陕西商洛发电有限公司 陕西商洛 726000
摘要：随着火电技术的发展，发电机、汽轮机、锅炉主机设备及其辅机设备在性能、控制方式等方面跨越式发展，电厂设备运行的安全性和可靠性全面提升；现场布置方式呈现多样化，优化了现场布局的同时，建设费用得到合理缩减。现就超临界机组和亚临界机组从特点、性能、传统布置与创新布置方式等方面进行比较分析讨论，以明晰超临界机组运行、布置等方面的特点。
关键词：超临界、亚临界、单列布置、协调控制、指标
火电技术在近些年飞跃发展，趋向于更大容量、更高参数目标，直流锅炉是目前火电机组锅炉的主要形式，参数进一步提高主要制约于四大管道（材料）。与亚临界机组相比，其运行特性、布置方式、节能降耗及环保指标等方面全面提升，为明晰超临界机组特性，讨论分析如下。
一、超临界机组与亚临界机组的主要区别
超临界机组与亚临界机组在汽轮机和发电机技术上没有本质区别，主要区别在于锅炉设备。水的临界点的定义为：随着压力的增高，饱和水曲线与干饱和蒸汽曲线逐渐接近，当压力增加到某一数值时，二线相交（不再有汽、水共存的二相区），此点即为临界点，临界点的参数压力为22.129MPA、温度为374.15℃。当蒸汽参数高于临界点的机组称为超临界机组；在超临界参数基础上对蒸汽温度和压力的继续提升的机组为超超临界机组。
自然循环锅炉的循环动力依靠汽水密度差形成，而处于超临界参数下汽水密度相等，不存在密度差，自然循环锅炉循环动力消失，此工况下须采用依靠给水泵压头提供动力的直流锅炉。直流炉属于强制循环锅炉，没有汽包，给水一次性经历加热、蒸发和过热后全部转化为过热蒸汽，其循环倍率为“1”，其中加热、蒸发和过热没有固定分界点。区别主要体现在以下方面：
1.材料不同。直流炉蒸汽参数高，锅炉水冷壁、过热器、再热器、蒸汽管道等必须采用先进的金属材料才能满足超临界参数对其性能的要求。
2.直流炉取消汽包，不再受汽包上下壁温度对升温升压速度的限制，能快速启停，直流锅炉从冷态启动到满负荷运行的时间提高一倍以上。
3.直流炉负荷响应速度快。能够快速适应现代电网的调峰需求。
4.循环动力不同。直流炉循环动力由给水泵压头提供；自然循环锅炉的循环动力依靠汽水密度差形成。
5.直流炉燃烧调整要求高。直流炉燃烧调整主要通过调整水煤比来实现，其水冷壁壁温、汽温变化大。
6.直流炉对水质的要求高。超临界压力下水和水蒸气溶解各类盐分的能力大幅度提高，且随着温度升高，水汽中溶解的各类盐分在受热面中结垢的几率增大，同时对金属的腐蚀有增大趋势。
7.直流炉蓄热较小，蓄热量只有相同容量汽包炉的 1/3～1/2，其汽温、压力波动大，控制难度增加。
8.直流炉启停及低负荷阶段需建立启动流量和启动压力，配置单独的启动系统。
9.蒸发量变化机理不同。直流炉炉内燃料量（热量）的改变不直接引起蒸发量的改变，其送出的蒸汽量与进入的给水量相等，蒸发量的改变通过给水量的改变来实现，因此，直流锅炉的蒸发量由给水量来保证，通过调整燃烧保证蒸汽温度压力稳定。对于汽包炉，汽压（蒸发量）的调节是改变锅炉的燃烧率来实现，当汽压降低时增加燃料量，便能达到增加蒸汽量的目的，调节过程与给水量无直接关系，给水量依据汽包水位来调节的。
二、运行特性分析
1.协调控制方面
亚临界与超临界机组协调控制原理相同，目标负荷指令与其对应的主蒸汽压力信号同时送达锅炉和汽轮机主控器。机炉主控制器根据机组的运行工况选择合适的运行方式，锅炉主控指令的变化引起锅炉侧煤、风、水各子系统协同变化；汽机主控指令的变化改变汽轮机调门开度，联合控制功率与主汽压力，使机组的负荷适应性与运行稳定性同时达到最合理。
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2.启停方式方面
直流炉启动配套独立的启动系统，启动系统设备包括汽水分离器、储水罐、361阀、疏水扩容器、疏水泵、疏水阀等。其在锅炉湿态（35%负荷以下）发挥作用。汽水流程为：水冷壁—汽水分离器—储水罐—疏水扩容器—疏水泵—凝汽器（指标不合格时排至工业废水系统）。
直流炉从启动至带高负荷或者从高负荷至停炉过程存在干湿态两个区域，进入干湿态临界区域（35%负荷附近）时需要进行切换操作，直流炉在湿态工况时与汽包炉相似。
3.负荷响应速度方面
超临界机组负荷响应速度快，一般为额定负荷的2%，主要是因为其蒸汽压力（蒸发量）跟踪速度快，直流炉蒸发量与给水量变化一致，给水量增加即可迅速提高蒸汽压力；亚临界机组因其蒸汽压力依靠蒸发量维持，蒸发量的变化受燃料量变化及其吸热过程的制约，蒸汽压力跟随存在一定的迟滞性。
4.蒸汽温度调整方面
直流炉蒸汽温度调整，主要通过改变水煤比来实现，且干、湿态工况水煤比调节方向相反；在湿态工况与汽包炉调整相似，燃烧调整是其主要调整手段。
三、锅炉辅机单列布置的特点
锅炉辅机单列布置，每台炉配置一台回转式空预器、一台送风机、一台一次风机和一台汽动给水泵。
1.可靠性方面
从国内近几年来对600MW等级及以上的机组主要辅机的可用率统计数据分析，其可用率逐步提高。只要重视制造、运行和维护等方面就能充分保证其可靠性。从实际运行经验分析，汽动给水泵、空预器、三大风机的可靠性可以达到99%以上，与双列布置相比，可靠性差异不大，都可以满足现代电厂对可靠性的要求。
2、经济性
单台全容量辅机投资成本比两台50%容量配置大大降低。风烟系统单列辅机的布置，取消了联络风道，减少了挡板和风门数量，检修维护工作量及费用相应降低。低负荷工况时，双列布置的双风机、双汽泵同时运行，厂用电率明显增大；单列配置的风机、汽泵，其运行经济性明显优于双列布置，同时单空预器的漏风率比双列空预器的漏风率低，提高了锅炉效率。
3、提高单辅机运行可靠性措施：
制造安装调试方面：制造过程中加强关键部位监督；重点部位（如基础的找正、轴承箱及叶轮的就位、各部间隙测量）等全过程监督检查；试运行时充分发现问题并及时优化。
正常运行优化维护方面：加强设备运行监视，对于参数变化及时分析原因，将缺陷控制在萌芽阶段；就地巡回检查发现异常，及时联系处理；对于保护配置不完善的及时优化，防止因为保护误动拒动造成非停或设备损坏；大小修期间，进行全面检查，查找可能存在的隐患并消除。
四、节能降耗、环保方面的优势
目前超超临界机组设计压力29.3MPa，额定过蒸汽温度605℃，额定再蒸汽温度623℃；亚临界机组设计压力19.1MPa，额定蒸汽温度541℃。对于一次中间再热机组，蒸汽温度每提高20℃，机组热耗下降0.5%～0.6%，循环热效率提高1%，蒸汽压力每提高2Mpa，循环热效率提高0.4%，蒸汽参数由18Mpa/540/540℃提高到30Mpa/600/600℃时，相对热效率大约可提高6%。主蒸汽压力提高1MPa煤耗降低0.7～0.9g/kwh；主蒸汽温度提高10℃煤耗降低0.9～1g/kwh；再蒸汽温度提高10℃煤耗降低0.7～0.8g/kwh。一次风机、送风机采用单列布置，厂用电率大幅度降低。
新建火电项目的环保设施都严格采用高标准的环保指标要求设计，各项指标都达到超低排放标准或者更低，其中烟尘排放浓度5mg/Nm3、二氧化硫排放浓度20mg/Nm3、氮氧化物排放浓度30mg/Nm3等；现代电厂采用废水零排放技术、粉煤灰综合利用方案，真正实现废水零排放和废渣零堆放。
总结：随着火电技术的发展，现代化火电机组在性能、控制、布置方式、指标等方面得到全面提升，建议新建机组在布局设计方面进一步科学优化，在合理缩减建设费用的同时，为自动化、人性化的生产运行创造条件。同时电网要求各发电企业具备越来越低的负荷调峰能力，新建机组具有先天性优势，建议新建电厂在设计调试阶段充分考虑调峰能力，以更具优势地适应现代电网地要求。
论文作者:姜立
论文发表刊物:《中国电业》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/5
标签：机组论文; 蒸汽论文; 锅炉论文; 汽包论文; 压力论文; 蒸发量论文; 超临界论文; 《中国电业》2019年第08期论文;