[科普中国]-超临界压强锅炉

锅炉内的工质都是水，水的压力越高，水的沸点(也称饱和温度)也越高。临界压力是22.115MP(225大气压)，临界温度是374.15℃。在这个压力和温度时，水和蒸汽的密度是相同的，就叫水的临界点，炉内工质压力低于这个压力就叫亚临界锅炉，大于这个压力就是超临界压强锅炉，炉内蒸汽温度不低于593℃或蒸汽压力不低于31MP被称为超超临界。所以超临界压强锅炉就是出口蒸汽压强超过临界压力，即表压22.1兆帕的锅炉1。

总体结构超临界压强锅炉整体布置为单炉膛、一次再热、全悬吊结构Ⅱ型布置、全钢架、燃烧器前后墙布置对冲燃烧，炉膛尾部烟道为双烟道，采用挡板调温。与亚临界压强锅炉相比，在锅炉整体结构上有一定的相似之处，大多数同类受压元件也基本相类似，例如垂直水冷壁、绝大部分的过热器、再热器及集箱等受压件，在结构上均没有太大的差别，只是在材料的选用等级上有所不同，高强度等级的耐热钢、不锈钢等材料选用较多。但在某些受压元件的具体结构上差异很大，同时也出现了一些新型结构的受压元件。例如，由于没有明显的汽水分界面，超临界压强锅炉中没有锅筒，而在锅炉前部上方布置汽水分离器，在锅炉启动时代替锅筒的功能；虽然炉膛水冷壁均为膜式水冷壁，但下部水冷壁及灰斗采用螺旋管圈，螺旋管圈的倾角约18。，上部水冷壁为垂直管屏，以利于采用悬吊结构；在折焰角附近布置了环绕炉膛四周的中间混合集箱，螺旋管圈通过此集箱与垂直管屏相连2。

运行参数确定原则由于水在超临界状态后有某些特定的性质，最主要的就是在当压力比≤1.2范围内，温度处于拟临界温度附近时，水的某些物性会发生剧烈的变化，尤其是比热容急剧增大，存在一个大比热区。在大比热区内管壁与水的换热有如下特点：①在热负荷较小，质量流速较大时，接近大比热区的工质换热系数很大。②热负荷较高、质量流速较小时，大比热区的工质的换热系数突然减小，管壁温度飞升，会出现传热恶化现象，从理论上分析在此压力下水的液-汽相变很不稳定，因此在确定超临界下运行参数应充分考虑该现象，主要是控制好两个方面的参数：一是在临界压力时温度要快速通过拟临界温度；二是保持较大的锅炉排量(不低于7t/h)。同时考虑到要使蒸汽具有最高的热焓值及锅炉的承受能力，来确定最佳注汽参数3。

水汽流程超临界压强锅炉水汽流程如下：从水处理装置来的除盐水(20℃左右)进入柱塞泵升压，在泵前装有入口减震器，以保证入口水的稳定供应；在泵的出口装有出口减震器，以保证出口水的压力平稳。给水先进入给水预热器壳程，使给水温度提高到烟气露点以上(121℃左右)，以避免烟气低温腐蚀。经预热后的水进入对流低温区，在这里吸收热量后(199℃左右)进入辐射段低温区进一步加热(334℃左右)，然后再进入给水预热器内管作为热源加热给水，经冷却后(252℃左右)又重新进入辐射段高温区，水在辐射段高温区经加热后(370℃左右)进人对流段的高温区进行汽化(或过热)(390℃左右)，最后出锅炉本体3。

特点蒸汽质量高由于超临界压强锅炉具有生产过热蒸汽的能力，所以与同压力条件下亚临界压强锅炉相比所生产的蒸汽质量明显要高。

相态稳定性好亚临界下，水蒸气在加压条件会发生液化现象，这样在注汽的过程中当井底的压力大于井口压力时，蒸汽的干度会有较大幅度的下降，从而影响注汽效果。而在超临界下，蒸汽的相态非常稳定，不会随压力变化而发生相变，从而保证到井底后依然是蒸汽状态，有利于对油层的加温和保护，提高注汽效果3。

热焓值高从理论上来讲超临界压强锅炉生产的是过热蒸汽，这样就比亚临界压强锅炉70%干度的湿蒸汽在热焓值上多了30%的汽化潜热和3~5度的过热度所含的热值，从而具有更高的热焓值。为了更直观的表现出两种锅炉生产蒸汽质量的差别，可用水汽特性图来定量的进行一下比较3。

本词条内容贡献者为:

任毅如 - 副教授 - 湖南大学