[发明专利]一种用于提高常规亚临界机组汽包锅炉主蒸汽温度的系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于提高常规亚临界机组汽包锅炉主蒸汽温度的系统，属于火力发电领域。

背景技术

据统计，截至2014年底，中国300MW及以上在役燃煤火电机组中，亚临界机组共943台，约占各类型机组总数量的75%，亚临界机组装机总容量共计约3亿6000万千瓦。对于我国早期投产运行的300MW和600MW等级亚临界机组，其典型的参数等级是16.7MPa/538℃/538℃；由于主机参数等级相对较低，且受限于当时的汽轮机通流设计技术水平，导致汽轮机的通流效率普遍较低，对于300MW等级亚临界机组，其额定工况下汽轮机的热耗设计值一般均高于8000kJ/(kW·h)，机组实际运行供电标准煤耗也普遍高于330g/(kW·h)，有的机组甚至高达350~360g/(kW·h)。同时，机组在没有实施改造的前提下，其整体效率仍在逐年下降。

根据《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》文件的要求，到2020年，现役燃煤发电机组经改造后的平均供电标准煤耗应低于310 g/(kW·h)，其中现役60万千瓦及以上机组（空冷机组除外）改造后平均供电标准煤耗应低于300g/(kW·h)。由于煤电产能过剩，预计“十三五”期间新建煤电机组容量将出现断崖式下降。基于亚临界机组在火电机组总装机容量中的占比约34%的现实，亚临界机组的提效将成为我国火电行业在未来几年中工作的重中之重，其不仅影响我国火电行业整体效率水平的提升，并且直接关联着众多亚临界机组未来的生存问题。因此，亚临界机组如何通过实施改造进而使得机组平均供电标准煤耗达到并低于310g/(kW·h)，已然成为诸多燃煤电厂的迫切需求。

一种高温亚临界机组（专利号ZL2014208703566）为现有亚临界机组的改造提供了高性价比的方案，其基本原理是在不改变主蒸汽和再热蒸汽压力参数等级的前提下，将主蒸汽和再热蒸汽温度参数提高到570℃等级。本发明致力于如何实现主蒸汽温度的显著提升，如600℃等级及以上，同时可将再热蒸汽温度提升至与主蒸汽温度相同的等级。但目前成熟的大规模商用管道材料依然为600℃等级，待将来600℃以上等级材料大规模商业化之后，本发明的效果将更加显著。

上述高温亚临界机组相比采用常规锅炉的机组，由于前者效率相对大幅增加，在发电机输出功率不变的情况下，前者汽包锅炉的蒸发量相对减少；当相同负荷工况下，前者的主蒸汽压力保持不变，对应的饱和蒸汽焓值不变，同时主蒸汽温度相对大幅提升，进而单位工质在前者锅炉过热段中的焓升相对增加；此外，在给水温度不变的前提下，单位工质在前者锅炉蒸发段中的焓升相对基本不变。因此，单位工质在前者锅炉蒸发段中的吸热比例相对降低、在前者锅炉过热段中的吸热比例相对增加。

对于常规亚临界汽包锅炉而言，目前已有在原有系统基础上通过单独增加过热器受热面积以提高主蒸汽温度的方案。比如将锅炉的屏式过热器向炉膛中心方向延伸的方案，因炉膛出口处附近的过热器受热面面积相对增加，使得过热器的总吸热量相对增加。首先，该方案中屏式过热器底部增加的受热面所接受的辐射强度较高，易出现管壁局部超温问题，因此该方案所增加的受热面面积有限；其次，屏式过热器底部增加的受热面周围的烟气温度及飞灰颗粒温度较高，其受热面易发生结焦问题，当然，对于燃用不易结焦煤种的锅炉，此问题可忽略，但其依然存在管壁局部超温的问题。

进一步地，又比如保持常规过热器管屏底部的绝对高度不变，将炉顶高度增加，相应增加过热器受热面面积，使得过热器的总吸热量相对增加，但是，在燃用煤种固定前提下炉膛出口烟温一般变化不大，同时，为满足SCR脱硝系统持续运行，脱硝催化剂对其入口烟温存在一定的要求，如广泛应用的V₂O₅-WO₃/TiO₂基催化剂的烟温要求范围为320-400℃，因此，机组在某确定负荷工况下，炉膛出口至SCR入口之间烟道中所布置受热面的吸热量（主要为对流换热方式）基本不变，该方案中，在总对流换热量基本不变的情况下，在对流受热区通过单独增加过热器面积所增加的过热段吸热量有限。其他类似方案不再赘述。

因此，在确保机组安全运行的前提下，通过单独增加过热器受热面积只能有限地降低蒸发段总的吸热量与过热段总的吸热量比值，相关研究表明亚临界汽包锅炉的主蒸汽温度上限为570℃等级（亚临界压力高温火力发电成套设备和亚临界压力高温变压运转贯流锅炉，专利号ZL2013104031860）。