第二章 超临界锅炉的特性及本厂超超临界机组概述

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1、第一节超临界直流锅炉的一些特性对于水和水蒸气而言，压力超过临界压力22.129MPa的状态，即为超临界状态，对应的饱和温度为374.15度。采用超临界技术的机组的最大优势是大幅度提高了循环热效率，降低发电煤耗。一、超临界直流炉的特点：直流锅炉依靠给水泵的压头将锅炉给水一次通过预热、蒸发、过热各受热面而变成过热蒸汽。对于超临界直流炉一般有以下特点：超临界直流炉取消了汽包，且水冷壁的金属储热量及工质储热量小，即热惯性小，能快速启停，响应负荷的速率快；为了达到较高的质量流速，必须采用小管径水冷壁。这样不但提高了传热能力，减少了金属耗量；因此锅炉本体金属消耗量小，锅炉质量小；但是由于参数

2、较高，对金属材料的要求较高，总成本较高；水冷壁的流动阻力全部依靠给水泵克服，给水泵的功耗较大；为保证锅炉启动时的最小流量，特别设置了一套启动系统，在启动初期即相对于控制循环的一个汽包炉，回收工质和热量；汽温调节采用中间点温度作为超前信号，水煤比主调，喷水减温作为细调；直流炉由于不存在排污，故要求给水品质极高，且在启动阶段有一冷态冲洗和热态冲洗过程，以去除系统中的铁；由于变压运行，为防止传热恶化，任何情况下都必须限制水冷壁的壁温飞升；超临界直流炉对热工自动化程度要求极高。二、超临界机组循环热效率超临界机组循环热效率除了汽轮机技术因素外，另一个主要因素就是锅炉的压降损失。其中水冷壁的

3、压降损失最大，限制其压降损失，采用限制质量流速的办法。但是上面提到要有较高的质量流速，这是从锅炉的安全出发的，为此水冷壁管现一般采用内螺纹管，在很大程度上解决了这个问题。而且还可在很大程度上消除炉膛热偏差对水冷壁的影响，克服了传热恶化。特别是在炉膛高热负荷区域采用类螺纹管，可避免锅炉在亚临界压力下的膜态沸腾，也可推迟或避免超临界压力下的类膜态沸腾。这在目前已经有了比较成熟的技术。特别是对于带炉水泵的启动系统，在低负荷时有足够的流量并达到水冷壁冷却要求的质量流速，高负荷时质量流速也不至于过高。三、超临界锅炉水冷壁工作特性：1、超临界压力下水冷壁管内工质温度随吸热量变化。随着水冷壁吸

4、热量的增加，管内工质温度不断提高。2、水冷壁管内传热与工质物理特性密切相关。在拟临界温度附近，随着工质吸热量增加，工质温度变化不大，比体积急剧变化导致膨胀量迅速增大，容易引起水动力不稳或流量分配不均；温导系数急剧变小，可能引起工质对管壁的传热恶化，导致类模态沸腾。在这区域工质温度此时变化不大。在该区域外，工质比热容很小，温度随吸热变化较大。因此应该控制下辐射区水冷壁的吸热量，使大比热容区域避开受热最强的区域。故应该调整好水煤比，控制好中间点温度，否则发生类膜态沸腾导致传热恶化时，管内工质温度并没有明显升高，但壁温出现大幅升高或壁温偏差增大。类模态沸腾：大比热容区内，随着水冷壁管吸

5、热量增加，靠近管子壁面处的流体温度提高，密度降低，温导系数降低，使传热性较差的流体与管壁接触，在热负荷较大时就可能导致水冷壁管壁冷却不良，以致发生传热恶化。超临界压力下工质的大比热容特性：比热容：单位质量的某种物质温度升高1℃吸收的热量叫做这种物质的比热容，简称：比热，用字母“c”表示。是一个复合单位，是由质量、温度、热量的单位组合而成的。在国际单位制中，比热的单位是焦耳/（千克·摄氏度）读作焦每千克摄氏度3、热强度越大的管子或管屏流量越小（强制流动与自然循环不同）。因为随着吸热量增加，工质温度上升，导致工质比体积增大，流速提高，流动阻力相应增加，当工质流动阻力增加到与管组两端的

6、压差相同时，受热强的管中工质流量就会自动减少。故受热越强的管壁越危险。所以要加强对水冷壁温度测点的监视。这在运行过程中是经常出现的一个现象。从现实运行经验来看，超临界直流锅炉水动力不稳定性多发生在机组低负荷且水冷壁热负荷分布不均的情况下。水冷壁热负荷分布主要决定于火焰中心位置及受热面结焦和积灰等条件。低负荷时，由于制粉系统的运行方式变化炉膛的火焰充满度肯定发生变化，一旦发生火焰中心的偏斜，就容易产生热偏差。在热偏差的作用下，管屏间或管内流量重新分配，在热负荷高的管屏或管内，加热段变短，汽水两相流及蒸汽过热段变长，使流动阻力大幅增加，导致流量自动减少，从而超温，甚至可能导致水冷壁发

7、生爆管。4、变压运行时水冷壁工质跨越亚临界压力和临界压力然后过渡到超临界压力区。由此可见，超临界直流炉对锅炉下部炉膛水冷壁及灰斗是有一定要求的，必须保证在各种负荷下均有足够的冷却能力，并能有效地补偿沿炉膛周界上的热偏差，水动力特性稳定。有些锅炉配置的是螺旋管圈，作用是很明显的。而有些锅炉配置一次上升内螺纹管垂直管屏水冷壁，加装了带有混合器和分配器的水冷壁中间联箱，以降低水冷壁下联箱出口的工质温度偏差（如浙江玉环电厂）。所以对于带启动循环泵系统的锅炉，是可以完全满足低负荷水冷壁有足