水的饱和温度随压力的升高而升高,汽化潜热相应减少,当压力达临界点时,汽化潜热等于零。水的临界压力为22.12兆帕,在该压力下被加热至临界温度(相变温度)374.15℃时即全部从液相转为气相,不存在两相区,即水变成蒸汽是连续的,并以单相形式进行。在(超)超临界压力下,水到蒸汽的变化只经历加热阶段和过热阶段,而无饱和蒸汽区。这一特点决定了(超)超临界压力锅炉只能采用直流锅炉。
(超)超临界压力机组运行
与亚临界压力机组运行相似,区别在于蒸汽参数更高,工质特性有所变化,以及由此带来的若干设备和运行上的不同特点。
- 英文名称
- operation of (ultra) supercritical pressure unit
- 所属学科
- 电气工程
额定工况下汽轮机进口的蒸汽压力和温度。蒸汽参数关系到电厂的热经济性、安全可靠性和工程造价,一般蒸汽参数越高,电厂热经济性越高,相应的设备制造成本、电厂投资也越高。蒸汽参数的确定涉及一系列因素,需对影响蒸汽参数选定的因素进行分析,通过参数配合,并结合蒸汽参数系列的标准化,经过全面技术经济分析和综合比较最终确定。
(超)超临界压力机组运行,在锅炉和汽轮机方面有其自身特点。
锅炉在启动过程中,汽水分离器保持一定水位,点火以后,进入水冷壁的水受热开始转化为蒸汽,此时汽水分离器的作用相当于锅筒(汽包),锅炉处于湿态。汽水分离器分离出来的蒸汽进入过热器进一步加热,水则回收或排放。随着燃料量的增加,产汽量越来越多,约为20%~35%负荷,产汽量与进入省煤器的给水量相等,汽水分离器已无水位,由湿态转变为干态,称为干湿态转换。
在分离器干湿态转换前,存在一个汽水膨胀阶段,即随着燃料量的增加,工质在进入分离器前的某一处已经开始汽化,工质开始膨胀,体积迅速增加,在极短时间内冲入汽水分离器,使分离器水位有一个幅度较大的突升,称为汽水膨胀。汽水膨胀点的产生与燃料量的大小、投入的速度及给水量等因素有关。
直流锅炉由于没有锅筒起过渡缓冲作用,给水流量、给水温度或给水压力的任何变化都会影响到锅炉出口的蒸汽参数变化。超临界压力直流锅炉运行时应掌握好燃料量与给水量之间的比例,即煤水比。当增加负荷时,燃料量增加,给水量也应相应增加;减少负荷时,燃料量减少,给水也应相应减少。保证燃料与给水的比例,是直流锅炉控制气温的操作原则。在锅炉控制系统的设计中,煤水比是自动调节的。锅炉主控制器根据机组的负荷指令,分别向燃料控制器和给水控制器发出与负荷指令相匹配的燃料指令和给水指令,以保证煤和水按一定比例变化。
(超)超临界压力机组因压力和温度都很高,尤其采用变压运行方式时,厚壁部件和设备的热应力问题尤为重要。锅炉方面主要是汽水分离器和过热器联箱等部件;汽轮机方面主要是主蒸汽管道、进汽阀壳、高压进汽喷嘴、调节级及高、中压转子。(超)超临界压力机组把热应力作为机组启动时升速率及并网后负荷变化率的控制依据,一旦热应力达到预先设定的较高值,升速率将减小至零,停止升速,进行暖机。机组并网后,负荷变化率也要受关键部件热应力的限制。
锅炉高温过热器、高温再热器和高温蒸汽管道在蒸汽温度达500℃以上时,金属管内壁会被蒸汽氧化,生成氧化皮的速率和剥落的难易程度随金属材料特性和运行的温度而有所差异。由于氧化皮与金属母体的膨胀系数不同,当管子金属温度大幅度变动时,氧化皮就可能剥落。美国、日本等国家对于不锈钢的蒸汽氧化研究表明,奥氏体不锈钢接触高温蒸汽时,也将在其表面生成铬的氧化物,铁扩散到其缺陷部位而生成氧化铁,氧扩散到内部则形成氧化皮内层。(超)超临界压力锅炉因蒸汽温度的不断提高,高温过热器、高温再热器采用奥氏体不锈钢。不锈钢管内壁金属铁被蒸汽氧化而发生纯化学腐蚀,生成具有双层结构的腐蚀产物,外层主要为磁性氧化铁(Fe3O4),内层由含铁、镍、铬的尖晶石型氧化物组成。蒸汽温度越高,腐蚀反应越强。随着运行时间推移,氧化皮增至一定厚度(约50微米)以上时,其外层氧化皮在锅炉停炉冷却过程中,温度为350℃以下即会发生急剧剥离;而在启动升温过程中,温度为200~300℃时也会发生剥离。冷却过程中出现大量剥落可能造成过热器(再热器)U型管下部弯曲部位堵塞,从而在锅炉启动时造成超温爆管;停炉和启动时剥落的颗粒可能由高压高速的蒸汽流携带(见蒸汽携带),在汽轮机喷嘴和叶片上产生固体硬粒侵蚀。
(超)超临界压力锅炉的给水品质要求为:①考虑到(超)超临界压力锅炉使用的合金钢较多,为减少腐蚀,并减少汽轮机叶片的盐垢,运行中给水的氢电导率宜控制在小于0.10微西门子/厘米(国标期望值为小于或等于0.15微西门子/厘米)。②超临界状态下,铜的溶解度更高,而含有铜的结垢更难清除,因此运行中宜控制铜离子维持在1微克/升的水平,不大于3微克/升,加热器系统宜设计成无铜系统。③钠含量应小于或等于5微克/升。④二氧化硅含量应小于或等于10微克/升。⑤为了减少给水加热器和锅炉本体(省煤器、水冷壁)的腐蚀产物,减缓其结垢速率,锅炉水处理宜采用加氧联合水处理(CWT)方式,使之在碳钢管内壁Fe3O4表面形成致密、光滑、可溶性低的Fe2O3保护层,抑制碳钢管的腐蚀,并能使锅炉本体的压降经常维持在近设计值水平,使锅炉清洗的周期延长至10年及以上。见给水处理。
扩展阅读
- 李培元.火力发电厂水处理及水质控制.北京:中国电力出版社,2008.