17.255521.8255545.3/107.228.5/23.827.7/23.243.8/36.60/16.1470%17.255520.3238575.6/105.830.5/25.830.9/26.138.6/32.50/15.630%17.355517.5193624/90.633.2/2932.7/28.634.1/29.80/12.6SG-1000-170直流炉在三种不同负荷时三段受热面的吸热比例直流炉在三种不同负荷时三段受热面的吸热比例 注：注：1.表中数据均为按设计计算的数据；表中数据均为按设计计算的数

16、据；2.（A/B）：）：A为不考虑二次蒸汽吸热量时的吸热比例值；为不考虑二次蒸汽吸热量时的吸热比例值；B为考虑二次蒸汽吸热量时的吸热比例值；为考虑二次蒸汽吸热量时的吸热比例值；3.Pout，out 为锅炉出口汽压和汽温；为锅炉出口汽压和汽温；4.PW，W 为给水压力和温度。为给水压力和温度。当负荷减小时，当负荷减小时，由于高压加热器的抽汽压力下降，给由于高压加热器的抽汽压力下降，给水温度也随着下降，加热段和蒸发段受热面吸热量都水温度也随着下降，加热段和蒸发段受热面吸热量都有不同程度的增加，而过热段的吸热量却减少很多。有不同程度的增加，而过热段的吸热量却减少很多。因为可以用改变燃水比的办法改变超

17、临界机组三段受因为可以用改变燃水比的办法改变超临界机组三段受热面的吸热比例，所以与汽包锅炉相比，在负荷变化热面的吸热比例，所以与汽包锅炉相比，在负荷变化比较大或改变燃料品种时，从静态来讲超临界机组很比较大或改变燃料品种时，从静态来讲超临界机组很容易保持出口汽温为设计值。容易保持出口汽温为设计值。超临界机组的工质是一次性通过各受热面的，而三段超临界机组的工质是一次性通过各受热面的，而三段受热面面积又不是固定不变的，所以当受热面面积又不是固定不变的，所以当燃水比失调后燃水比失调后，三段受热面吸热量比例发生变化，三段受热面吸热量比例发生变化，对出口汽温影响很对出口汽温影响很大大，对蒸汽压力和流量的影

18、响方式也较为复杂。，对蒸汽压力和流量的影响方式也较为复杂。当给水流量变化破坏了原来的平衡状态时，当给水流量变化破坏了原来的平衡状态时，例如例如给水流量减小给水流量减小了，则蒸发段向锅炉汽水了，则蒸发段向锅炉汽水流程入口方向移动，汽水流程中各点工质的流程入口方向移动，汽水流程中各点工质的焓值都有所提高。工质焓值上升是由两个因焓值都有所提高。工质焓值上升是由两个因素引起的：一是因为受热面吸热量不变，而素引起的：一是因为受热面吸热量不变，而工质流量减少，引起流经本区的工质焓值上工质流量减少，引起流经本区的工质焓值上升；另一个原因是工质焓值随工质流过的受升；另一个原因是工质焓值随工质流过的受热面面积增

19、加而增加。所以离锅炉出口越近，热面面积增加而增加。所以离锅炉出口越近，工质的焓增越大，汽温变化也越大。工质的焓增越大，汽温变化也越大。燃水比失调燃水比失调1，出口汽温变化就可达，出口汽温变化就可达810。在。在运行中，燃水比失调往往会超过运行中，燃水比失调往往会超过1%。此外，因负荷。此外，因负荷变化等原因使各受热面的吸热比例发生变化，以致变化等原因使各受热面的吸热比例发生变化，以致单独使用喷水减温的办法是无法将出口汽温校正过单独使用喷水减温的办法是无法将出口汽温校正过来的，更无法保证减温器前各受热面的安全运行。来的，更无法保证减温器前各受热面的安全运行。因此，因此，超临界机组运行的主要任务之

20、一是调节燃水超临界机组运行的主要任务之一是调节燃水比为一定值比为一定值。那么取什么信号作为燃水比的校正信号呢？这是设那么取什么信号作为燃水比的校正信号呢？这是设计超临界机组调节系统时首先要明确的重要问题。计超临界机组调节系统时首先要明确的重要问题。当发生给水流量或燃料流量扰动时，锅炉出口汽温当发生给水流量或燃料流量扰动时，锅炉出口汽温变化曲线的迟延都很大，因此很难用给水流量或燃变化曲线的迟延都很大，因此很难用给水流量或燃料流量来直接调节出口汽温。而料流量来直接调节出口汽温。而微过热汽温微过热汽温变化曲变化曲线的迟延铰小，所以一般可作为燃水比的校正信号，线的迟延铰小，所以一般可作为燃水比的校正信

21、号，以间接控制出口汽温。以间接控制出口汽温。汽包炉与直流炉对比汽包炉与直流炉对比（1）汽包炉）汽包炉 蒸汽流量小于给水流量；蒸汽流量小于给水流量；蒸汽压力由燃烧率和汽轮机调节汽门开度决定，与给水蒸汽压力由燃烧率和汽轮机调节汽门开度决定，与给水流量（给水压力）无关；流量（给水压力）无关；燃水比失调后，加热、蒸发、过热三段受热面吸热面积燃水比失调后，加热、蒸发、过热三段受热面吸热面积不变，出口汽压、汽温都不会变化。不变，出口汽压、汽温都不会变化。（2）直流炉）直流炉 蒸汽流量等于给水流量；蒸汽流量等于给水流量；蒸汽压力由燃烧率和汽轮机调节汽门开度及给水流量蒸汽压力由燃烧率和汽轮机调节汽门开度及给水

22、流量（给水压力）共同决定；（给水压力）共同决定；燃水比失调后，加热、蒸发、过热三段受热面吸热面积燃水比失调后，加热、蒸发、过热三段受热面吸热面积变化，出口汽压、汽温都变化明显（尤其汽温变化显变化，出口汽压、汽温都变化明显（尤其汽温变化显著）。著）。p MW超临界机组控制的主要难点 机、炉之间耦合严重,常规的控制系统难以达到高的控制效果 非线性特性强烈,动态特性参数随负荷大范围变化 现有燃水比调节的反馈信号无法兼顾快速性和准确性 热应力问题更加突出 控制系统缺乏容错能力,控制系统误动危及机组安全超临界机组超临界机组MCS控制系统控制系统 协调控制（负荷指令形成、锅炉主控、汽机主控）锅炉控制（燃烧

23、、给水、汽温、制粉）汽机控制（除氧器水位、高/低加水位、DEH）启动及旁路系统控制4 直流锅炉的主要优点直流锅炉的主要优点 适用于任何压力适用于任何压力 重量轻重量轻 制造、安装及运输方便制造、安装及运输方便 受热面可自由布置受热面可自由布置 可快速启动可快速启动 5 直流锅炉的主要缺点直流锅炉的主要缺点 要求的给水品质高要求的给水品质高 水泵消耗功率较大水泵消耗功率较大 自动调节及控制系统较复杂自动调节及控制系统较复杂 需要专门的启动旁路系统需要专门的启动旁路系统 思考题思考题 1.1.超临界中的超临界中的“临界临界”含义是什么？含义是什么？2.2.燃料量或给水流量单方面增加时，对汽燃料量或给水流量单方面增加时，对汽包炉和直流炉的出口汽温各有什么影响？包炉和直流炉的出口汽温各有什么影响？3.3.超临界机组控制的主要难点有哪些？超临界机组控制的主要难点有哪些？4.4.直流炉有那些优缺点？直流炉有那些优缺点？