浅析超超临界锅炉的结构特点与制造监检

唐志忠

（江苏省特种设备安全监督检验研究院 无锡分院，江苏 无锡 214025）

从20世纪50年代开始，德国、美国等西方工业国家开始研究超超临界发电技术。20世纪90年代，随着环保要求的日益严格、新材料的开发成功和常规超临界技术的成熟，超超临界发电技术得到了快速发展。超超临界发电技术是目前唯一商业化的高效环保发电技术，是我国清洁煤发电的主要发展方向。目前，无锡地区的多家锅炉制造单位均开始制造超超临界锅炉的受压部件，如：膜式水冷壁、包墙过热器、屏式过热器、屏式再热器、省煤器。

一、超超临界锅炉的技术特点

1.机组热效率高，节能显著

热力循环分析表明，蒸汽参数愈高，热效率也随之提高。在超超临界机组参数范围的条件下，主蒸汽压力提高1Mpa，机组的热耗率就可下降0.13%-0.15%；主蒸汽温度每提高10℃，机组的热耗率就可下降0.25-0.30%；再热蒸汽温度每提高10℃，机组的热耗率就可下降0.15%-0.20%。

亚临界机组(16.7Mpa/538℃/538℃)供电热效率约为 38%，超临界机组(24.1Mpa/538℃/538℃)供电热效率约为41%，超超临界机组（27.46Mpa/605℃/603℃)供电热效率约为43%。超临界机组的热效率比亚临界高2%-3%，超超临界机组的热效率比超临界机组的高约2%-4%左右。

据统计，2002年我国平均供电煤耗为383g/KWh，国际先进水平为316g/KWh。如果我国600MW等级的燃煤机组采用超超临界技术，供电煤耗278g/kWh，则比同容量亚临界机组的煤耗减少30克/kWh，按年运行5500小时计算，一台600MW 超超临界机组可比同容量亚临界机组节约标煤6万吨/年。

2.单机容量大，运行可靠

超超临界机组的单机容量可以达到1000MW以上，目前运行的最高容量为1300MW，相对于其他洁净煤发电技术，很大程度上降低了机组的单位造价。从国外超超临界机组运行情况看，超超临界发电技术已经比较成熟，相对于目前的洁净煤发电技术，超超临界机组运行可靠性最高。

3.污染物排放小，低碳环保

超超临界机组烟气净化系统通常包括除尘、脱硝、脱硫过程，降低污染物的排放。烟气通过除尘器后，含尘量小于50mg/m3(标准状态)，除尘效率大于99.9%。烟气通过SCR脱硝反应装置，净化后NOx含量小于40 mg/m3，脱硝效率在80%以上。脱硫系统通过石灰和生石灰，吸附大部分的硫的氧化物，脱硫效率能够达到97%以上。

二、超超临界锅炉的典型结构

超超临界变压运行直流锅炉，采用塔式布置、单炉膛切圆燃烧、螺旋管圈、平衡通风、固态排渣。

启动系统包括炉前布置的6个内置式启动分离器、一个贮水箱、启动循环泵、大气式扩容器、凝结水箱、疏水系统。带启动循环泵的启动系统能最大限度地减少启动期间的工质和热量损失。

水冷壁为膜式壁结构，下部为螺旋管圈，上部为垂直管圈，上下部连接处设置混合集箱，下部和上部水冷壁出口工质温度较为均匀。

过热蒸汽系统包括第一级屏式过热器、第二级过热器、第三级过热器。第一、第二级过热器采用逆流布置，第三级过热器为顺流布置，在第一级和第二级，第二级和第三级过热器之间设置喷水减温器，并通过两级受热面之间连接管道的交叉，使上一级受热面外侧管组的蒸汽进入下一级受热面内侧管组，补偿因烟气侧导致的热偏差，满足机组对蒸汽温度的要求和具有良好的调节特性。

再热器受热面为两级布置，第一级布置在省煤器受热面前，逆流布置；第二级布置在二、三级过热器之间，顺流布置。两级之间设微量喷水装置，受热面内、外侧管组蒸汽交叉连接，第一级再热器进口设事故喷水装置。

三、超超临界锅炉用钢

超超临界机组蒸汽压力和温度的提高对关键部件材料带来更高的要求，尤其是材料的高温强度性能、抗高温腐蚀和氧化性能以及高温疲劳蠕变性能。超超临界机组广泛采用各种低合金高强钢、耐热钢。如水冷壁采用具有优异的焊接性能的T23和T24，联箱和蒸汽管道主要采用P91、P92、P122等马氏体高强钢，过热器、再热器主要采用T91马氏体高强钢及uper304H和TP347HFG奥氏体耐热钢。

四、超超临界膜式壁部件的制造监检

超超临界膜式壁的材料以合金钢为主，在制造过程中需防止出现钢种混用，监检时应有针对性地加强对材料管理的检查，督促制造单位制定完善的原材料光谱检查制度、材料标记和涂色规定。

超超临界膜式壁大量采用国外牌号材料，应有合格的焊接工艺评定覆盖相关焊接工作，焊工应具有相应焊工项目。

螺旋管圈水冷壁的结构复杂，制造难度大，尺寸要求高。螺旋管管排的角度值如相差0.5°，工地就难于组装。管排的总体尺寸控制不好，四面墙宽排之间的工地对接焊口就无法接上。螺旋管圈水冷壁管排存在焊接收缩现象，主要有宽度方向及长度方向的收缩。长度方向的焊接收缩量可以采用全长加放足够余量，焊后再加工到要求尺寸的方法予以补偿。宽度方向的收缩只能通过严格的制造工艺控制，通过严格控制精整后的扁钢宽度尺寸及拼排后的宽度来降低宽度方向的收缩。现场检验过程中，检验员应加强对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现象，制造厂如采用热校正消除偏差，应相应检查校正工艺，抽查火焰温度及加热范围，防止管屏因火焰温度过高造成过烧现象、加热范围不当产生残余应力。

超超临界锅炉膜式壁的水压压力高，危险大，监检过程中应督促厂方制定详细的水压工艺。制造厂应根据合金钢材料的韧脆转变温度规定水压温度下限值，并有适当的加热装置；水压场地应有可靠的防护措施，防止试压介质伤及操作者；定期检查水压工装的可靠性，防止水压工装飞脱。

[1]屠学伟(导师：刘向杰).基于神经网络的超超临界单元机组建模研究[D].华北电力大学（北京）硕士学位论文.

[2]郑善合(导师：徐鸿).火力发电机组汽轮机高温部件变形及蠕变寿命的研究[D].华北电力大学（北京）博士学位论文.