超臨界鍋爐及亞臨界鍋筒鍋爐的可靠性比較歐云翔摘要：本文通過對(duì)超臨界機(jī)組與亞臨界機(jī)組進(jìn)行比較分析，體現(xiàn)出超臨界機(jī)組對(duì)我國火電機(jī)組煤耗長期高居不下的局面有轉(zhuǎn)變的作用，體現(xiàn)出發(fā)展國產(chǎn)大容量的超臨界火電機(jī)組的必要性，對(duì)達(dá)到煤電機(jī)組“高效、節(jié)能、環(huán)?！钡哪繕?biāo)的推動(dòng)作用。關(guān)鍵詞：超臨界；亞臨界；機(jī)組；特點(diǎn)引言在當(dāng)今社會(huì)要求節(jié)約能源的條件下，技術(shù)成熟的大容量亞臨界、超臨界和超超臨界機(jī)組將是我國清潔煤發(fā)電技術(shù)的主要發(fā)展方向，也是解決電力短缺、能源利用率低和環(huán)境污染嚴(yán)重等問題的比較現(xiàn)實(shí)和有效的途徑。1.亞臨界和超臨界鍋爐基本型式及工作原理1.1基本型式電廠鍋爐按工質(zhì)在蒸發(fā)受熱面內(nèi)的流動(dòng)方式可以將鍋爐分成：自然循環(huán)鍋爐、強(qiáng)制循環(huán)鍋爐和直流鍋爐。1.2亞臨界鍋爐均可以采用上述三種型式1.2.1蒸發(fā)受熱面內(nèi)的工質(zhì)，依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合物之間的密度差所產(chǎn)生的壓力差進(jìn)行循環(huán)的鍋爐，稱為自然循環(huán)鍋爐。1.2.2控制循環(huán)鍋爐的循環(huán)系統(tǒng)在水冷壁上升管的人口處加裝了節(jié)流圈，目的是調(diào)節(jié)各根上升管中的流量分配，避免在蒸發(fā)系統(tǒng)中出現(xiàn)多值性、脈動(dòng)、停滯及倒流等循環(huán)故障，以及減輕水冷壁管子的熱偏差。1.2.3給水靠給水泵的壓頭，一次通過鍋爐各受熱面產(chǎn)生蒸汽的鍋爐，稱為直流鍋爐，直流鍋爐的特點(diǎn)是沒有汽包，整臺(tái)鍋爐由許多管子并聯(lián)，然后用聯(lián)箱連接串聯(lián)組成。在給水泵壓頭的作用下，工質(zhì)依順序一次通過加熱、蒸發(fā)和過熱受熱面。進(jìn)口的工質(zhì)是水，出口工質(zhì)則是符合設(shè)計(jì)要求的過熱蒸汽。由于所有受熱面內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)是靠給水泵的壓頭來推動(dòng)的，所以在直流鍋爐中，受熱面中工質(zhì)都是強(qiáng)制流動(dòng)。直流鍋爐既可用于臨界壓力以下的鍋爐，又可用于臨界壓力以上的鍋爐，而超臨界壓力時(shí)只能采用直流鍋爐。2.超臨界鍋爐與亞臨界鍋爐的特點(diǎn)比較超臨界機(jī)組與亞臨界機(jī)組相比，其最大的區(qū)別就在于它的啟動(dòng)及控制系統(tǒng)。2.1直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)2.1.1直流鍋爐無儲(chǔ)存汽水的厚壁部件，為了保證水冷壁的冷卻，啟動(dòng)一開始就必須不斷地向鍋爐送進(jìn)給水。如果啟動(dòng)流量按30％額定流量計(jì)算，一臺(tái)容量為2102t/h的660MW鍋爐啟動(dòng)初期就需要約600t/h的啟動(dòng)流量。這樣多的給水流量既要經(jīng)過水質(zhì)的化學(xué)處理，又要在鍋爐內(nèi)吸收燃料燃燒放出的熱量，如果不利用，既會(huì)造成軟化水的大量浪費(fèi)，又會(huì)造成水質(zhì)處理過程運(yùn)行費(fèi)用和熱量的浪費(fèi)。因此，直流鍋爐有必要設(shè)置專門的回收工質(zhì)與熱量的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)就是直流鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于單元機(jī)組的成套啟動(dòng)，為了盡可能縮短汽輪機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間，必須使直流鍋爐的啟動(dòng)和汽輪機(jī)的啟動(dòng)能夠密切配合。這就是說，鍋爐送出的過熱蒸汽參數(shù)應(yīng)該按照汽輪機(jī)啟動(dòng)的要求逐漸提高。直流鍋爐啟動(dòng)過程中存在汽水的熱膨脹問題，熱膨脹不但會(huì)導(dǎo)致水冷壁管內(nèi)的水動(dòng)力不穩(wěn)定，還會(huì)導(dǎo)致過熱器出口的蒸汽達(dá)不到額定參數(shù)，甚至出現(xiàn)蒸汽帶水，危及機(jī)組安全運(yùn)行。2.2啟動(dòng)系統(tǒng)的作用建立啟動(dòng)壓力和啟動(dòng)流量，保證給水連續(xù)地通過省煤器和水冷壁，尤其是保證水冷壁的足夠冷卻和水動(dòng)力的穩(wěn)定性。在機(jī)組啟動(dòng)過程中，實(shí)現(xiàn)鍋爐各受熱面之間和鍋爐與汽輪機(jī)之間工質(zhì)狀態(tài)的配合。單元機(jī)組啟動(dòng)過程初期，汽輪機(jī)處于冷態(tài)，為了防止溫度不高的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后凝結(jié)成水滴，造成葉片的水擊，啟動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)起到固定蒸發(fā)受熱面終點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)汽水分離的作用。從而使給水量調(diào)節(jié)、氣溫調(diào)節(jié)和燃燒量調(diào)節(jié)相對(duì)獨(dú)立，互不干擾。2.3超臨界參數(shù)機(jī)組直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的分類、組成及比較2.3.12.4三種型式啟動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)比較內(nèi)容擴(kuò)容器式循環(huán)泵式熱交換器式優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)簡單、投資少、操作和運(yùn)行方便、自動(dòng)控制比較容易實(shí)現(xiàn)、維修工作量少系統(tǒng)簡單、工質(zhì)和熱量回收效果好、對(duì)除氧器設(shè)計(jì)無要求、適合于兩班制和周日停機(jī)運(yùn)行方式系統(tǒng)簡單、操作和運(yùn)行方便、自動(dòng)控制比較容易實(shí)現(xiàn)、工質(zhì)和熱量回收效果好、維修工作量少缺點(diǎn)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差、要求除氧器安全閥容量增大、不適合于兩班制和周日停機(jī)運(yùn)行方式投資大、運(yùn)行方式復(fù)雜、轉(zhuǎn)動(dòng)部件的運(yùn)行和維護(hù)要求高、循環(huán)泵的控制要求高投資大、金屬耗量大、要求除氧器安全閥容量增大2.5帶再循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)從啟動(dòng)時(shí)間看，配置高低壓汽機(jī)旁路與鍋爐循環(huán)泵是可以確保最短的啟動(dòng)時(shí)間；從鍋爐熱效率看，帶BCP循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)由于在啟動(dòng)時(shí)利用了高、低壓加熱器及爐內(nèi)的熱量，因此相比較沒有BCP循環(huán)泵的系統(tǒng)而言，其熱效率要高。但是帶循環(huán)泵的系統(tǒng)由于輔助系統(tǒng)多，設(shè)備費(fèi)用高，增加的投資大，而且系統(tǒng)的復(fù)雜隨之也帶來了每年必須的高額檢查維修費(fèi)用。2.6兩種啟動(dòng)循環(huán)系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟(jì)比較帶與不帶再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)，在國外成熟的市場(chǎng)中，根據(jù)運(yùn)行情況兩種啟動(dòng)方式都采用過，從我國目前的情況分析來看，在現(xiàn)階段不帶再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)較為適合中國的電力發(fā)展技術(shù)的要求，并具有較高的經(jīng)濟(jì)實(shí)用價(jià)值。但是隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及一次能源的受限，電力需求又增大，眼前的電力格局將被打破，此時(shí)將考慮啟動(dòng)時(shí)間的縮短和熱量損失問題與增加BCP循環(huán)系統(tǒng)所帶來的設(shè)備投資及運(yùn)行維修費(fèi)用進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)性比較后，再?zèng)Q定是否需要設(shè)置鍋爐循環(huán)泵。2.7超臨界鍋爐的溫度和壓力比亞臨界鍋爐高，因此對(duì)鍋爐提出了一些特殊的要求超臨界鍋爐受熱面工作條件就較亞臨界鍋爐為差，故對(duì)于受熱面鋼種、管道規(guī)格等選擇上提出較高的要求。需要采用更好的材料，否則易形成氧化層（Fe3O4），脫落后將引起汽輪機(jī)的“硬粒沖蝕”的問題。保證鍋爐在各種工況下水動(dòng)力的可靠性，在各種負(fù)荷下，從超臨界壓力到亞臨界壓力廣泛的運(yùn)行工況范圍內(nèi)，各水冷壁出口溫度上下幅度須限定在規(guī)定范圍內(nèi)，確保水動(dòng)力穩(wěn)定性不受破壞；尤其當(dāng)水冷壁懸吊管系中設(shè)有中間聯(lián)箱時(shí)，必須采取措施避免在啟動(dòng)分離器干濕轉(zhuǎn)換、工質(zhì)為兩相流時(shí)，聯(lián)箱中出現(xiàn)流量分配不均勻而使懸吊管溫差超限，導(dǎo)致懸吊管扭曲變形等問題。超臨界變壓運(yùn)行鍋爐水冷壁對(duì)爐內(nèi)熱偏差的敏感性較強(qiáng)，當(dāng)采用四角切園燃燒方式時(shí)必須采取有效的消除煙氣溫度偏差的措施（鍋爐出口兩側(cè)最大煙溫差不得大于50℃3.600MW超臨界和亞臨界機(jī)組性能的比較3.1熱經(jīng)濟(jì)性比較先將國內(nèi)部分600MW機(jī)組熱耗比較以下，情況如表1：（本表以上海石洞口二廠的機(jī)組作為參照標(biāo)準(zhǔn)）。由于制造廠和生產(chǎn)年代不同，機(jī)組的熱耗會(huì)存在較大的差異，例如，對(duì)于亞臨界300MW機(jī)組，上世紀(jì)70年代從WH引進(jìn)時(shí)，熱耗保證值為8081kJ/kWh，而現(xiàn)在國內(nèi)各制造廠所提供的保證值為～7820kJ/kWh，減少了3.23%。從上表也可以看出，國產(chǎn)機(jī)組中，象鄒縣電廠、平圩電廠等建廠早的機(jī)組，熱耗保證值較高，而哈爾濱三廠、吳涇電廠八期等新廠熱耗保證值較低。華能上海石洞口第二電廠，建設(shè)于上世紀(jì)80年代，投產(chǎn)于90年代初，僅具有國際80年代水平，與其他亞臨界壓力機(jī)組平均相差2.66%。國產(chǎn)超臨界機(jī)組由于在主蒸汽參數(shù)上提高，從而熱耗保證值比原來的石洞口二廠熱耗值減少了1.63%。3.2可靠性比較600MW超臨界機(jī)組與亞臨界機(jī)組對(duì)于汽輪機(jī)主要是高壓缸及高壓通流部分的區(qū)別，鍋爐主要是汽水流程不同，其他基本是相同的；輔機(jī)絕大部分是相同的。機(jī)組的系統(tǒng)基本相同，許多先進(jìn)的設(shè)計(jì)對(duì)于兩者均適用。3.3環(huán)保效益由于超臨界機(jī)組比亞臨界機(jī)組的煤耗降低，而且鍋爐設(shè)計(jì)中采用了低NOX燃燒技術(shù)，電廠所排放到大氣中的二氧化碳、二氧化硫、氧化氮及煙塵均可以減少，超臨界機(jī)組有利于環(huán)保，符合國家的產(chǎn)業(yè)政策。結(jié)語通過以上對(duì)亞臨界機(jī)組和超臨界機(jī)組技術(shù)、可