锅炉总论2 超临界参数锅炉的发展

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超临界参数锅炉是现代高效、清洁发电技术的重要组成部分，其发展标志着火力发电技术的重大突破。与亚临界和临界锅炉相比，超临界参数锅炉通过在更高压力和温度下运行，显著提高了热效率，降低了煤耗和污染物排放，成为全球能源领域关注的焦点。

超临界参数锅炉的工作原理基于水和蒸汽的相变特性。当压力超过22.1MPa（临界点）时，水和蒸汽不再有明确的分界线，介质进入超临界状态。在这种状态下，锅炉能够更高效地将燃料的化学能转化为热能，并驱动汽轮机发电。随着材料科学的进步，特别是高温合金和耐腐蚀材料的研发，超临界锅炉的压力和温度不断被提升，逐渐发展出超超临界锅炉，甚至更高参数的先进锅炉。

超临界参数锅炉的发展始于20世纪50年代，最初主要用于实验研究。到20世纪80年代，欧美国家率先实现了商业化应用。近年来，中国在超临界锅炉技术领域取得了显著进展，不仅掌握了关键设计和制造技术，还开发了具有自主知识产权的超超临界锅炉，部分指标达到国际领先水平。

未来jtt+887—2023+营运车辆质心位置测量方法，超临界参数锅炉的发展将更加注重环保性能和经济性，例如结合碳捕集与封存（CCS）技术、提高燃烧效率以及探索新型燃料的应用。这些努力将为实现低碳化能源转型提供重要支撑，同时推动全球电力行业的可持续发展。

为了发展高效率的超超临界机组，从80年代初开始美国、日本和欧洲都投入了大量财力和研究人员开展了各自的新材料研发计划，这些材料分别针对不同参数级别的机组，如593℃(包括欧洲的580℃机组和日本的600℃机组)级别、620℃级别、650℃级别和正在研发之中的更高温度级别的机组。新开发的耐热材料在投入正式使用之前进行了大量的实验室和实机验证试验。到目前为止欧洲已经成功投运了主汽温度为580℃的超超临界机组，日本投运了主汽温度为600℃的机组，从材料的实机验证结果来看，国际上目前成熟的材料已经可以用于建造620℃的机组，而据日本最新的报导称已经可以提供650℃机组所需的关键部件材料。

结论：1.早期(50年代末)以美国为代表，更注重提高初压(30MPa或以上)，并采用两次再热。使结构与系统趋于复杂，运行控制难度趋于提高，机组可用率下降。因此，美国早期只生产了三台超超临界机组之后便停止生产。到80年代，又退回到超临界参数。2.中期(80年代末)日本由川越电厂31MPa／566℃／566℃／566℃超超临界为代表，走的是一条从引进到自主开发，有步骤、有计划的发展之路。3.近期(90年代始)，日本由川越电厂31MPa／566℃／566℃／566℃超超临界参数，压力调整为(24—25)MPa，温度由566℃／593℃稳步上升为600℃／600℃的发展方向，取得了显著的成功。

8.锅炉布置型式按各公司传统，有П型布置及半塔型布置。日本超超临界锅炉全部采用П型布置，德国、丹麦全部采用塔式布置，这主要是各自的传统技术所决定的。9.燃烧方式按各公司传统，有切圆燃烧和对冲燃烧。日本IHI、日立公司制造的超超临界П型炉均采用了前后墙对冲燃烧方式三菱重工的锅炉燃烧方式为单炉膛或双炉膛燃烧方式，两种燃烧方式都可以减少炉膛出口烟温偏差。欧洲的超超临界塔式炉不存在烟温偏差问题，燃烧方式既有四角切园燃烧，又有对冲燃烧，还有个别的双切园燃烧和八角单切园燃烧。

10.水冷壁型式为垂直管屏和螺旋管圈二种型式共存。美国早期为垂直管屏，欧洲为螺管圈；90年代后，除日本三菱公司新开发了内螺纹垂直管屏外，其余全部采用螺旋管圈。11.已投运的1000MW级超超临界机组以双轴机组居多，但随着汽轮机超长末级长叶片的开发应用，大容量单轴机组已成为发展的趋势。

专题二：切圆燃烧煤粉炉超大型化面临的选择

(1)炉膛出口烟温偏差容量（MW）200 300 600最大偏差(°C)100 150 200原因：炉膛出口气流的残余旋转；煤粉颗粒的燃尽延迟；单股煤粉气流螺旋运动的影响。

一、切圆燃烧煤粉炉大型化面临的燃烧新问题

按照传统设计，容量增加，燃烧器层数并不按比例增加。300MW增大至600MW时燃烧器层数由5层增加至6层，燃烧器个数由20增加至24。那么从600MW增加到1000MW等级，燃烧器也最多增加一层左右。如果设计不当，可能给燃尽带来不利影响，尤其是对于燃尽特性差的煤。这点与我国大量电厂运行事实一致，即：到300MW容量等级为止，随锅炉容量增大，未燃q4不断下降。从300MW增加600MW容量，q4下降趋缓，有的甚至不降反升[4]。

第一容量阶段（100MW以下）：通常是根据煤种选择炉膛容积热负荷Qv。Qv不变意味着炉内燃料的平均停留时间也不变。在这一容量区间由于炉膛温度较低燃烧通常处于动力控制区域。随锅炉容量增大炉膛温度升高化学反应速率随之增大，因此未燃尽炭损失也随之下降。

控制q4：化学反应动力学（速度）扩散停留时间

第三容量阶段（300MW以上）燃烧逐步进入湍流混合控制区。其原因一方面是随火炬尺寸增大所需的湍流混合时间增加；而另一方面随锅炉容量增大，燃烧器层数增加，比值HB/HF增大，因而停留时间的分布特性变坏。虽然平均停留时间继续随炉子容量增大而加长。但实际最短的停留时间min却有可能下降，比较所需混合时间mix与炉子可提供的停留时间min随容量的变化趋势。即可见在这一容量区间如设计不当，炭未燃尽损失q4就有可能随锅炉容量的增大而加大

受热面塔式布置燃烧器的单炉膛双切圆布置（前后墙旋流燃烧器）

二、解决超大型切向燃烧锅炉问题的方法

三、塔式锅炉（一）历史塔式锅炉最先出现于欧洲。促进塔式锅炉发展的原因主要可归结为燃料及灰渣特性，以及锅炉容量增大引发的结构布置上的问题两个方面。欧洲大陆的许多国家，如德国、捷克、波兰，罗马尼亚、比利时、瑞士、南斯拉夫等国家的褐煤资源非常丰富，为了燃用这种高灰分、水分、低热值的褐煤，解决飞灰对对流受热面磨损，以及锅炉容量增大，布置困难的问题，于60年代开发了适合于褐煤的塔式锅炉。其后在容量上也经历了由小到大的发展，被广泛应用于燃用不同煤种。

70年代末引进了几台300MW级机组的塔式锅炉：元宝山电厂l号锅炉系引进瑞士苏尔寿公司945t／h低循环倍率塔式褐煤锅炉；姚孟电厂二期工程的锅炉系引进比利时制造、苏尔寿专利的2台923.74t／h塔式直流锅炉(螺旋管圈)。80年代中期，我国又分别引进了300MW及500MW级机组的塔式锅炉：太原一电厂五期工程系引进波兰制造、苏尔寿专利的2台1025t／h低循环倍率塔式、多灰分贫煤锅炉神头二电厂一期工程系引进捷克制造、苏尔寿专利的2台1650t／h低循环倍率塔式、多灰分烟煤锅炉。

（二）塔式锅炉特点：1.防磨性能。2.便于疏水。塔式锅炉的过热器、再热器及省煤器均为水平布置，所以管内疏水可全部排尽，有利于启动、停炉检查和保养。此外也有利于过热器，再热器酸洗。而Π型锅炉则难于做到。3.对流受热面布置方便。Π型布置时，由于受到尾部烟道空间位置的限制，烟速很难降到塔式布置的烟速。以300MW机组Π型布置的直流锅炉为例，如果其他条件不变，省煤器烟速从8m／s下降到6m／s，传热系数约减少18％，受热面积约需增加22％，同样高温过热器的烟速从12.5m/s降到8m／s，传热系数约下降27.6％，受热面积约需增加40％，显然，Π型布置锅炉要增加如此多的受热面谈何容易，而塔式布置锅炉则容易做到。

4.煤种适应性广。凡Π型布置能适应的煤种，塔式布置都能适应．反之，Π型布置较难实施的煤种，塔式锅炉也能实施。根据德国电厂的实践，塔式锅炉不仅适用于燃油、燃气，也适用于燃煤；更适于燃用高灰、多水、低熔点、低热值的褐煤以及高灰分的烟煤、贫煤等。5.占地面积小，且有利于制粉及燃烧系统设备和烟、风、煤粉管道的布置。6.炉顶的穿墙管大量减少，易于解决炉顶的密封问题。7.锅炉钢架金属耗量大。由于塔式布置的锅炉炉体高，整个炉体悬吊在炉顶，荷载高且集中，使锅炉支撑结构金属耗量相对增大。8.安装与检修复杂。由于塔式锅炉炉体高，使设备安装和检修复杂化，锅炉吊装需使用高型起吊设备或液压提升装置及专用机具，且难度也较大，安装工期也较其他常用炉型长。

dbj04t386-2019标准下载图1塔式布置1.一级过热器2.三级过热器3.二级再热器4.二级过热器5.一级再热器6.省煤器

无水平烟道，不存在烟温偏差

（一）历史美国燃烧工程公司(CE)自1968年为宾夕法尼亚州的Keystome电厂制造了第一台850MW的单炉膛双切圆燃烧锅炉起，至今至少有十台容量大于700MW的锅炉采用了这种燃烧方式。锅炉采用了8组燃烧器，在炉内形成两个切圆，但是炉膛中部却没有双面水冷壁。日本三菱公司至少也已有16台这样的机组在运行，其中10台为燃煤机组，包括我国福建新近投产的后石电厂1号超临界锅炉(600MW)在内，最小的机组容量为600MW。现三菱公司对外提供的单炉膛四角切向燃烧与单炉膛双切圆燃烧方式适用机组容量为：单炉膛四角切向燃烧方式适用的锅炉容量上限大约为800MW，而单炉膛双切圆燃烧方式自500MW起用到1100MW。

图3双切园布置示意图(从炉膛上面向下看)

（二）减少烟温偏差原理

图4单炉膛双切圆降低炉膛出口烟温偏差的原理示意(a)切向燃烧炉膛出口的速度分布(b)切向燃烧炉膛出口的烟气热偏差(c)单炉膛双切圆的烟气热偏差

在无双面水冷壁的单炉膛双切向燃烧锅炉中，如果正确选择切圆的旋向，将两个相对独立燃烧系统的对流热偏差与整体单一火焰辐射系统的辐射热偏差进行合理的搭配和补偿，则炉膛出口区域总的烟气热偏差将有可能大大降低。这也是国外П型布置切向燃烧锅炉超大型化后采用单炉膛双切圆燃烧方式的原因。相反，如果是采用双炉膛双切圆的布置方式，则两个炉膛的辐射场也是独立的，不可能取得辐射与对流偏差互补的效果，其结果只相当于锅炉容量减小一半，热偏差略有下降。可见，双切圆燃烧锅炉取消双面水冷壁不仅仅是为了简化制造工艺，更重要的是应从消除热偏差的性能设计来考虑。

双切圆八角布置在不增加燃烧器层数（与600MW相比），使燃烧器个数增加1倍，大大减少了减少湍流混合时间，同时燃烧器总高度没有明显增加某公司全玻璃幕墙施工方案，有利于提高燃尽率。