至对流烟道包墙 顶棚管 力式分离器 至二级喷水减温器 炉 膛 省 煤 器 循环泵 高压加热器 给水泵
图2 带循环泵的启动系统 当然最大的质量流速降低不只与启动系统有关,同时也和采用内螺纹管、螺旋管倾角增大和采用多种减小热偏差的措施有关。但起决定作用的还是采用带有循环泵启动系统和内螺纹管。
3 燃烧技术及低污染排放
新一代超临界锅炉对燃烧技术提出了更高的要求,主要体现在所要求的燃烧设备既能满足低负荷下不投油稳定燃烧(当燃用烟煤、30%负荷)的要求,又要求降低NO*的生成量,同时还要求降低燃烧器区域水冷壁的局部热强度。本文简要叙述主要的技术方向。即燃烧配风一般采用多级布风方式(燃烧器本身三级、燃烧器上部两级配风),火焰燃烧经过过
至 冷 凝 器
量空气系数<1 的着火区和氧化氮还原区,最后才经过过量空气系数>1的燃尽区实现完全燃烧。而新技术的主要特点是实现在火焰内脱氮和炉内脱氮。同时采用小功率旋流式燃烧器对冲布置或浓淡浓新型直流式燃烧器四角布置,在大型锅炉上还采用单炉膛双切圆的辐射和对流互补热偏差的综合性技术。
4 金属材料
超临界机组的主要技术特征是随着蒸汽参数的大幅度提高,锅炉、汽轮机、蒸汽管道、高压加热器等需要采用新材料,以提高耐高温、抗蠕变能力和承受超临界压力的强度,并减小壁厚,提高机组对快速负荷变化的适应能力。蒸汽参数越高,也需要采用高性能的金属材料,造价也高。
5 消除热偏差技术
5.1 采用小功率旋流式燃烧器对冲燃烧方式
引进技术国产化600 MW 超临界锅炉采用对冲燃烧方式。国内运行实践表明,其独特优点是可以减小烟气侧的热偏差。热偏差为1.02~1.04。同时,为了进一步消除蒸汽侧和烟气侧的热偏差,还采取以下措施:
(1)采用小容量的旋流式燃烧器,沿炉膛宽度均匀、对称布置,再通过燃烧调整实现单只燃烧器的风粉均匀分配,使炉膛出口烟气流量和温度偏差都较小;
(2)各级过热器以及各级再热器之间集箱间的连接采用
大口径管道左右交叉;
(3)保持各受热面管排相同的横向节距;
(4)合理选择各集箱内径,在进口集箱设计节流孔; (5)屏式过热器管间长度一致,使受热偏差、结构偏差和流量偏差减小。
5.2 对流与辐射互补抵消热偏差的双切圆燃烧方式(见图3)
单炉膛 对流热曲线 无双面水冷壁 辐射热曲线 辐射+对流热偏差 对流热曲线 辐射热曲线 辐射+对流热偏差
图 3 对流与辐射互补的双切圆燃烧方式
2个相对独立的反向切圆燃烧方式,将对流热偏差与整体单一火焰辐射系统的辐射热偏差相互补偿或抵消,使热偏差尽可能减小。
新一代超临界机组锅炉技术发生了重要变化,主要表现在锅炉水冷壁、燃烧技术、启动系统、金属材料等,其中水
冷壁技术和燃烧技术处于优先水平。采用引进技术国产化超临界机组,可以弥补国内超临界机组技术单纯依靠进口设备造成的价格过高,又及时引人新技术以缩短国内超临界技术与世界先进技术的差距。在实现国产化后,还需要研究适合中国煤质多变的燃烧技术和系统优化设计以及运行调节技术。
二.我国发展超临界机组需解决的关键技术
对照国外超临界技术发展的经验,结合我国目前的实际情况,可列出我国发展超临界机组需解决的关键技术如下:
(1)超临界机组系列选型及系统配置的研究:包括超临界机组锅炉、汽轮机、发电机、主要辅机等系列选型,超临界机组热力系统优化设计,超临界机组汽机旁路系统选型;
(2)大型超临界锅炉关键技术研究:包括超临界锅炉炉型及燃烧系统配置方式,关键受压部件结构优化设计和寿命管理;
(3)大型超临界汽轮机关键技术研究:包括超临界机组转子动力特性,固体颗粒冲蚀特性和防护措施,末级长叶片振动应力和疲劳寿命,高温高压部件温度场、应力场和蠕变疲劳寿命;
(4)大型超临界单轴900 MW(百万千瓦级)机组汽轮发电机关键技术研究:包括发电机转子装配结构件应力水平、配合要求及材料选择,发电机转子通风选择,励磁方式,轴系、
振动及汽轮机、发电机联接的分析,定、转子绝缘结构;
(5)超临界机组材料的国产化研究:包括超临界汽轮机高温材料和锻件材料,超临界锅炉过热器、再热器材料,国产P91钢管性能试验及管件开发;
(6)超临界机组自动控制关键技术研究:包括超临界机组仪表和自动控制系统,超临界机组关键仪表;
(7)超临界机组主要辅机设备研制:包括超临界机组锅炉给水泵组,超临界机组锅炉再循环水泵,超临界机组高压阀门国产化;
(8)超临界机组运行技术研究:包括超临界机组合理运行方式,超临界机组动态特性,超临界机组安全经济在线监测诊断技术,超临界汽轮机末级长叶片变负荷时的流场和动应力及调峰性能,超临界机组汽水品质控制和停机保养技术。
第二节 我国超临界锅炉发展现状及发展前景 一、我国超临界机组发展现状
到目前为止,我国发电量的75%是由小于300 MW的机组提供的,其电厂效率在27%~29%,远低于发达国家的35%~40%。我国自20世纪80年代开始陆续引进并投运了一批超临界机组,如已投运的华能石洞口二厂2 x 600 MW、华能南京热电厂2 x 300 MW、华能营口电厂2 x 300 MW,绥中电厂2 x 800MW、外高桥电厂二期2 x 900 MW等发电厂。经过一段时