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超超临界压力锅炉的发展及应用电动机

时间:2022年09月09日

超超临界压力锅炉的发展及应用

超超临界压力锅炉的发展及应用 2011:   节约一次能源,加强环境保护,减少有害气体的排放,降低地球的温室效应,已越来越受到国内外的高度重视。我国电力总装机容量已逾3亿KW,但火电机组平均单机容量不足10万kW,平均供电煤耗达399g/(kW·h),比国外先进水平高70~80g/(kW·h),高出25%以上,资源浪费太大,废气排放严重。从目前世界火力发电技术水平来看,提高火电厂效率的方法除整体煤气化联合循环(IGCC)、增压流化床联合循环(PFBC)外,还有超超临界压力技术(USC)。我国已经把大幅度提高发电效率、加速发展洁净煤技术的超超临界机组作为我国可持续发展、节约能源、保护环境的重要措施。1 超超临界压力锅炉的发展  世界上第一台实验性的超临界锅炉是西门子公司根据捷克人马克·本生1919年的专利方案制造的。超超临界机组并不是按步就班由22.2MPa、538℃/538℃向上发展的,蒸汽参数经历高—低—高的过程。1949年原苏联安装了第一台超超临界试验机组,直流锅炉出口参数为29.4MPa、600℃(12t/h),经节流至15MPa后通入汽轮机,以后又生产了29.4MPa、650℃型号为P—100—300的100MW机组,作为改造中压机组的前置级。1956年西德投运1台参数为34MPa、610℃/570℃/570℃、容量为88MW的机组。美国在50年代末投运了2台具有代表性的超超临界机组,菲罗电厂6号机组,容量为125MW、参数为31MPa、621℃/566℃/538℃;艾迪斯顿电厂1号机组,参数为34.3MPa、649℃/566℃/566℃、容量为325MW。费城电力公司的这台艾迪斯顿1号机从1960年开始按设计参数运行8年,后因出现一些故障,主要是材料问题,1968年起参数降为31MPa、610℃/557℃/557℃。美国一开始就试制这样高参数的超超临界机组,不可避免地频繁发生事故,故不得不降低参数运行。在开发初期,过高的蒸汽参数超越了当时的技术水平。以后将蒸汽降至24.1MPa、538℃~566℃,并逐步完善,这种蒸汽参数保持了20余年。日本引进美国的技术并结合欧洲的适合变压运行的本生式直流炉,成功地开发了超超临界机组。在1989年和1991年成功地投运2台700MW、31MPa、566℃/566℃/566℃的机组,运行情况良好,可用率水平很高。1998年投运主蒸汽和再热蒸汽温度均为600℃的原町2号1000MW机组,该机组实测发电机端效率达44.7%。欧洲在1995~1999年间至少投运9台蒸汽压力28.5MPa~31.0MPa、温度545℃~587℃的超超临界机组,在建的还有10台,并将蒸汽温度提高至600℃以上。其中丹麦已投运的2台超超临界机组的热效率可达47%~49%。2 蒸汽参数的选择  机组的蒸汽参数是决定机组热经济性的重要因素。一般,压力是16.6~31.0MPa、温度在535℃~600℃的范围内,压力每提高1MPa,机组的热效率上升0.18%~0.29%;新蒸汽温度或再热蒸汽温度每提高10℃,机组的热效率就提高0.25%~0.3%;如果采用二次再热的机组就比一次再热机组的热效率高1.5%~2.0%。现在常规的超临界机组采用的蒸汽参数为24.1MPa、538℃/566℃。超超临界机组一般采用二次再热,其参数为:31.0MPa、566℃/566℃/  566℃或31.0MPa、593℃/593℃/593℃或34.5 MPa、649℃/593℃/593℃。超超临界机组的供电端效率见表1所示。 随着参数的提高,对材料的要求、产品开发的技术难度、机组的造价也越来越高,比较超超临界机组的3种参数,前2种现实性更大些。随着科技的不断发展,到2005年超超临界机组的参数可为33.5MPa、610℃/630℃/630℃;到2015年参数可达40MPa、700℃/720℃/720℃。3 超超临界压力锅炉的关键技术  超超临界压力锅炉的关键技术是多方面的,在设计和制造上都有高难技术,如材料的选择、水冷壁系统及其水动力安全性、受热面布置、二次再热系统汽温的调控等,其中热强度性能高、工艺性好、价格低廉的材料的开发是最关键的问题。3.1 材料  早期的超超临界锅炉使用了大量的奥氏体钢,而奥氏体钢比铁素体钢具有高的热强性,但热膨胀系数大、导热性小,抗应力腐蚀能力低、工艺性差,热疲劳和低周疲劳性能(特别是厚壁件)也比不上铁素体钢,且成本高得多,出现许多奥氏体钢制部件损伤事故。世界各国一直致力于开发新材料和新工艺,改进和开发新型铁素体钢和改进了奥氏体耐热钢。欧洲开发出用于625℃的新型铁素体钢E911;美、日等国协作研究了如9%~12%Cr钢NF616、HCM12A和TB12M等新材料;最近15~20年新型铁素体—马氏体的9%~12%Cr钢研制开发成功,允许主蒸汽温度提高至610℃,压力达到30MPa,再热蒸汽温度至625℃。特别是550℃~625℃铁素体耐热钢的开发成功降低了超超临界机组造价。由于蒸汽参数的提高,高温部件的工作环境更为恶劣,因此也必须采用更高级的材料来满足要求。3.2 水冷壁  超超临界压力锅炉的水冷壁系统,主要集中在螺旋管圈水冷壁和由内螺纹管组

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