700℃等级超超临界锅炉介绍.pdf

第 2期 2 0 1 2年 3月 锅炉制造 BOⅡ正 R MANUF ACTURI NC No ． 2 M a r ． 2 0 1 2 文章编 号 C N 2 31 2 4 9 2 0 1 2 0 2 0 0 0 5 0 3 7 0 0 C ；C等级超超 临界锅炉介绍 张国伟 哈尔滨锅炉厂有限责任公司， 黑龙江 哈 尔滨 1 5 0 0 4 6 摘要 我国煤电占总发电量 8 0 ％以上 ， 如何进一步提高火力发电的效率和降低污染物的排放， 已经是刻不 容缓的问题。7 0 0℃等级先进超超临界发电技术的核心优势在于机组效率高、 低污染， 但其主要技术瓶颈在 于7 0 0 o C 使用温度下金属材料的研制、 加工制造工艺的研发以及降低新材料带来的巨额工程投资。 关键词 7 0 0℃； 二次再热； 耐高温材料； 镍基合金材料 中图分类号 T K 2 2 9 文献标 识码 B I n t r o d u c t i o n o f 7 0 0 o C Gr a d e Ul t r as u pe r c r i t i c a l Bo i l e r Zh a n g Gu o we i H a r b i n B o i l e r C o ． L t d ． ， 1 5 0 0 4 6 H a r b i n ， H e i l o n g j i a n g Ab s t r a c t Ch i n a’ S c o a lfir e d e l e c t ric i t y i n t o t a l g e n e r a t i n g c a p a c i t y o f mo r e t h a n 8 0 pe r c e n t ， h o w t o f ur t h e r i mp r o v e t h e r ma l e ffic i e n c y a n d r e d u c e e mi s s i o n s o f p o l l u t a n t s， i s a l r e a d y p r e s s i n g i s s ue ．t h e c o r e a d v a n t a g e o f 7 0 0 c C g r a d e a d v a n c e d u l t r as u p e r c r i t i c a l p o we r g e n e r a t i o n t e c h n o l o g y i s u n i t e f - f i c i e nc y， l o w p o l l u t i o n， bu t i t s ma i n bo t t l e n e c k i s me t a l ma t e r i a l s r e s e a r c h， ma n u f a c t u rin g p r o c e s s de v e l o p me n t o f n e w ma t e ria l s a n d h o w t o r e du c e t he h u g e e n g i n e e rin g i n v e s t me nt ． Ke y wo r d s 7 0 0 o C； S e c o n d r e h e a t ； Hi g h t e mp e r a t u r e r e s i s t a n t ma t e ri a l s ； Ni b a s e d a l l o y ma t e r i a 0 引 言 我国是以煤炭为主要一次能源的国家 ， 煤 电在 电力生产中占主导地位。随着国民经济的发展 ， 我 国发电设备的装机容量每年都以较快 的速度增长。 到 2 0 0 9年底， 我国发电装机容量 8 ． 7 4 0 7亿千瓦， 其中火 电 6 ． 5 2 0 5亿千 瓦， 占7 4 ． 6 ％ ； 2 0 0 9年发 电 量 3 5 9 6 5亿千瓦时， 其 中火电 2 9 8 6 7亿千瓦时， 占 发电总量的 8 3 ． 0 ％。随着 京都议定书 的实施 ， 大型火力发电设备的C O 减排要求 日益提高， 发展 先进的更高参数超临界发电技术， 进一步提高火力 发电机组的热效率 ， 大幅度降低一次能源的消耗 ， 减少温室气体 C O 及污染物的排放是我 国电力 工业发展 的重要和紧迫任务， 对 于保证我 国国民 经济 、 社会持续 、 稳定 、 健康发展需求具有重要意 义 ， 电力工业必须充分考虑 以煤炭为主的发 电能 源结构特点 ， 选择具有更高经济性和环保效益的 发电方式， 最大限度 的降低 因煤 电引起 的环境污 染 。大规模采用新一代更高参数超超临界发电技 术必将是新世 纪我 国火力发 电厂 的主要发展方 向， 对节约能源、 减少污染具有重要意义。 7 0 0度超超 临界 火 电机 组是 国 际上 参数最 高 、 最先进的高效 、 节能、 低排放的发电设备， 可大 幅度提高机组效率 。因此 ， 发展 7 0 0度超超临界 火电机组是节能减排的最有效途径。 1 国际7 0 0℃超超临界技术发展情况 在 6 0 0 o C等级超超临界发 电技术成熟后 ， 欧 收稿 日期 2 0 1 11 1 2 4 作者简介 张国伟 ， 工作于哈尔滨锅 炉厂有 限责任公司， 从事电站锅 炉安装工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 锅炉制造 总第 2 3 2期 盟、 美国、 13 本先后启动 了7 0 0℃及以上 的先进超 超临界发电技术研究计划 ， 为下一代火电装备的更 新提供技术 ， 以进一步降低机组的煤耗 ， 减少温室气 体和污染物排放， 具体各国发展情况见下表 1 所示。 表 1 各 国发展情况表 2 哈锅 7 0 0 o C先进超超临界锅炉开 发 目前的工作情况 2 0 1 1年初 ， 哈锅应邀参加了由华能集 团北方 公司、 华能清 能院和西 北院共 同组织 的 6 6 0 M W 7 0 0℃超超 临界燃煤示范 电站项 目的前期科研并 介绍 了哈锅的相关工作。随后 ， 哈锅 与上述单位 共同承担 了对该示范工程的方案研究 。 该示范项 目采用燃煤 空冷机组 ， 汽机侧参数 为 6 6 0 M W／ 3 5 MP a ／ 7 0 0 ／ 7 2 0℃。2 0 1 1年根据 牵 头单位提供的汽机热平衡 图和煤质资料 ， 哈锅启 动 7 0 0℃超超临界燃煤锅炉关键技术 的研究 计 划 ， 进行煤质特性分析、 确定锅炉的进 出口蒸汽参 数 ， 初步判断对比炉型 Ⅱ型、 塔式或 M型 的煤质 适应性， 分析 7 0 0 o C超超临界压力锅炉汽水侧吸热 特性 蒸发段、 过热段吸热比例 、 锅炉设计上 的难 点评 估 高温 受 热 面提 升 到 7 0 0℃后 ， 与 常规 6 0 0 o C超超临界锅炉相 比， 传热温压降低对受热面 吸热特性影响 。现已经完成 7 0 0 o C 超超临界锅炉 炉膛初步选型及锅炉特性参数的选取 ， 基本方案的 对比分析以及热力计算和初步的壁温计算等， 完成 了汽水、 烟风流程设计、 各级受热面的布置和脱硝 装置选型、 预热器选型 ， 烟气余热设备设计等。 材料研究方面， 依据现有的设计基础 ， 初步核 算了主要受热面的壁温 ， 确定 了主要受压元件的 设计参数 温度 、 压力 ， 为材料选取提供 了原始 依据 。哈锅针对高温受压元件材料研究提出了 缩小选材范围、 选定材料的冶炼和制造、 对选定材 料的应用性技术 等研究路线。 目前 已经开展 了 7 0 0℃超超临界锅炉材料高温段 的镍基高温合金 材料前期技术储备工作 ， 并从 瓦卢瑞克集团旗下 沙士吉达公司引进了拟用于7 0 0℃超超临界锅炉 的 A L L O Y 6 1 7镍基合金材料 ， 开始对该材料进行 长期持久性能评定。 3 国家 7 0 0℃计划超超临界机组方 案及初参数建议 3 ． 1 锅炉参数 为充分应用新材料的耐高温高压性能 ， 汽轮 机主汽进 口压力 和温度分别 可取 为 3 5 MP a和 7 0 0℃。对比国际 7 0 0℃超超临界参 数选择 ， 拟 以一次再热为基本方案 ， 取再热汽温为 7 2 0℃ ， 可 以同步 考 虑 二次 再 热 方 案。按 照机 组 出力 为 6 6 0 M W， 初步确定锅炉参数如下表 2所示。 应遵循上述原则 ， 在煤质确定的情况下 ， 讨论 确定锅炉布置方案 目前 ， 国内外煤粉锅炉普遍采 用的布置形式 以“ ” 型炉、 塔式炉为主 ， 而各种炉 型均有各 自的优缺点和煤种适应范围。因此炉型 的确定应综合分析比较 ， 根据示 范工程的原始条 件， 如 自然条件、 煤质特性、 总体造价、 综合技术经 济比较等最终确定相应的布置形式。“ 叮 r ” 型炉是 目前国内外大中型火电机组最常采用的锅炉布置形 式， 炉膛高度相对塔式炉矮， 对强烈地震地区以及大 风地区有利， 造价也低。但存在固定的烟气偏差 ， 需 要受热面布置和材料选取时， 综合考虑。塔型炉将 所有受热面均布置在炉膛上方， 欧洲褐煤多采用该 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 张国伟 7 0 0℃等级超超临界锅炉介绍 7 种布置方式。相对“ 丌 ” 型炉， 受热面的磨损降低， 烟 气偏差较小。但塔式炉再热汽温需要通过喷水调节 降低了机组整体效率， 而且整体造价高， 对地基和焊 接技术要求严格， 施工周期多出3 4个月。 表 2 初步确定锅炉参数 4 结束语 国家 7 0 0 o C超超临界燃煤发 电技术创新联盟 集合了国内相关领域 的大型企业和科研院所 ， 哈 锅非常珍惜与联盟成员共同研发国家7 0 0℃超超 临界机组计划 ， 希望以此为契机 ， 共同完善我国超 超临界机组技术体 系， 通过联盟成员 间更加紧密 的共性技术研究平 台， 解决 曾经制约国内制造企 业技术创新 的瓶颈 问题 ， 研究和开发具有我 国自 主知识产权的先进更高参数超超 临界发电机组的 锅炉以及与之相适应 的污染物排放控制技术 ， 完 成系统集成的原型机， 提高我 国超超临界锅炉的 设计 、 制造能力 ， 使我国在高参数大容量锅炉方面 形成产业优势 ， 为我 国火力发 电技术上 的突破和 未来 电力工业可持续发展奠定基础 ， 全 面带动电 力行业、 设备制造业和材料工业的发展和提升 ， 促 进我 国电力工实现跨越式发展 。 参考文献 [ 1 ] 纪世东， 周荣灿， 王生鹏 ， 等．7 0 0℃等级先进超超 临界发电技术研发 现状 及 国产化 建议． 热 力发 电． 二。二． 第 4 0卷． 第 7期． [ 上接第 4页] 所示。脉冲信号 由单片机产生， 一般脉 冲信号的 占空 比为 0 ． 3～ 0 ． 4左右， 电机转速越高 ， 占空 比 则越大 。信号分 配采用 三 相六 拍 ， 其步距 角 为 0 ． 6度。 功率放大是驱动系统最为重要 的部分， 步 进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均 电流而非静态电流 ， 平均电流越大电机力矩越大 ， 要达到平均电流大就需要驱动系统尽量克服电机 的反电势 ， 因而不 同的场合应采取不 同的驱动方 式。为尽量提高电机 的动态性 能， 项 目研制 中采 用了双极恒流斩波驱动电源方式 。 图4 步进电机控制原理图 4 结 论 用于电站锅炉燃烧器喷口冷态风速测量 的自 行爬壁机械采用动力 、 控制、 测量一体化的结构 ， 体积小巧紧凑 ， 可在一定范 围内根据不 同容量锅 炉的水冷壁管间距灵活地调整两条履带的距离 ， 使爬壁机械更具通用性。采用步进电机为动力， 通过齿型带驱动传动轴两端固定的主动链轮 ， 避免 了采用普通电机重量大和螺纹螺杆传动机构需润 滑的缺点。爬壁机械的磁吸附机构采用弧形面永 磁体吸附的模块化设计 ， 保证 了可靠吸附， 并可根 据现场的具体情况和携带重量的不同， 快捷地更换 不同规格的磁性吸附块或改变磁性吸附块的数量。 自行爬壁机械用于电站锅炉的冷态空气动力 场试验 ， 可替代 以往燃烧器 喷 口风速的人工测量 方式 ， 提高 了测量效率和精度 ， 缩短试验时间 ， 降 低劳动强度和危险性 ， 减少试验 中的风机耗电量 ， 具有很好的经济效益和社会效益。 参考文献 [ 1 ] 陈学俊 ， 陈听宽． 锅炉原理[ M] ． 北京 机械工业出 版社． 1 9 9 1 ． [ 2 ] 张杰， 于站英， 等． w 型火焰的锅炉的热态试验研 究． 锅炉技术[ J ] ． 2 0 0 3 ， 2 3 5 2 6 3 2 2 6 5 9 ． [ 3 ] 廖宏楷， 王力． 电站锅炉试验[ M] ． 北京 中国电 力出版社． 2 0 0 7 ． [ 4 ] 孟繁忠． 齿 形 链产 品 中心 距 计算 方 法与 测 量技 术 [ M] ． 北京 机械工业出版社． 2 0 1 1 ． [ 5 ] 仝建刚， 马培荪． 履带式磁吸附爬壁机器人壁面适 应能力 的研究 [ J ] ． 上海交通大学学报， 1 9 9 9 ， 3 3 7 8 5 18 5 4． [ 6 ] 寿增． 稀土永磁材料及其应用[ M] ． 北京 冶金工 业出版社 ， 1 9 9 0 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m