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超临界锅炉及亚临界锅筒锅炉的可靠性比较


超临界锅炉及亚临界锅筒锅炉的可靠性比较
欧云翔 摘要:本文通过对超临界机组与亚临界机组进行比较分析,体现出超临界机组对 我国火电机组煤耗长期高居不下的局面有转变的作用, 体现出发展国产大容量的 超临界火电机组的必要性,对达到煤电机组“高效、节能、环保”的目标的推动 作用。 关键词:超临界;亚临界;机组;特点 引言 在当今社会要求节约能源的条件下,技术成熟的大容量亚临界、

超临界和超 超临界机组将是我国清洁煤发电技术的主要发展方向,也是解决电力短缺、能源 利用率低和环境污染严重等问题的比较现实和有效的途径。 1.亚临界和超临界锅炉基本型式及工作原理 1.1 基本型式 电厂锅炉按工质在蒸发受热面内的流动方式可以将锅炉分成:自然循环锅 炉、强制循环锅炉和直流锅炉。 1.2 亚临界锅炉均可以采用上述三种型式 1.2.1 自然循环锅炉 蒸发受热面内的工质, 依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合物之间的密 度差所产生的压力差进行循环的锅炉,称为自然循环锅炉。 1.2.2 控制循环锅炉 控制循环锅炉的循环系统在水冷壁上升管的人口处加装了节流圈, 目的是调 节各根上升管中的流量分配,避免在蒸发系统中出现多值性、脉动、停滞及倒流 等循环故障,以及减轻水冷壁管子的热偏差。 1.2.3 直流锅炉 给水靠给水泵的压头, 一次通过锅炉各受热面产生蒸汽的锅炉,称为直流锅 炉,直流锅炉的特点是没有汽包,整台锅炉由许多管子并联,然后用联箱连接串 联组成。 在给水泵压头的作用下, 工质依顺序一次通过加热、 蒸发和过热受热面。 进口的工质是水, 出口工质则是符合设计要求的过热蒸汽。由于所有受热面内工 质流动是靠给水泵的压头来推动的,所以在直流锅炉中,受热面中工质都是强制

流动。直流锅炉既可用于临界压力以下的锅炉,又可用于临界压力以上的锅炉, 而超临界压力时只能采用直流锅炉。 2.超临界锅炉与亚临界锅炉的特点比较 超临界机组与亚临界机组相比,其最大的区别就在于它的启动及控制系统。 2.1 直流锅炉的启动系统 2.1.1 直流锅炉启动过程的主要问题 直流锅炉无储存汽水的厚壁部件,为了保证水冷壁的冷却,启动一开始就必 须不断地向锅炉送进给水。如果启动流量按 30%额定流量计算,一台容量为 2102t/h 的 660MW 锅炉启动初期就需要约 600t/h 的启动流量。这样多的给水流 量既要经过水质的化学处理, 又要在锅炉内吸收燃料燃烧放出的热量,如果不利 用, 既会造成软化水的大量浪费, 又会造成水质处理过程运行费用和热量的浪费。 因此, 直流锅炉有必要设置专门的回收工质与热量的系统,这种系统就是直流锅 炉的启动系统。 对于单元机组的成套启动, 为了尽可能缩短汽轮机的启动时间,必须使直流 锅炉的启动和汽轮机的启动能够密切配合。这就是说,锅炉送出的过热蒸汽参数 应该按照汽轮机启动的要求逐渐提高。 直流锅炉启动过程中存在汽水的热膨胀问题, 热膨胀不但会导致水冷壁管内 的水动力不稳定, 还会导致过热器出口的蒸汽达不到额定参数,甚至出现蒸汽带 水,危及机组安全运行。 2.2 启动系统的作用 建立启动压力和启动流量, 保证给水连续地通过省煤器和水冷壁,尤其是保 证水冷壁的足够冷却和水动力的稳定性。 在机组启动过程中, 实现锅炉各受热面之间和锅炉与汽轮机之间工质状态的 配合。单元机组启动过程初期,汽轮机处于冷态,为了防止温度不高的蒸汽进入 汽轮机后凝结成水滴,造成叶片的水击,启动系统应起到固定蒸发受热面终点, 实现汽水分离的作用。从而使给水量调节、气温调节和燃烧量调节相对独立,互 不干扰。 2.3 超临界参数机组直流锅炉启动系统的分类、组成及比较 2.3.1 直流锅炉启动系统的分类及组成

超临界参数机组的内置式分离器启动系统主要可以分为扩容器型、 带疏水热 交换器和带循环泵型三种。 三种系统虽然在系统构成上有所区别,但动态特性基 本相同。

图 1 大气扩容式启动系统简图 启动系统主要由内置式启动分离器、分离器疏水阀(AA 阀)、水位控制阀(AN 阀)和水位旁路阀(ANB)、 大气式扩容器、 疏水箱、 疏水泵等组成(启动系统见图)。 分离器布置在炉膛水冷壁出口;在启动或低负荷运行过程中,当负荷低于 37% MCR 时,分离器的作用就相当于厚壁部件炉的厚壁部件,但分离出的水通过 AA、 AN 和 ANB 三个阀门分别送入疏水扩容器和除氧器,进行工质和热量回收。当负 荷高于 37%MCR 时,汽水分离器中全部是蒸汽,呈干态运行;此时内置式分离器 相当于一个蒸汽联箱。

图 2 带疏水热交换器的启动系统简图 锅炉内置式启动系统包括启动分离器、扩容器、疏水热交换器、贮水箱、水 位控制阀、截止阀、流量测量孔板、管道及附件等组成。

图 3 带循环泵的启动系统简图 锅炉内置式启动系统包括启动分离器、扩容器、再循环泵、贮水箱、水位控 制阀、截止阀、流量测量孔板、管道及附件等组成。 锅炉带再循环泵的启动系统为带再循环泵的内置式启动系统, 锅炉设一台再 循环泵和二只内置式启动分离器,并设有水位控制阀、电动闸阀以及直流负荷后 的暖管系统(含调节阀)等。

2.4 三种型式启动系统的特点比较 内容 优点 扩容器式 循环泵式 热交换器式

系统简单、 投资少、 操 系统简单、工质和热量 系统简单、操作和运 作和运行方便、 自动控 回收效果好、对除氧器 行方便、自动控制比 制比较容易实现、 维修 设计无要求、适合于两 较容易实现、工质和 工作量少 班制和周日停机运行方 热量回收效果好、维 式 修工作量少

缺点

运行经济性差、 要求除 投资大、运行方式复杂、 投资大、金属耗量大、 氧器安全阀容量增大、 转动部件的运行和维护 要求除氧器安全阀容 不适合于两班制和周 要求高、循环泵的控制 量增大 日停机运行方式 要求高

2.5 带再循环泵启动系统的优缺点 从启动时间看, 配置高低压汽机旁路与锅炉循环泵是可以确保最短的启动时 间;从锅炉热效率看,带 BCP 循环泵启动系统由于在启动时利用了高、低压加热 器及炉内的热量,因此相比较没有 BCP 循环泵的系统而言,其热效率要高。 但是带循环泵的系统由于辅助系统多,设备费用高,增加的投资大,而且系 统的复杂随之也带来了每年必须的高额检查维修费用。 2.6 两种启动循环系统的综合经济比较 带与不带再循环泵的启动系统,在国外成熟的市场中,根据运行情况两种启 动方式都采用过, 从我国目前的情况分析来看,在现阶段不带再循环泵的启动系 统较为适合中国的电力发展技术的要求,并具有较高的经济实用价值。但是随着 经济发展以及一次能源的受限,电力需求又增大,眼前的电力格局将被打破,此 时将考虑启动时间的缩短和热量损失问题与增加 BCP 循环系统所带来的设备投 资及运行维修费用进行综合经济性比较后,再决定是否需要设置锅炉循环泵。 2.7 超临界锅炉的温度和压力比亚临界锅炉高,因此对锅炉提出了一些特殊 的要求 超临界锅炉受热面工作条件就较亚临界锅炉为差,故对于受热面钢种、管道 规格等选择上提出较高的要求。需要采用更好的材料,否则易形成氧化层 (Fe3O4) ,脱落后将引起汽轮机的“硬粒冲蚀”的问题。

保证锅炉在各种工况下水动力的可靠性,在各种负荷下,从超临界压力到亚 临界压力广泛的运行工况范围内, 各水冷壁出口温度上下幅度须限定在规定范围 内,确保水动力稳定性不受破坏;尤其当水冷壁悬吊管系中设有中间联箱时,必 须采取措施避免在启动分离器干湿转换、工质为两相流时,联箱中出现流量分配 不均匀而使悬吊管温差超限,导致悬吊管扭曲变形等问题。 超临界变压运行锅炉水冷壁对炉内热偏差的敏感性较强, 当采用四角切园燃 烧方式时必须采取有效的消除烟气温度偏差的措施 (锅炉出口两侧最大烟温差不 得大于 50℃) 。 3.600MW 超临界和亚临界机组性能的比较 3.1 热经济性比较 先将国内部分 600MW 机组热耗比较以下,情况如表 1: (本表以上海石洞口 二厂的机组作为参照标准) 。 由于制造厂和生产年代不同,机组的热耗会存在较大的差异,例如,对于亚 临界 300MW 机组,上世纪 70 年代从 WH 引进时,热耗保证值为 8081kJ/kWh,而 现在国内各制造厂所提供的保证值为~7820kJ/kWh,减少了 3.23%。从上表也可 以看出, 国产机组中, 象邹县电厂、 平圩电厂等建厂早的机组, 热耗保证值较高, 而哈尔滨三厂、 吴泾电厂八期等新厂热耗保证值较低。 华能上海石洞口第二电厂, 建设于上世纪 80 年代,投产于 90 年代初,仅具有国际 80 年代水平,与其他亚 临界压力机组平均相差 2.66%。国产超临界机组由于在主蒸汽参数上提高,从而 热耗保证值比原来的石洞口二厂热耗值减少了 1.63%。 3.2 可靠性比较 600MW 超临界机组与亚临界机组对于汽轮机主要是高压缸及高压通流部分 的区别, 锅炉主要是汽水流程不同, 其他基本是相同的; 辅机绝大部分是相同的。 机组的系统基本相同,许多先进的设计对于两者均适用。 3.3 环保效益 由于超临界机组比亚临界机组的煤耗降低,而且锅炉设计中采用了低 NOX 燃烧技术,电厂所排放到大气中的二氧化碳、二氧化硫、氧化氮及烟尘均可以减 少,超临界机组有利于环保,符合国家的产业政策。 结语

通过以上对亚临界机组和超临界机组技术、可靠性、环保等方面比较分析, 超临界机组比较亚临界机组有较大的优越性。 参考文献 [1] 米 建 华 . 我 国 超 临 界 机 组 的 可 靠 性 与 经 济 性 分 析 [J]. 电 力 需 求 侧 管 理.2010(03) [2]杨旭中.超临界机组在中国的发展[J].电力勘测设计.2007(01) [3]冯伟忠.欧洲超超临界机组发展的特点和启示[J].华东电力.2008(02)


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