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超临界参数锅炉的发展及燃烧特点
动力工程系
工程热力学将水的临界状态点的参数定义为:, 。当水的状态参数达到临界点时,在饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区存在。与较低参数的状态不同,这时水的传热和流动特性等也会存在显著的变化。
当水蒸气参数值大于上述临界状态点的压力和温度值时,则称其为超临界参数。
1、超临界定义:
一、超临界参数锅炉的发展
2、超超临界定义:
,或温度达到593℃;
;
西门子公司的观点是应从材料的等级来区分超临界和超超临界机组等等。
我国电力百科全书则将超超临界定义为:蒸汽参数高于27MPa。
综合以上观点,一般将超超临界机组设定在蒸汽压力大于25MPa,蒸汽温度高于580℃的范围
图1-2-1 超超临界蒸汽循环对热效率的提高
第一个阶段,是从上个世纪50年代开始,以美国和德国等为代表。当时的起步参数就是超超临界参数,但随后由于电厂可靠性的问题,在经历了初期超超临界参数后,从60年代后期开始美国超临界机组大规模发展时期所采用的参数均降低到常规超临界参数。直至80年代,美国超临界机组的参数基本稳定在这个水平。
3、发展的三个阶段
3、发展的三个阶段:
第二个阶段,大约是从上个世纪80年代初期开始。由于材料技术的发展,尤其是锅炉和汽轮机材料性能的大幅度改进,及对电厂水化学方面的认识的深入,克服了早期超临界机组所遇到的可靠性问题。同时,美国对已投运的机组进行了大规模的优化及改造,可靠性和可用率指标已经达到甚至超过了相应的亚临界机组。通过改造实践,形成了新的结构和新的设计方法,大大提高了机组的经济性、可靠性、运行灵活性。其间,美国又将超临界技术转让给日本(GE向东芝、日立,西屋向三菱),联合进行了一系列新超临界电厂的开发设计。这样,超临界机组的市场逐步转移到了欧洲及日本,涌现出了一批新的超临界机组。
第三个阶段,大约是从20世纪九十年代开始进入了新一轮的发展阶段。这也是世界上超超临界机组快速发展的阶段,即在保证机组高可靠性、高可用率的前提下采用更高的蒸汽温度和压力。其主要原因在于国际上环保要求日益严格,同时新材料的开发成功和和常规超临界技术的成熟也为超超临界机组的发展提供了条件。主要以日本(三菱、东芝、日立)、欧洲(西门子、阿尔斯通)的技术为主。这个阶段超超临界机组的技术发展具有以下三方面的特点:
3、发展的三个阶段
1) 蒸汽压力取得并不太高,多为25MPa左右,而蒸汽温度取得相对较高,主要以日本的技术发展为代表。近期欧洲及日本生产的新机组,大多数机组的压力保持在25MPa左右,进汽温度均提高到了580℃-600℃左右。
2) 蒸汽压力和温度同时都取较高值(28MPa-30MPa,600℃左右),从而获得更高的效率。主要以欧洲的技术发展为代表,在采用高温的同时,压力也提高到27MPa以上。压力的提高不仅关系到材料强度及结构设计,而且由于汽轮机排汽湿度的原因,压力提高到某一等级后,必须采用更高的再热温度或二次再热循环。近年来,提高压力的业绩主要来源于欧洲和丹麦一些设备制造厂家。
3) 开发更大容量的超超临界机组以及百万等级机组倾向于采用单轴方案。为尽量减少汽缸数,大容量机组的发展更注重大型低压缸的开发和应用。日本几家公司和西门子,阿尔斯通等在大功率机组中己开始使用末级钛合金长叶片。
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。