唐志忠

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 無(wú)錫分院，江蘇 無(wú)錫 214025）

從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，德國(guó)、美國(guó)等西方工業(yè)國(guó)家開(kāi)始研究超超臨界發(fā)電技術(shù)。20世紀(jì)90年代，隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格、新材料的開(kāi)發(fā)成功和常規(guī)超臨界技術(shù)的成熟，超超臨界發(fā)電技術(shù)得到了快速發(fā)展。超超臨界發(fā)電技術(shù)是目前唯一商業(yè)化的高效環(huán)保發(fā)電技術(shù)，是我國(guó)清潔煤發(fā)電的主要發(fā)展方向。目前，無(wú)錫地區(qū)的多家鍋爐制造單位均開(kāi)始制造超超臨界鍋爐的受壓部件，如：膜式水冷壁、包墻過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器、屏式再熱器、省煤器。

一、超超臨界鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)

1.機(jī)組熱效率高，節(jié)能顯著

熱力循環(huán)分析表明，蒸汽參數(shù)愈高，熱效率也隨之提高。在超超臨界機(jī)組參數(shù)范圍的條件下，主蒸汽壓力提高1Mpa，機(jī)組的熱耗率就可下降0.13%-0.15%；主蒸汽溫度每提高10℃，機(jī)組的熱耗率就可下降0.25-0.30%；再熱蒸汽溫度每提高10℃，機(jī)組的熱耗率就可下降0.15%-0.20%。

亞臨界機(jī)組(16.7Mpa/538℃/538℃)供電熱效率約為 38%，超臨界機(jī)組(24.1Mpa/538℃/538℃)供電熱效率約為41%，超超臨界機(jī)組（27.46Mpa/605℃/603℃)供電熱效率約為43%。超臨界機(jī)組的熱效率比亞臨界高2%-3%，超超臨界機(jī)組的熱效率比超臨界機(jī)組的高約2%-4%左右。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2002年我國(guó)平均供電煤耗為383g/KWh，國(guó)際先進(jìn)水平為316g/KWh。如果我國(guó)600MW等級(jí)的燃煤機(jī)組采用超超臨界技術(shù)，供電煤耗278g/kWh，則比同容量亞臨界機(jī)組的煤耗減少30克/kWh，按年運(yùn)行5500小時(shí)計(jì)算，一臺(tái)600MW 超超臨界機(jī)組可比同容量亞臨界機(jī)組節(jié)約標(biāo)煤6萬(wàn)噸/年。

2.單機(jī)容量大，運(yùn)行可靠

超超臨界機(jī)組的單機(jī)容量可以達(dá)到1000MW以上，目前運(yùn)行的最高容量為1300MW，相對(duì)于其他潔凈煤發(fā)電技術(shù)，很大程度上降低了機(jī)組的單位造價(jià)。從國(guó)外超超臨界機(jī)組運(yùn)行情況看，超超臨界發(fā)電技術(shù)已經(jīng)比較成熟，相對(duì)于目前的潔凈煤發(fā)電技術(shù)，超超臨界機(jī)組運(yùn)行可靠性最高。

3.污染物排放小，低碳環(huán)保

超超臨界機(jī)組煙氣凈化系統(tǒng)通常包括除塵、脫硝、脫硫過(guò)程，降低污染物的排放。煙氣通過(guò)除塵器后，含塵量小于50mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，除塵效率大于99.9%。煙氣通過(guò)SCR脫硝反應(yīng)裝置，凈化后NOx含量小于40 mg/m3，脫硝效率在80%以上。脫硫系統(tǒng)通過(guò)石灰和生石灰，吸附大部分的硫的氧化物，脫硫效率能夠達(dá)到97%以上。

二、超超臨界鍋爐的典型結(jié)構(gòu)

超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，采用塔式布置、單爐膛切圓燃燒、螺旋管圈、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣。

啟動(dòng)系統(tǒng)包括爐前布置的6個(gè)內(nèi)置式啟動(dòng)分離器、一個(gè)貯水箱、啟動(dòng)循環(huán)泵、大氣式擴(kuò)容器、凝結(jié)水箱、疏水系統(tǒng)。帶啟動(dòng)循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)能最大限度地減少啟動(dòng)期間的工質(zhì)和熱量損失。

水冷壁為膜式壁結(jié)構(gòu)，下部為螺旋管圈，上部為垂直管圈，上下部連接處設(shè)置混合集箱，下部和上部水冷壁出口工質(zhì)溫度較為均勻。

過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)包括第一級(jí)屏式過(guò)熱器、第二級(jí)過(guò)熱器、第三級(jí)過(guò)熱器。第一、第二級(jí)過(guò)熱器采用逆流布置，第三級(jí)過(guò)熱器為順流布置，在第一級(jí)和第二級(jí)，第二級(jí)和第三級(jí)過(guò)熱器之間設(shè)置噴水減溫器，并通過(guò)兩級(jí)受熱面之間連接管道的交叉，使上一級(jí)受熱面外側(cè)管組的蒸汽進(jìn)入下一級(jí)受熱面內(nèi)側(cè)管組，補(bǔ)償因煙氣側(cè)導(dǎo)致的熱偏差，滿足機(jī)組對(duì)蒸汽溫度的要求和具有良好的調(diào)節(jié)特性。

再熱器受熱面為兩級(jí)布置，第一級(jí)布置在省煤器受熱面前，逆流布置；第二級(jí)布置在二、三級(jí)過(guò)熱器之間，順流布置。兩級(jí)之間設(shè)微量噴水裝置，受熱面內(nèi)、外側(cè)管組蒸汽交叉連接，第一級(jí)再熱器進(jìn)口設(shè)事故噴水裝置。

三、超超臨界鍋爐用鋼

超超臨界機(jī)組蒸汽壓力和溫度的提高對(duì)關(guān)鍵部件材料帶來(lái)更高的要求，尤其是材料的高溫強(qiáng)度性能、抗高溫腐蝕和氧化性能以及高溫疲勞蠕變性能。超超臨界機(jī)組廣泛采用各種低合金高強(qiáng)鋼、耐熱鋼。如水冷壁采用具有優(yōu)異的焊接性能的T23和T24，聯(lián)箱和蒸汽管道主要采用P91、P92、P122等馬氏體高強(qiáng)鋼，過(guò)熱器、再熱器主要采用T91馬氏體高強(qiáng)鋼及uper304H和TP347HFG奧氏體耐熱鋼。

四、超超臨界膜式壁部件的制造監(jiān)檢

超超臨界膜式壁的材料以合金鋼為主，在制造過(guò)程中需防止出現(xiàn)鋼種混用，監(jiān)檢時(shí)應(yīng)有針對(duì)性地加強(qiáng)對(duì)材料管理的檢查，督促制造單位制定完善的原材料光譜檢查制度、材料標(biāo)記和涂色規(guī)定。

超超臨界膜式壁大量采用國(guó)外牌號(hào)材料，應(yīng)有合格的焊接工藝評(píng)定覆蓋相關(guān)焊接工作，焊工應(yīng)具有相應(yīng)焊工項(xiàng)目。

螺旋管圈水冷壁的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，尺寸要求高。螺旋管管排的角度值如相差0.5°，工地就難于組裝。管排的總體尺寸控制不好，四面墻寬排之間的工地對(duì)接焊口就無(wú)法接上。螺旋管圈水冷壁管排存在焊接收縮現(xiàn)象，主要有寬度方向及長(zhǎng)度方向的收縮。長(zhǎng)度方向的焊接收縮量可以采用全長(zhǎng)加放足夠余量，焊后再加工到要求尺寸的方法予以補(bǔ)償。寬度方向的收縮只能通過(guò)嚴(yán)格的制造工藝控制，通過(guò)嚴(yán)格控制精整后的扁鋼寬度尺寸及拼排后的寬度來(lái)降低寬度方向的收縮。現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)過(guò)程中，檢驗(yàn)員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)管排成形尺寸的抽查工作。膜式壁管排焊后存在管屏不平整現(xiàn)象，制造廠如采用熱校正消除偏差，應(yīng)相應(yīng)檢查校正工藝，抽查火焰溫度及加熱范圍，防止管屏因火焰溫度過(guò)高造成過(guò)燒現(xiàn)象、加熱范圍不當(dāng)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。

超超臨界鍋爐膜式壁的水壓壓力高，危險(xiǎn)大，監(jiān)檢過(guò)程中應(yīng)督促?gòu)S方制定詳細(xì)的水壓工藝。制造廠應(yīng)根據(jù)合金鋼材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度規(guī)定水壓溫度下限值，并有適當(dāng)?shù)募訜嵫b置；水壓場(chǎng)地應(yīng)有可靠的防護(hù)措施，防止試壓介質(zhì)傷及操作者；定期檢查水壓工裝的可靠性，防止水壓工裝飛脫。

[1]屠學(xué)偉(導(dǎo)師：劉向杰).基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超超臨界單元機(jī)組建模研究[D].華北電力大學(xué)（北京）碩士學(xué)位論文.

[2]鄭善合(導(dǎo)師：徐鴻).火力發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)高溫部件變形及蠕變壽命的研究[D].華北電力大學(xué)（北京）博士學(xué)位論文.