超临界型锅炉

超临界锅炉概述

超临界锅炉

锅炉内的工质都是水，水的临界压力是:22.115MPa 374.15 ℃;在这个压力和温度时，水和蒸汽转化汽化潜热等于零，不存在两相区，即水变成蒸汽是连续的，并以单相形式进行，就叫水的临界点，炉内工质压力低于这个压力就叫亚临界锅炉，大于这个压力就是超临界锅炉，目前,国内将工质压力大于26MPa被称为超超临界锅炉,准确的说应该叫高效超临界锅炉。

超临界、超超临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果，超超临界机组与超临界机组相比，热效率要提高1.2%，一年就可节约6000吨优质煤。未来火电建设将主要是发展高效率高参数的超临界(SC)和超超临界(USC)火电机组，它们在发达国家已得到广泛的研究和应用。

超临界锅炉技术于上个世纪90年代初在欧洲问世，是国际上最为先进的燃煤发电技术，具有煤耗低、环保性能好、技术含量高的特点。超超临界机组的发电效率比我国近期主要采用的亚临界机组高出10%，比超临界机组高出6~8%。1998年，最早投入运行的超超临界机组安装在丹麦的Nordjyllands发电厂，由丹麦BWE公司设计生产，发电效率创造了新的世界记录，达到47%。

我国于2002年把开发超超临界锅炉列为国家863重大项目攻关计划，2003年原国家经贸委和科技部都把超超临界锅炉列入国家重大技术装备研制计划。

我国当前在建电厂项目中主要采用亚临界机组和超临界机组，亚临界机组以国产为主，超临界机组主要依靠进口，已经投入运行的超临界机组有10余台。

与超超临界机组有关的主要运行数据:我国目前运行的发电厂，平均发电效率在35%以下，单电煤耗为380克标准煤以上;我国设计生产的亚临界机组的发电效率在38%左右，单电煤耗约350克标准煤;我国引进的超临界机组的发电效率在41%左右，单电煤耗约310克标准煤;以三菱、日立为代表的日本超超临界机组发电效率在48%左右，单电煤耗约265克标准煤。如果采用超超临界技术发电，和我国现在运行的机组效率相比，每度电至少可以节煤50克，按现在的装机容量，每年可节煤两亿吨。

2004年11月23日凌晨1时17分,由中国东方电气集团公司东方锅炉为华能沁北电厂提供的国产首台60万千瓦超临界锅炉顺利通过168小时试运行并投入商业运行。该项目成功填补60万千瓦超临界锅炉国产化空白。东方电气由此跻身为全球大容量电站锅炉品种最齐全的锅炉制造商。

为抓住国家电力快速发展的机遇,东方电气把列为国家重大技术装备国产化攻关计划的60万千瓦超临界机组锅炉作为开发重点。从2002年5月15日与沁北电厂正式签订供货合同后,东方电气仅用23个月就完成国外大公司要用27个月才能完成的研制任务,比合同期提前4个月零8天,创造出国内外研制同类产品最短周期的新纪录。

华能沁北电厂一期工程是我国首台600MW国产化超临界燃煤机组依托项目，建设规模为120万千瓦，安装2台600MW国产化超临界参数燃煤发电机组。机组主设备国产化方案按照引进技术、联合设计、合作生产的方式，锅炉采用了东方锅炉(集团)股份有限公司引进日本巴布科克-日立公司技术制造的DG1900/25.4-Ⅱ1型锅炉，汽轮发电机采用哈尔滨汽轮机厂引进日本三菱公司技术制造的CLN600-24.2/566/566型汽轮发电机。

国产首台60万千瓦超临界示范机组锅炉的研制成功和投入运行,用事实证明60万千瓦超临界锅炉、100万千瓦超超临界机组锅炉硬件制造100国产化完全可以实现。这一国产化重大技术装备的研制成功,将大大降低60万千瓦超临界机组锅炉的采购成本,为全国范围内普及高效率、低煤耗、低污染排放的60万千瓦超临界机组创造了条件。据测算,如果今后全国60万千瓦及以上超临界机组能占到发电设备的50以上,每年就可节省煤炭几亿吨。这将对我国电力工业的发展产生深远影响

超临界锅炉的特点

超临界火电技术由于参数本身的特点决定了超临界锅炉只能采用直流锅炉，在超临界锅炉内随着压力的提高，水的饱和温度也随之提高，汽化潜热减少，水和汽的密度差也随之减少。当压力提高到临界压力(22.12Mpa)时，汽化潜热为0，汽和水的密度差也等于零，水在该压力下加热到临界温度(374.15℃)时即全部汽化成蒸汽。超临界压力临界压力时情况相同，当水被加热到相应压力下的相变点(临界温度)时即全部汽化。因此超临界压力下水变成蒸汽不再存在汽水两相区，由此可知，超临界压力直流锅炉由水变成过热蒸汽经历了两个阶段即加热和过热，而工质状态由水逐渐变成过热蒸汽。因此超临界直流锅炉没有汽包，启停速度快，与一般亚临界汽包炉相比，超临界直流锅炉启动到满负荷运行，变负荷速度可提高1倍左右，变压运行的超临界直流锅炉在亚临界压力范围内超临界压力范围内工作时，都存在工质的热膨胀现象，并且在亚临界压力范围内可能出现膜态沸腾;在超临界压力范围内可能出现类膜态沸腾。超临界直流锅炉要求的汽水品质高，要求凝结水进行100%除盐处理。由于超临界直流锅炉水冷壁的流动阻力全部依靠给水泵克服，所需的压头高，即提高了制造成本又增加了运行耗电量且直流锅炉普遍存在着流动不稳定性、热偏差和脉动水动力问题。另外，为了达到较高的质量流速，必须采用小管径水冷壁，较相同容量的自然循环锅炉超临界直流锅炉本体金属耗量最少，锅炉重量轻，但由于蒸汽参数高，要求的金属等级高，其成本高于自然循环锅炉。

超临界机组具有无可比拟经济性，单台机组发电热效率最高可达50%，每kW/h煤耗最低仅有255g(丹麦BWE公司)，较亚临界压力机组(每kW/h煤耗最低约有327g左右)煤耗低;同时采用低氧化氮技术，在燃烧过程中减少65%的氮氧化合物及其它有害物质的形成，且脱硫率可超98%，可实现节能降耗、环保的目的 。