1、超臨界鍋爐技術(shù)為未來(lái)市場(chǎng)條件約阿希姆弗蘭克和魯?shù)婪蚩死瓲?西門(mén)子發(fā)電 在帕森斯會(huì)議2003年 2003年10月西門(mén)子股份公司。發(fā)電 傳送，復(fù)制，傳播和/或編輯這個(gè)文件，以及利用其內(nèi)容和溝通不足，在沒(méi)有明確授權(quán)的情況下給他人禁止。違者將被追究法律責(zé)任支付賠償金。受專(zhuān)利所創(chuàng)建的所有權(quán)利實(shí)用新型或者外觀設(shè)計(jì)專(zhuān)利的授予或注冊(cè) 第1頁(yè)，共13頁(yè)1. 引言保護(hù)環(huán)境和未來(lái)的蒸汽動(dòng)力的經(jīng)營(yíng)經(jīng)濟(jì)的要求植物使高效率的水平和經(jīng)營(yíng)的靈活性不僅在歐盟過(guò)程中的問(wèn)題，但也是在世界各地越來(lái)越多的措施?，F(xiàn)有的技術(shù)目前已完成啟用這些要求煤粉燃煤電廠和部分也由發(fā)電廠循環(huán)流化床（cfb）燃燒系統(tǒng)只有沿著更高的蒸汽溫度和壓力的道路，可

2、以實(shí)現(xiàn)更高的效率。2. 國(guó)家的藝術(shù)在超臨界壓力發(fā)電廠，蒸汽溫度高，已被建于20世紀(jì)50年代（圖1）。 20世紀(jì)60年代國(guó)超臨界植物系列（配備普遍壓鍋爐），并在過(guò)去二十多年的超臨界工廠專(zhuān)門(mén)用于在德國(guó)和日本。后者是專(zhuān)為滑動(dòng)壓力操作和由此也滿足需求高工作靈活性和高植物在部分負(fù)荷效率。日期，循環(huán)流化床電源植物已被使用尤其是對(duì)于較小輸出功率水平，一般鼓鍋爐。植物350在此期間兆瓦已在運(yùn)作，配備幾種植物benson1鍋爐也已興建。超臨界植物為收視率400兆瓦以上計(jì)劃。在超臨界蒸汽壓力下運(yùn)行的發(fā)電廠已經(jīng)證明其業(yè)務(wù)幾十年來(lái)的能力和高可用性。蒸汽溫度的過(guò)渡600 c和更高的進(jìn)一步大發(fā)展的步伐，果斷地影響到許多方

3、面該電廠的設(shè)計(jì)，特是鍋爐，。無(wú)論這些高蒸汽過(guò)渡溫度是經(jīng)濟(jì)也不僅取決于主蒸汽壓力的選擇，再熱壓力和給水溫度，同時(shí)也對(duì)燃料的范圍。1本森是西門(mén)子股份公司的注冊(cè)商標(biāo)。西門(mén)子股份公司。發(fā)電 傳送，復(fù)制，傳播和/或編輯這個(gè)文件，以及利用其內(nèi)容和溝通不足，在沒(méi)有明確授權(quán)的情況下給他人禁止。違者將被追究法律責(zé)任支付賠償金。受專(zhuān)利所創(chuàng)建的所有權(quán)利實(shí)用新型或者外觀設(shè)計(jì)專(zhuān)利的授予或注冊(cè) 第2頁(yè)，共13頁(yè)到目前為止，重點(diǎn)材料開(kāi)發(fā)為過(guò)熱器和厚壁高端組件蒸汽溫度。然而，調(diào)查表明墻受熱面可以成為限制組件為進(jìn)一步增加蒸汽參數(shù)。一這樣做的原因是增加分?jǐn)?shù)過(guò)熱器熱被轉(zhuǎn)移隨著蒸汽參數(shù)。 圖2：benson在歐洲和日本的大型超臨界鍋

4、爐 - 參考文獻(xiàn)3. 對(duì)設(shè)計(jì)的影響- 熱交換表面的大小更高的蒸汽溫度自動(dòng)降低煙道之間的溫度差異氣體和蒸汽，具有比較大的過(guò)熱器和再熱器熱面結(jié)果。由于較高的管壁溫度也意味著積灰增加的趨勢(shì)，相應(yīng)受熱面儲(chǔ)備必須提供。給水溫度，煙氣冷卻器的受熱面的大小上有很大的影響路徑。值290 c至300 c或更高，為高效率的工廠必要。上一個(gè)手頭的煙氣溫度省煤器下游大致設(shè)計(jì)案例400 - 脫硝溫度窗口 - 另一方面，出水溫度從省煤器是有限的，以避免熱氣騰騰，上游過(guò)熱器必須吸收更多的熱提高給水溫度。在更高的蒸汽條件，特別是在增加再熱壓力，從汽輪機(jī)的hp節(jié)排汽溫度，從而再熱的入口溫度也隨之增加。雖然這些溫度仍約。在設(shè)計(jì)的

5、320 c主蒸汽溫度為540 c，他們已經(jīng)增加至超過(guò)350 c，600 c的主要蒸汽溫度的設(shè)計(jì)，甚至達(dá)到超過(guò)420在700設(shè)計(jì)。這大大降低煙氣溫差仍然較大加熱的后果再熱器中的表面。在符合成本效益的受熱面設(shè)計(jì)考慮，給水溫度不應(yīng)超過(guò)300 c和hp排汽壓力應(yīng)在60欄的謊言。西門(mén)子股份公司。發(fā)電 傳送，復(fù)制，傳播和/或編輯這個(gè)文件，以及利用其內(nèi)容和溝通不足，在沒(méi)有明確授權(quán)的情況下給他人禁止。違者將被追究法律責(zé)任支付賠償金。受專(zhuān)利所創(chuàng)建的所有權(quán)利實(shí)用新型或者外觀設(shè)計(jì)專(zhuān)利的授予或注冊(cè) 第3頁(yè)，共13頁(yè)- 蒸發(fā)完分隔的位置決定的蒸發(fā)器在啟動(dòng)時(shí)的位置，在低負(fù)荷再循環(huán)模式。通常情況下，分隔符是配置，其溫度稍微

6、過(guò)熱最低的一次通過(guò)負(fù)載點(diǎn)。高蒸汽鍋爐的設(shè)計(jì)溫度和壓力，這是已經(jīng)在爐較低的地區(qū)墻壁，而不是從插座第一遍或在鍋爐的屋頂。這樣做的原因是增加在熱輸入過(guò)熱的程度，并相應(yīng)減少蒸發(fā)的一小部分提高蒸汽參數(shù)的hp部分。在了40的負(fù)載，過(guò)熱的程度，在540彗星鍋爐約。27， 這將增加39，例如，在設(shè)計(jì)為700 c主蒸汽溫度（圖3和圖。4）。由于高度加載加熱表面積必須躺在上游的為分隔符原因蒸發(fā)冷卻和分隔從而不能移動(dòng)任意向燃燒器， 圖3：熱流分布在變壓操作在40負(fù)載一個(gè)顯著過(guò)熱度較大，會(huì)導(dǎo)致最低的一次通過(guò)工作點(diǎn)（圖5）。這大大增加了過(guò)渡到再循環(huán)的蒸汽溫度下降的第一步模式。為了廣泛地防止這種溫度的變化，過(guò)渡一旦通過(guò)再

7、循環(huán)模式，必須放置在一個(gè)非常低的負(fù)載點(diǎn)，需要再循環(huán)只有啟動(dòng)模式。而與纏繞油管在一次最小負(fù)載的鍋爐通過(guò)在30至40的范圍內(nèi)，“班森低質(zhì)量的基礎(chǔ)上蒸發(fā)器操作通量“1與垂直線膛管的設(shè)計(jì)使負(fù)載在20以下。西門(mén)子股份公司。發(fā)電 傳送，復(fù)制，傳播和/或編輯這個(gè)文件，以及利用其內(nèi)容和溝通不足，在沒(méi)有明確授權(quán)的情況下給他人禁止。違者將被追究法律責(zé)任支付賠償金。受專(zhuān)利所創(chuàng)建的所有權(quán)利實(shí)用新型或者外觀設(shè)計(jì)專(zhuān)利的授予或注冊(cè) 第4頁(yè)，共13頁(yè)圖5：水和蒸汽溫度在hp圖水墻在亞臨界蒸汽鍋爐的水墻一般都配置為蒸發(fā)器。提高蒸汽溫度和壓力，蒸發(fā)器受熱面的一小部分跌幅，部分水墻也必須配置為過(guò)熱，即下游的分離器。在高負(fù)荷的爐區(qū)，

8、螺旋纏繞蒸發(fā)器管通常用于光滑管和質(zhì)量通量高 - 大約。 2000 - 2500公斤/立方米秒由于螺旋纏繞此爐管類(lèi)型不自收自支，這是加強(qiáng)與支持肩帶焊接管壁支撐塊。高蒸汽參數(shù)，也可能導(dǎo)致較高的蒸發(fā)器料。先前存在的設(shè)計(jì)儲(chǔ)備不再可用的結(jié)果，需要一個(gè)詳細(xì)的應(yīng)力分析在每種情況下的蒸發(fā)器管的設(shè)計(jì)。作為一個(gè)必要的大墻厚度設(shè)計(jì)，高負(fù)荷的受熱面地區(qū)部分不再由主強(qiáng)調(diào)，由于內(nèi)部壓力，而是由于重新中學(xué)講內(nèi)斂的熱膨脹。蒸發(fā)器溫度較高，也導(dǎo)致溫度升高管和支持帶之間的差異上的啟動(dòng)和關(guān)閉。這反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，尤其是在冷啟動(dòng)時(shí)?！氨旧唾|(zhì)量流量“的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)西門(mén)子與設(shè)計(jì)質(zhì)量通量約。 1000公斤/平方米s及以下與垂直膛線蒸

9、發(fā)器管無(wú)需額外的支持結(jié)構(gòu)，從而也不會(huì)損害工廠的靈活性盡管在墻上出口溫度約。500 c和（圖6）。在設(shè)計(jì)主蒸汽溫度 圖6：benson鍋爐垂直管爐原理及特點(diǎn)對(duì)600以上，墻體材料的蠕變強(qiáng)度常用的日期，如13crmo44（t12）不再是足夠的，必須過(guò)渡到新的發(fā)展等7crmovtib1010（t24）或hcm2s（t23）。這已經(jīng)是在300蒸汽壓力的情況下酒吧及以上的設(shè)計(jì)溫度較低。在小學(xué)的展望講的蠕變優(yōu)勢(shì)這些材料，不需要焊后熱處理，允許蒸汽溫度高達(dá)530在爐主蒸汽壓力的墻壁，但耐腐蝕性和二次應(yīng)力限制這些值下降到500 c。主蒸汽溫度630 c時(shí)，溫和的蒸汽壓力，從而可以實(shí)現(xiàn)的，至于墻壁。在蒸汽溫度較

10、高，如hcm12或t92的材料要求必須heattreated焊后。為了盡量減少在這樣的設(shè)計(jì)制造開(kāi)支，豎立蒸發(fā)器管的焊縫，必須降低到絕對(duì)最低可能。這是目前唯一可行的垂直管。相對(duì)復(fù)雜的焊縫spiralwound角落爐管被淘汰，只在個(gè)別墻段焊接鰭。僅在水平面管的焊接可能成為必要。解決方案也這最大限度地減少熱治療勃起開(kāi)支。在所有情況下，可以說(shuō)，水墻的設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，增加不成比例隨著蒸汽壓力。減少主蒸汽壓力從350巴到250欄一個(gè)700 c廠的效率降低了0.7個(gè)百分點(diǎn)，但它也降低了墻上的電源插座溫度從540 c至500 c和無(wú)焊后材料的設(shè)計(jì)熱處理成為可能。因此，應(yīng)避免主蒸汽壓力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于250欄，也與蒸汽

11、溫度高的植物。 第七頁(yè)- 蒸發(fā)器/過(guò)熱的分界點(diǎn)在高蒸汽參數(shù)的水墻可以不再設(shè)計(jì)完全蒸發(fā)器。然后從蒸發(fā)器壁過(guò)熱墻壁的過(guò)渡在于爐以上。這種過(guò)渡所以必須設(shè)計(jì)，以減少蒸發(fā)器之間的溫度差異過(guò)熱自動(dòng)導(dǎo)致對(duì)水的墻壁部分填補(bǔ)關(guān)機(jī)后，特別是充水后，緊急關(guān)閉。高達(dá)80 k值代表沒(méi)有事業(yè)關(guān)注。對(duì)于較高的值，如可以在非常高的蒸汽條件下發(fā)生，以及在大爐，柔性連接，不一定焊接的氣密性，也應(yīng)考慮這一過(guò)渡時(shí)期。- 過(guò)熱器受熱面蒸汽溫度可達(dá)約。 550 c，所有受熱面，可建造的鐵素體或馬氏體材料，而在600奧氏體材料是必要的最終過(guò)熱供熱鍋爐惠普部分以及再熱器的表面。除了強(qiáng)度參數(shù)，腐蝕行為的煙氣和蒸汽氧化行為雙方尤其是材料選擇的決

12、定性。圖7，高溫過(guò)熱器材料，顯示了可用材料的選擇。關(guān)于強(qiáng)度參數(shù)，施工過(guò)熱器受熱面的蒸汽溫度高達(dá)650 c是目前已可行與奧氏體不銹鋼材料。然而可用材料的耐腐蝕性減少到約630 c的設(shè)計(jì)限制。圖7：可用的過(guò)熱器管材料第八頁(yè)- 厚壁部件在具有非常高的蒸汽溫度的第一臺(tái)蒸汽發(fā)生器，用于奧氏體不銹鋼材料熱頭和連接線。然而，窮人的熱彈行為 - 低熱導(dǎo)電性，較高的熱膨脹 - 渲染這些材料不適合實(shí)施鍋爐在電廠的負(fù)荷變化和最小啟動(dòng)時(shí)間的大量。鉻鋼，如p91，p92或e911的發(fā)展，使蒸汽溫度高達(dá)620 c，無(wú)奧氏體材料的使用厚壁部件。更多最近的事態(tài)發(fā)展如作為nf12和保存12延長(zhǎng)的限制。實(shí)施在溫和的主蒸汽壓力高達(dá)

13、650 c的不久的將來(lái)。關(guān)于厚壁部件，尤其是主蒸汽頭，證明主蒸汽壓力應(yīng)更可能的謊言以下300欄最佳組件利用（圖8）2。 圖8：優(yōu)化與主蒸汽條件下，主蒸汽頭尺寸- 對(duì)操作的影響快速的負(fù)荷變化和短期和頻繁啟動(dòng)而設(shè)計(jì)的電源，這是植物必須工作在滑動(dòng)的壓力模式。只有這樣，保持渦輪料接受：在滑壓操作通常在滿負(fù)荷和40負(fù)載 - 溫度在渦輪曲線幾乎保持在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)的不斷。這些優(yōu)勢(shì)渦輪機(jī)與鍋爐的缺點(diǎn)對(duì)比。例如，在溫度水墻減少約滿負(fù)荷，部分負(fù)荷。 100 k由于其規(guī)模和通常較大的壁厚在高架的蒸汽參數(shù)，溫度變化在啟動(dòng)和負(fù)載變化的地方增加的要求設(shè)計(jì)厚壁如多個(gè)平行傳遞的組成部分，同時(shí)也對(duì)管壁的設(shè)計(jì)，如垂直管，以實(shí)現(xiàn)

14、類(lèi)似的啟動(dòng)時(shí)間和負(fù)荷變化率在植物與傳統(tǒng)的蒸汽參數(shù)。隨著蒸汽參數(shù)，在蒸發(fā)器的部分出口過(guò)熱的程度水墻最低的一次通過(guò)負(fù)載點(diǎn)也隨之增加。一個(gè)過(guò)熱的高度。第九頁(yè)在蒸發(fā)器的結(jié)束，在過(guò)熱的溫度降低，在過(guò)渡到再循環(huán)模式。分隔符，因此盡可能向燃燒器區(qū)域可能移動(dòng)。工作措施，以減少過(guò)熱度增加過(guò)量空氣，煙氣再循環(huán)使用的最高刻錄機(jī)的水平。較高的蒸汽溫度和壓力成為更重要的是在一次通過(guò)盡可能低的操作負(fù)載點(diǎn)，使once-through/recirculation模式過(guò)渡需要在啟動(dòng)時(shí)只走過(guò)。在分離器過(guò)熱最低的一次通過(guò)工作點(diǎn)也很大程度在啟動(dòng)行為的變化，在高蒸汽參數(shù)的結(jié)果。溫?zé)嵩傺h(huán)啟動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)了熱蒸汽溫度低于汽輪機(jī)所需的值。為

15、了縮短，盡早過(guò)渡到一次通過(guò)操作是必要的啟動(dòng)時(shí)間，完整的主蒸汽溫度也已經(jīng)在此經(jīng)營(yíng)的低負(fù)荷的可能模式。高進(jìn)水溫度可以限制具有非常高的主要的植物中的滑動(dòng)壓力范圍蒸汽壓力。為了防止在低蒸發(fā)點(diǎn)逼近省煤器負(fù)載，壓力，必須已經(jīng)低于50負(fù)載或根據(jù)設(shè)計(jì)提出了更高的固定。提高蒸汽參數(shù)也減少了幾乎所有的壓力，部分組件的設(shè)計(jì)儲(chǔ)備，為，至少成本的原因，先進(jìn)材料的決定是沒(méi)有，直到低質(zhì)量的材料儲(chǔ)備不足。這也增加了要求質(zhì)量控制：從設(shè)計(jì)值，如負(fù)載變化，溫度偏差，必須保持在最低限度。傳統(tǒng)的級(jí)聯(lián)控制器不再是足夠的過(guò)熱溫度控制;的概念，如雙回路反饋控制或觀察員功能提供了顯著改善質(zhì)量控制。特別注意必須給予給水控制。傳統(tǒng)的系統(tǒng)雇用只有簡(jiǎn)

16、單的延時(shí)模塊占動(dòng)態(tài)之間的差異熱釋放由燃料和熱吸收蒸發(fā)器管通常會(huì)導(dǎo)致晝夜溫差大在波動(dòng)蒸發(fā)器出口 圖9：給水控制的概念比較負(fù)載從100減少到50在負(fù)載變化。新的控制其中，如在蒸發(fā)器入口溫度變化的影響帳戶的概念第十頁(yè)或增加管壁的熱儲(chǔ)存的形式饋控制的能力（圖9）果斷地控制質(zhì)量，從而盡量減少使用更昂貴，更高質(zhì)量的材料。對(duì)于高程度最低的一次通過(guò)負(fù)載點(diǎn)，從再循環(huán)的過(guò)渡過(guò)熱模式一旦通過(guò)操作和可以不再毫不拖延地采取因比較大的溫度變化;控制必須相應(yīng)調(diào)整為滑動(dòng)過(guò)渡。4，其他影響特別是管壁的設(shè)計(jì)是阻礙高的蒸汽溫度和壓力。設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)盡可能為最佳選擇，以免有必要使用焊后必須進(jìn)行熱處理的材料。這一個(gè)重要的方面是選擇的燃料。

17、煤具有低灰變形溫度需要大熔爐，相關(guān)高熱量輸入的墻壁。一個(gè)100k的灰渣變形溫度較低導(dǎo)致可比鍋爐的概念在墻上的電源插座大約25k的溫度增加。由于這種目前現(xiàn)有的墻體材料無(wú)焊后熱治療，灰變形溫度為600 c，鍋爐可能不低得多小于1200 （圖10）。的實(shí)施煙氣再循環(huán)提取如果可能的話煙氣上游空氣加熱器為了減少的負(fù)面影響廢氣溫度可轉(zhuǎn)移限制提高蒸汽參數(shù) 圖10：水墻體材料的設(shè)計(jì)極限電廠的蒸汽發(fā)生器與高的蒸汽參數(shù)，因此設(shè)備的高效率因此還設(shè)計(jì)了鍋爐效率高。盡可能低的廢氣溫度- 115 c到110 c可實(shí)現(xiàn)煤炭和降低過(guò)?？諝庖曔@個(gè)的先決條件。這兩個(gè)因素導(dǎo)致增加熱輸入，蒸發(fā)器和從而阻礙墻受熱面的設(shè)計(jì)。第十一頁(yè)高管

18、墻過(guò)熱器受熱面溫度以及降低過(guò)?？諝夂偷蚽ox燃燒系統(tǒng)的增加，腐蝕的問(wèn)題。對(duì)于對(duì)于過(guò)熱器材料的選擇因此，正如從煙氣的氣氛和蒸汽形成的阻力規(guī)模作為重要的抗蠕變性。4.1循環(huán)流化床特別方面循環(huán)流化床技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)可爭(zhēng)議的低檔燃料或燃料廣泛波動(dòng)的質(zhì)量以及低廢氣排放，沒(méi)有燃燒后的控制措施。目前正在運(yùn)作的循環(huán)流化床植物多達(dá)350兆瓦的能力。然而，只有一次通過(guò)與高蒸汽條件下的運(yùn)作呈現(xiàn)循環(huán)流化床技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重，粉煤燃煤。約的工廠。 460兆瓦的蒸汽參數(shù)為560 c/580 c和265酒吧是在歐盟的研究計(jì)劃。 benson案“低質(zhì)量流量”的設(shè)計(jì)被選中作為蒸發(fā)器的概念。它實(shí)現(xiàn)了一個(gè)特殊的程度流化床要求：煙氣/灰流管方向平行確保低易受侵蝕和溫度廣泛阻止蒸發(fā)器管之間的差異，非均勻的熱投入扯平了自然循環(huán)的低質(zhì)量通量設(shè)計(jì)的流量特性。它還設(shè)有一個(gè)特別簡(jiǎn)單的建設(shè)，通過(guò)在一個(gè)單一的通管的流平行，從而消除了精心制作的水/蒸汽分布的需要。本蒸發(fā)器滑壓運(yùn)行系統(tǒng)的適用性也滿足所有要求與操作的靈活性方面的電廠。4.2聯(lián)合循環(huán)電廠鼓鍋爐熱回收蒸汽發(fā)生器下游的燃?xì)鉁u輪機(jī)通常設(shè)計(jì)。增加下游燃?xì)鉁u輪機(jī)的廢氣溫度以及增加與頻繁啟動(dòng)的聯(lián)合