J.W. Smith Технологии сверхкритических котлов

Резюме

Эта статья содержит обзор Babcock & Wilcox (B & W) котлельных технологий. Этот обзор включает в себя историю начала производства котлов, а также развитие в мире первых сверхкритических паровых систем, которые начали работу на American Electric Power (AEP) Филон, на станции в 1957 году за счет развития крупных угольных котлов в мире 1300 МВт. Самые последние из 1300 МВт начала работу в 1990 году, мощность Zimmer StaТион работала на газе и электричестве. Конструктивные особенности этого котла - стиль, который предназначен для базовой нагрузки и нагрузки которые цепляются за операции, которые обсуждались.

Ранняя история

В Соединенных Штатах, патенты на котлы появились в 1824 году. Эти ранние изобретений ТЗ, несомненно, продиктованы желанием улучшить безопасность продукции из-за известности.

Прогресс в котельной промышленности в конце 1800-х годов получен в таких разработках, как разработка Babcock & Wilcox Company (основанной в 1867 г.) значительно улучшили безопасность продукции, интерес продолжается и как способ устраняет необходимость в паровоом барабане, так как дизайн будет лучше справляться с примесями, содержащимися в исследованиях B & W. В соответствии с технологией того времени, этот ранний блок исследований, работал при давлении 4 МПа. Первым значительным коммерческим применением был котел Марка Бенсона, чехословацкого изобретателя, он в 1923 году предоставил 4 т / ч устройство для английского электрические станции в Англии. Этот аппарат был разработан, чтобы работать на критическое давление с верой в то, что работает на этом давлении. Конечно, там, где не было бы разницы между плотностью пара и воды, позволило бы избежать перегрева котла труб и твердые напыления. Марк Бенсон продолжил свое развитие работ, которые включали в установку в 1930 году 113 т / ч единиц в Бельгии.

Как устройство для английского Electric, это устройство было предназначено для ведения работы по критическому давлению. Надеялись, устранить проблемы котлов, работающих на критическом давлении, однако, это не было выполнено, и необходимо было снизить давление, чем больше работет котел, тем больше проблем. В этом случае, котловидение изобретателя повысило технологии, доступные в настоящее время для трубных материалов и контроль химического состава воды. Тем не менее, эти первые подразделения были успешными в работе и служили в качестве основы для работы развития, которые устанавливают направление европейского развития котла. Марк Бенсон ввел понятие котла в конечном итоге, были приобретены Siemens и именно с этих концепций, начались технологии котла Бенсона в настоящее время.

B & W также продолжал свои экспериментальные работы над технологией котлов. В 1920 году в качестве котельной и электростанции инженер предусмотрел повышение эффективности, что может быть достигнуто путем использования ультра-сверхкритического цикла давления. B & W в 1928 году будет экспериментальная работа, в своем исследовательском центре на испытательном оборудовании способны работать при 34,5 МПа и 520C. Это испытательное оборудование было использовано для изучения теплового гидравлического и теплового воздействия передачи в диапазоне давлений от 10 МПа до максимального рабочего.

Испытательный стенд был переведен в университет, где продолжались исследования в сотрудничестве с B & W. Большая часть этой работы была сообщено в технических документах в начале 1930-е годы такими авторами, как Керр и Поттера. В 1930-х и 1940-х годах электростанции операционных условий TIONS были поставлены в докритический режим из-за ограничений, металлургии и химического состава воды.

Это по крайней мере частично было вызвано ограничением наличия материалов потому, что котел обычно использует меньший диаметр и более тонкие стены труб в качестве естественной циркуляции котла. Кроме того, отпала необходимость в толстой стальной пластине для парового барабана. В Соединенных Штатах, где материалы были более доступны, технология продолжает полагаться на естественное обращение конструкции котла. Например, в начале 1941 года B & W поставили котлы американского электрического питания для работы при 16 МПа B & W.

Период после Второй мировой войны принес на быстрое экономическое развитие в США. Быстрое экономическое развитие увеличило стремление к более эффективной деятельности. Это, в сочетании с улучшениями как в котле, так и в металлургии, трубы и технология химического состава воды, принесли повторно интерес к сверхкритическому циклу. B & W увеличил исследовательскую работу и в 1951 году установлен иной предел - 34,5 МПа тепла передача стенда на альянс (штат Огайо), научно-исследовательский центр.

Кроме того, для усвоения европейских котельных технологий, B & W созданы рабочие отношения с тогдашним Siemens-Schuckertwerke компанией, владельцем Бенсон технологии, и компания Durrwerke, в то время было большее строительство котлов, чем любой другой лицензии Бенсон.

Видение сверхкритической электростанции было проведено также по American Electric Power и General Electric (для паровых турбина American Electric Power заключили договор как с B & W и General Electric, чтобы построить первую в мире ультрасверхкритическую электростанцию. Эта установка 125 МВт на Филон. Завод работал на главное условие пара 31 МПа и 621C, с двух нагревательных этапов: первый 565C, а затем 538C. Решение о проведении этого завода было принято в 1953 году и операция началась в 1957 году. В то время намерение продемонстрировать завод и возможности цикла сверхкритического давления, являлось подразделением и было коммерческим, действовало до 1979 года.

B&W в развитии котлов

Большинство конвекционных поверхностей теплообмена. Это организации, совершенно иная, чем типичное устройство котла сегодня, но было очень похоже на естественную циркуляцию котла того времени, такие как 90 МВт, 10 МПа котла показано на рисунке 2. Расположение трубчатой печи было совсем другое.

Поскольку устройство работает Филон в сверхкритическом режиме, забота о дифференциальном поглощении, на трубе разность температур была не столь велика. Таким образом, данное устройство было разработано с вертикальной трубой, после строительства техника уже работает в естественном циркуляции котлов. В соответствии с практикой Соединенных Штатов котельное строительство, дизайн использованы частично для того чтобы свести к минимуму количество тугоплавких корпусов. Для того, чтобы получить необходимые потоки массы в трубах, чтобы обеспечить и приравнивать теплообмен и трубки охлаждения, несколько проходится изменить устоявшиеся условия. Поскольку устройство было предназначено только для сверхкритического режима, этот проект стратегии был успешно завершен.

В 1960 и 1970 второй и третий котельные контракты, также с питанием American Electric, но эти 450 МВт системы были заказаны до единицы у Филон.

И котлы, и конструкции башни, и стиль, было признано, что горизонтальный стиль дизайна Филон не поддается работе на заводе Zimmer.

Эта схема во многом отражает тенденции коммунального хозяйства в Соединенных Штатах. В 1960 был быстрый рост электростанций больших размеров суперкритического цикла. После того как изменились экономические условия в начале и середине 1970-х отрасль вернулась в пользу докритического пара.

Цикл использования природных котлов связано с уменьшением установленой стоимости докритического завода. Несмотря на то,что сверхкритический цикл был более эффективным, это повышение эффективности не оправдало увеличение стоимости капитала в соответствии с экономическими трудностями наложенные на коммунальные услуги. С падением в США экономики в 1980-х годов темпы роста электроэнергии, где спрос значительно снизился, и это вызвало дальнейшее изменение.

UP котел описание дизайна

Котел сверхкритического давления универсальный (UP). Был подписал контракт с базовой нагрузкой и нагрузкой езда на велосипеде, а не для ежедневно запуска / остановки сервиса. Эти расчетные параметры встретились с рыночными требованиями и сверхкритических завод будет наиболее эффективной системной утилитой и, следовательно, устройством, которое будет диктовать экомике, какую базу следует загружать. Этот проект критерия оказал сильное влияние на договоренности. 1300 МВт блок станции Zimmer служит примером для обсуждения. Это котел, как показано на рисунке 5, похоже, в перестройка всех котлов сверхкритических UP. Хотя этот котел представляет новое явление, его общая философия дизайна следует другие 1300 МВт, которая возникла в конце 1960-х годов c сравнению с дизайном сегодняшних критериев, этот котел имеет довольно небольшой печи и опирается на рециркуляции дымовых газов от экомайзер выход на верхнюю часть печи (так называемый газ температуры pering) как способ снижения газовой печи, температура на выходе и таким образом, контролировать зашлакованности и загрязнения потенциал на более высоком эксплуатационных нагрузок. Рециркуляции дымовых газов также представлены

Печь бункер (газов) для контроля огне поглощения при пониженных нагрузках и, таким образом, контролировать разогревать паром температура При разработке нового котла для китайского рынка сегодня, дизайн будет следовать общепринятым дизайн параметры для китайских углей и, конечно, не использовать дымовые рециркуляции ОГ. Разогревать паром температуры будет вместо того, чтобы быть предоставлены амортизаторов в параллельные пути потока газа.

Обратите внимание, что общая схема газовой стороне раз через котел вполне аналогична естественной циркуляцией котел, такие как 600 МВт котлов, как показано на рисунке 6, в настоящее время под строительство для питания электрических Цзянсу Провинциальные янчжоу станции. Это не удивительно, так как дизайн перестройка определяется параметрами угля и экономические параметры строительства.

Поскольку котел сверхкритического UP предназначен для базовой нагрузки эксплуатации и нагрузки велосипедные операции, ограничение, топки котла может работать только над критической точкой давления был сделан на дизайн. Это ограничение также тепловые термодинамических свойств пара привести к разработке схемы воду. Воды осуществляется насосами котлов и протекающий через

подогревателей высокого давления питательной воды сначала проходит через экономайзера расположены в обычном месте в конвективной проход. Вода из разряда экономайзера течет через соединительную трубу (или первый downcomer пропуск нижняя часть печи). Для того чтобы получить большую массу поток необходимой для эффективного охлаждения трубы, в нижней части печь (в точке, расположенной приблизительно в середине пути между верхний уровень горелки и печи носом) состоит из двух последовательное воды путей, которые физически расположены в параллельно вокруг печи окружности. Эти два пути образована чередующимися первый проход и второй трубы проходят по всему котла периметру. Как показано на рисунке 7, вода течет вверх первый путь к выходу заголовки, из к смеси система, в которой жидкость энтальпии от всех первых трубы проходят выровняется, другие downcomer на второй вход проходят в нижней части печи, а затем до второй трубы проходят выходе снова из пусть заголовки. Затем вода проходит через энтальпию сочетание заголовков и обратно в третий проход трубы с третий проход составляют по всему периметру верхней печи. Таким образом, в нижней зоне теплового потока от верхней печи, трубы массовый поток уменьшается примерно вдвое меньше, чем нижня печь для экономики потери давления.

На рисунке 8 показано температуры энтальпия схема и котельных состояние условий для котла Zimmer при полной нагрузке. Отметим, что в первой и второй проходит из печи температура температура меняется очень мало существенных изменений в энтальпии. Таким образом, первый и второй проход трубы работают на ближайшем же температуры что делает строительство трубы переменного и, по сути, желательно как способ сделать общий расширение более равномерным. В дополнение к выше массовый поток необходимо в высшей зоне теплового потока нижней , эта организация несколько проходят также сводит к минимуму температуры.

Давление признаки, наиболее экономичный рабочее состояние соответствует давление что операция по второму пункту клапан обычно в пределах от 60

и 70% нагрузки. В результате давления котла и турбины эксплуатационные характеристики приведены на рисунке 10. В то время как повторно требование для печи остается выше критического давления точка означает, что снижение мощности накачки связано с переменной возможность рабочее давление не осуществляется, частичное признание дуги характеристики турбины означает, что существует очень мало из-за мощности накачки до примерно 50% нагрузки.

В Соединенных Штатах, не более одного раза через котлы, как правило, работает в режиме нагрузки на велосипеде и UP дизайн котла за образует очень хорошо в таком сервисе. Например, шесть мощностью 1300 МВт котлы работают на American Electric Power (котел ZimmerLOAD)

Как правило, работают в нагрузочно велосипедный с максимальной нагрузкой в середине в день и сокращение до 40% нагрузки в ночное время. Недельной нагрузки профиль для двух 1300 МВт показано на Рисунке 11. Это нагрузочного цикла внимательно следит за американской электроэнергетической системе загрузить требованиям.

Электроэнергетическая система поставляется как только через котлы другие размеры быть 600 МВт и 800 МВт. Отличные надежные способность UP дизайн, а в 1300 завод класс МВт, можно продемонстрировал на заводе AEP Альпинист который установил мировой рекорд 607 календарных дней (с 14 июля 1985 года по 14 марта, 1987) работы без остановки. Закрыли в конце этот период записи обстановка была на плановое техническое обслуживание в инспектирование. Каждый из AEP 1300 МВт показало впечатляюще долго непрерывной работы работает как показано в таблице 2. Эти длинные непрерывные работает операционная свидетельствуют о высокой надежность и способность конструкции котла. В связи с этим высокая надежность, AEP

Сейчас график отключений незначительных обслуживание на 2 интервала год и крупных отключений обслуживание на 4 интервалом в год.

Заключение

B & W сверхкритических котлов продемонстрировали эффективную эксплуатацию и высокую надежность в обслуживании потребностей нагрузки полезности рынке Соединенных Штатов. Потребности китайского электроэнергетики, очень похожи на те, которые есть в США.

B & W сверхкритических котлов доказала, что она очень хорошо подходят для удовлетворения этих потребностей.