GB/T 44684-2024 超临界二氧化碳锅炉

ICS

27.060.30

CCS

J98

中华人民共和国国家标准

GB/T44684—2024

超临界二氧化碳锅炉

Supercriticalcarbondioxideboilers

2024-09-29发布2025-04-01实施

国家市场监督管理总局发布

国家标准化管理委员会

GB/T44684—2024

目次

1

范围

··································································································

1

2

规范性引用文件

······················································································

1

3

术语和定义

···························································································

1

4

锅炉范围界定

·························································································

2

4.1

锅炉范围

·························································································

2

4.2

锅炉本体

·························································································

3

4.3

锅炉范围内管道

·················································································

3

4.4

安全附件和仪表

·················································································

3

5

型号和参数

···························································································

4

5.1

型号

······························································································

4

5.2

参数

······························································································

4

6

一般要求

······························································································

5

7

材料

··································································································

5

8

设计

··································································································

5

8.1

集箱与管道

······················································································

5

8.2

气冷壁

···························································································

6

8.3

高温受热面

······················································································

6

8.4

分流省煤器

······················································································

6

9

制造和检验

···························································································

7

10

安全附件及仪表

·····················································································

7

10.1

安全阀及其排放管路

···········································································

7

10.2

温度测量装置

···················································································

7

10.3

压力测量装置

···················································································

8

10.4

联锁保护

························································································

8

10.5

其他

·····························································································

8

11

产品铭牌、涂装、包装和随机文件

·································································

9

11.1

产品铭牌

························································································

9

11.2

涂装和包装

·····················································································

9

11.3

随机文件

························································································

9

12

安装与运行

··························································································

9

附录A（资料性）

超临界二氧化碳物性数据

························································

10

附录B（资料性）

超临界二氧化碳布雷顿循环发电机组启动前吹管方法

···························

37

B.1

预吹扫

··························································································

37

B.2

闭式稳压吹管

··················································································

39

Ⅰ

GB/T44684—2024

B.3

吹管质量标准

··················································································

40

附录C（资料性）

超临界二氧化碳锅炉工质采样方法

···············································

41

C.1

方法提要

·······················································································

41

C.2

采样系统

·······················································································

41

C.3

采样条件

·······················································································

41

C.4

采样步骤

·······················································································

42

附录D（资料性）

二氧化碳品质要求和检测方法

···················································

43

D.1

二氧化碳的品质要求

···········································································

43

D.2

二氧化碳品质检测方法

········································································

43

参考文献

································································································

46

Ⅱ

GB/T44684—2024

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规

定起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由全国锅炉压力容器标准化技术委员会（SAC/TC262）提出并归口。

本文件起草单位：中国特种设备检测研究院、哈尔滨锅炉厂有限责任公司、西安热工研究院有限公

司、哈尔滨工业大学、华北电力大学、哈尔滨电气科学技术有限公司、上海发电设备成套设计研究院有

限责任公司、华中科技大学、东方电气集团东方锅炉股份有限公司、西安交通大学。

本文件主要起草人：李军、刘光奎、钱公、魏国华、高建民、黄莺、向军、李红智、白文刚、

杜谦、朱忠亮、谢敏、苏宏亮、陈新中、王硕、董鹤鸣、闫凯、郝维勋、赵广播、张乃强、朱幼君、

曾洁、梁志远、赵加星。

Ⅲ

GB/T44684—2024

超临界二氧化碳锅炉

1范围

本文件规定了超临界二氧化碳锅炉（以下简称锅炉）的材料、设计、制造和检验、安全附件及仪

表、安装与运行等方面的通用技术要求。

本文件适用于采用超临界二氧化碳作为工质，额定出口工质温度大于或等于500℃、额定出口工作

压力大于或等于14MPa、单台出力小于或等于50MW的锅炉。

2规范性引用文件

下列文件的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GBZ1工业企业设计卫生标准

GBZ2.1工作场所有害因素职业接触限值第1部分：化学有害因素

GBZ/T223工作场所有毒气体检测报警装置设置规范

GB/T2900.48电工名词术语锅炉

GB/T8174设备及管道绝热效果的测试与评价

GB13223火电厂大气污染物排放标准

GB13271锅炉大气污染物排放标准

GB/T16507（所有部分）水管锅炉

GB/T17357设备及管道绝热层表面热损失现场测定热流计法和表面温度法

GB/T22395锅炉钢结构设计规范

GB/T23938高纯二氧化碳

GB/T34348电站锅炉技术条件

DL/T435电站锅炉炉膛防爆规程

NB/T10939锅炉用材料入厂验收规则

NB/T47043锅炉钢结构制造技术规范

NB/T47049管式空气预热器制造技术条件

NB/T47055锅炉涂装和包装通用技术条件

NB/T47060回转式空气预热器

3术语和定义

GB/T2900.48界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

超临界二氧化碳supercriticalcarbondioxide

压力大于7.38MPa、温度大于31.1℃的二氧化碳。

1

GB/T44684—2024

3.2

布雷顿循环braytoncycle

以气体为工质，先后经过绝热压缩、定压吸热、绝热膨胀及定压冷却四个过程的热力循环。

3.3

超临界二氧化碳锅炉supercriticalcarbondioxideboiler

以超临界二氧化碳作为工质的锅炉。

3.4

给气feedgas

符合一定质量要求而被输入锅炉的二氧化碳气体。

3.5

主气maingas

给气经锅炉加热后进入高压透平做功的二氧化碳气体。

3.6

再热气reheatgas

将高压透平排气经锅炉再次加热进入低压透平做功的二氧化碳气体。

3.7

气冷壁gas-cooledwall

敷设在锅炉炉膛四周以二氧化碳气体为冷却工质的辐射受热面。

3.8

分流省煤器shunteconomizer

利用从给气中分流出的部分二氧化碳气体吸收炉膛排烟中的热量以降低排烟温度的对流受热面。

4锅炉范围界定

4.1锅炉范围

典型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统流程图见图1。锅炉范围包括锅炉本体、锅炉范围内管

道、安全附件和仪表等。

图1典型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统流程图

2

GB/T44684—2024

4.2锅炉本体

锅炉本体是指由受热面、集箱及其连接管道，炉膛、燃烧设备、空气预热器、炉墙、烟（风）道、

构架（包括平台和扶梯）等所组成的整体。

4.3锅炉范围内管道

锅炉范围内管道包括给气管道、主气管道、再热气管道以及一次门以内（不含阀门）的支路管道，

见图2。

注：给气管道指主压缩机出口止回阀至气冷壁进口集箱以内的管道；主气管道指末级过热器出口集箱至透平高压主

气阀（对于母管制运行的锅炉，至母管前第一个阀门）以内的管道；再热气冷段管道指透平排气止回阀至再热

器进口集箱以内的管道；再热气热段管道指再热器出口集箱至透平低压主气阀以内的管道。

图2超临界二氧化碳锅炉的锅炉范围内管道示意图

4.4安全附件和仪表

安全附件和仪表，包括安全阀，二氧化碳泄漏报警装置，压力测量、温度测量、二氧化碳浓度测量

等装置（仪表），安全保护装置，排污装置等。

3

GB/T44684—2024

5型号和参数

5.1型号

5.1.1编制方法

5.1.1.1锅炉的产品型号由四个部分组成，各部分之间用短横线相连，表示制造单位、工质名称、额定

参数、燃料种类等，形式如下：

5.1.1.2产品型号第一部分：

A─锅炉制造单位代号，由若干字母表示。

5.1.1.3产品型号第二部分由B、C和D三部分组成，中间用斜线（/）分开，其中：

B─锅炉额定主气流量，用阿拉伯数字表示（整数），单位为吨每小时（t/h）；

C─锅炉额定主气压力（表压），用阿拉伯数字表示（保留1位小数点），单位为兆帕

（MPa）；

D─锅炉额定主气温度，用阿拉伯数字表示，单位为摄氏度（℃），如有再热，其温度值在额定

主气温度后用斜线（/）分隔并标出。

5.1.1.4产品型号第三部分由E和F两部分组成，其中：

E─锅炉设计燃料代号，用汉语拼音字母表示，按下列规定：

a）燃“煤”炉，用“M”表示；

b）燃“油”炉，用“Y”表示；

c）燃“气”炉，用“Q”表示；

d）燃“其他燃料”炉，用“T”表示；

e）对于电加热锅炉，用“D”表示。

对于原设计已考虑可燃用两种燃料的锅炉，可用两种燃料代号并列。如：可燃“煤”和“油”锅

炉，用“MY”表示；可燃“油”和“气”锅炉，用“YQ”表示。

F─锅炉设计顺序号，一般用阿拉伯数字或字母表示，具体由各单位自行确定。

5.1.1.5产品型号第四部分为工质名称，用CO2表示。

5.1.2编制示例

代号为××的某单位制造的超临界二氧化碳锅炉，其额定主气流量290t/h、额定主气压力

20MPa、额定主气温度600℃、再热气出口温度600℃，设计燃料为天然气，设计顺序号为001，其型

号为：××﹘290/20/600/600﹘Q001﹘CO2。

5.2参数

锅炉额定工况主要技术参数如下：

a）锅炉主气流量，单位为吨每小时（t/h）；

4

GB/T44684—2024

b）工质压力（表压），单位为兆帕（MPa），包括给气压力、额定主气压力、额定再热器进口压

力、额定再热器出口压力；

c）工质温度，单位为摄氏度（℃），包括给气温度、额定主气温度、额定再热器进口温度、额定

再热器出口温度；

d）排烟温度，单位为摄氏度（℃）；

e）锅炉热效率，％。

6一般要求

6.1锅炉的材料、设计、制造、检验、安装与运行应符合GB/T16507（所有部分）的要求。

6.2锅炉钢结构的设计应符合GB/T22395的要求，钢结构的制造应符合NB/T47043的要求。

6.3锅炉配套回转式预热器材料、设计应符合NB/T47060的要求，管式预热器材料、设计应符合

NB/T47049的要求。

6.4锅炉的燃烧、烟风系统的设计与设备的配置应符合GB/T34348的要求。

6.5锅炉内充装的二氧化碳工质质量应符合GB/T23938的要求。

6.6锅炉污染物排放应符合GB13223或GB13271的要求。

6.7锅炉设计时应采取有效措施控制锅炉出口烟气温度。

6.8锅炉受压元件、部件的连接应采用焊接连接。

6.9锅炉应采取有效的工质减温方式，保证锅炉气温可控。

6.10在锅炉启动过程中，锅炉各部件的工作压力不应高于工作温度下的二氧化碳饱和气压力。在正常

工况下，应高于二氧化碳临界压力。

6.11锅炉应合理设置排污装置，保证排污通畅。

7材料

7.1应按照GB/T16507.2的规定选择锅炉用材料（包括焊接材料）。

7.2锅炉设计选材时，应根据锅炉频繁调峰产生的疲劳问题采取有效解决措施。

7.3锅炉受热面管设计选材时，烟气侧管子外壁温度应符合壁温适用范围，并留有裕度。

7.4气冷壁材料宜选用9％～12％Cr马氏体耐热钢或奥氏体不锈钢，高温受热面材料宜选用奥氏体不

锈钢。不宜对奥氏体不锈钢管的内表面进行内喷丸处理。

7.5锅炉制造、安装单位应按NB/T10939规定的项目对锅炉用材料进行验收，合格后才能使用。

8设计

8.1集箱与管道

8.1.1管道的材料、规格应根据系统流量、压力、温度参数经过技术经济性比较确定。

8.1.2管道系统载荷统计应按照管道和集箱各种工况中可能出现的最大二氧化碳密度进行核算。

8.1.3设计时合理选择管道弯曲半径以减小流动阻力。管道弯头在空间结构条件允许情况下，管道弯曲

半径宜采用不小于3倍管道外径。

8.1.4超临界二氧化碳放空管道设计时应考虑冷冻效应，防止管道发生脆性破裂。

8.1.5工作温度不同的管道采用三通结构汇合时应有减少温差应力措施，可在支管处采用套筒结构。

8.1.6凡与主气管道、再热气管道、给气管道、分流省煤器进口管道等锅炉管道直接连接的联箱、集箱

等，均应能够承受管道热膨胀所给予的推力及力矩。

5

GB/T44684—2024

8.1.7气冷壁高度最低的集箱应设置防止启动初期二氧化碳液化的放气管路，管路出口应连接到安全

地点。

8.1.8分流省煤器入口管道宜设置调节阀，出口管道的设计温度应能满足分流省煤器在运行中可能出现

的最恶劣工况。

8.2气冷壁

8.2.1燃煤锅炉炉膛截面大小应根据截面热负荷、传热特性和气冷壁冷却条件等因素进行确定。燃油、

燃气锅炉的炉膛截面大小应满足燃烧器火焰扩展所需空间。当采用室燃炉时，应保证任何工况下火焰不

冲刷气冷壁壁面及气冷壁内其他受热面部件，且各受热面不超温。

8.2.2气冷壁工质流向（上升、下降、水平方向）宜根据壁面热负荷分布情况选择，使气冷壁工质低温

区与炉膛内高热负荷区合理匹配。

8.2.3气冷壁应进行全工况二氧化碳热动力计算，相关物性数据见附录A，热负荷曲线宜参照水管锅炉

曲线。任何工况下，管子的金属壁温应低于钢材的最高允许使用温度，管壁外表面温度低于材料抗氧化

温度。

8.2.4强度计算时，计算温度取值应包含热偏差、流量偏差等因素造成的管壁温度偏差，并留有裕度。

8.2.5气冷壁采用管子加鳍片形式的膜式壁或其他可靠密封形式，管间扁钢材料与管子材料成分应相

近。气冷壁的管内可采用传热强化技术，以提升单位面积的吸热量。

8.2.6气冷壁采用膜式壁时，同一鳍片相连接的两根相邻管子应控制金属温度偏差，避免鳍片撕裂。

8.2.7气冷壁设计中应根据启动初期受热不均、局部温度较低导致个别管子内产生的二氧化碳液化现

象，采取措施使管子能够得到充分冷却。

8.2.8气冷壁宜采用全疏水结构，放水点装在最低处，应能放空气冷壁管及其集箱内的水或液态二氧

化碳。

8.3高温受热面

8.3.1锅炉受热面宜选用悬吊结构。锅炉运行时应按照预定方向膨胀，且不应造成膨胀受阻和变形。

8.3.2高温受热面宜选择水平布置的屏式或管束结构，当采用垂直吊挂结构时，应采取措施清除水压试

验存留的积水。

8.3.3为增大受热面二氧化碳通流面积，通过减少横向截距增加管子数量时，应不堵灰且不加重磨损。

8.3.4受结构限制，当单独布置一级受热面会导致二氧化碳流动阻力过大时，可采用分流设计，沿烟气

流程将不同位置上受热面并联连接，两个并联受热面阻力、温升应相近。

8.3.5强度计算时，应根据烟温偏差、流量偏差等因素造成的管壁温度偏差，对不同的管段分别进行壁

温核算。

8.3.6设计中应保证各段受热面在启动、正常运行、停炉、事故等情况下采取有效措施保证金属壁面不

超温，按预定方向膨胀且不受阻碍。

8.3.7各级受热面最高点处应设有排放空气的管路和阀门，低点设置疏水管路和阀门；管路的引出处应

采用加厚的管座（管接头），管路应至少设置串联的两个阀门，其中一个阀门应靠近管路引出处的管

接头。

8.4分流省煤器

8.4.1分流省煤器一般采用逆流布置，应保持其传热端差（进口烟温与出口气温差值）不为负值。

8.4.2分流省煤器的设计流量宜根据热力系统优化计算确定，任何情况下，受热面应能得到充分冷却。

8.4.3分流省煤器应能与并联的受热面温升和压降匹配，出口工质温度应与汇入管路工质温度相近，出

口压力高于汇入点工质压力。

8.4.4受热面管子和材料的壁温核算应按照可能出现的最低流量、最高进口温度中最恶劣工况校核金属

6

GB/T44684—2024

壁面温度。

9制造和检验

9.1当炉膛整体组装出厂时，其组装后应满足以下要求：

a）整体炉膛全部密封；

b）整体炉膛的宽度和深度尺寸偏差为±15mm；

c）整体炉膛高度（上下集箱中心线）偏差为±10mm。

9.2锅炉制造过程中的无损检测除应符合GB/T16507.6，还应满足以下要求。

a）9％～12％Cr马氏体耐热钢和奥氏体不锈钢材质的气冷壁管屏的管子与扁钢的角焊缝，首屏焊

制后进行100％渗透检测；其余管屏起弧、停弧、补焊等位置进行100％渗透检测，并抽查总长

不低于10％的角焊缝进行渗透检测。

b）气冷壁管屏管子与承载附件（耳板、刚性梁附件等）的焊缝进行100％渗透检测。

c）对于9％～12％Cr马氏体耐热钢和奥氏体不锈钢材质的气冷壁管屏，成排弯前后对管屏弯曲位

置受拉面管子与扁钢角焊缝进行100％渗透检测。

9.3焊接接头力学性能试验应符合GB/T16507.6要求。

9.4水压试验应符合GB/T16507.6的要求。

10安全附件及仪表

10.1安全阀及其排放管路

10.1.1每台锅炉过热器和再热器系统均应装设全启式安全阀，宜至少设置1个控制式安全阀（气动

式、液动式和电磁式）。在锅炉启动和停炉过程中，二氧化碳工质存在接近三相点的状态，安全阀的设

计、选型不应造成因二氧化碳冷冻效应引起的阀门堵塞和失效。

10.1.2过热器或再热器系统锅炉安全阀全部开启时排量之和应大于锅炉设计循环流量，气冷壁、高温

受热面装设的安全阀排量应能保证受热面足够的冷却。

10.1.3安全阀应可靠密封，安全阀动作时无二氧化碳气体泄漏。阀门密封件应具有耐二氧化碳气体腐

蚀的性能。

10.1.4安全阀排放管路应直通安全地点，并加装消音器。排放管路应通畅且雨水不能进入。

10.2温度测量装置

10.2.1宜在管道中选用带套管形式热电偶实时监测系统温度，测点不应装在设备和管道死角处和受冲

击的地方，相邻两个热电偶套管间距应不小于所在管道直径的2倍，套管材料应与管道材料一致。测量

以下温度：

a）锅炉入口给气温度；

b）分流省煤器进出口气温；

c）气冷壁进出口气温；

d）每级受热面进出口气温；

e）存在温差汇合管道汇合前后气温。

10.2.2应监测锅炉金属壁温状况，测量金属壁温应采用与被测表面紧密接触的表面式热电偶，对于高

温受热面、气冷壁出口应装设在管子穿出炉墙100mm以内，对于气冷壁背火面应装设在背火面管壁上

并用保温材料包裹。测量以下温度：

a）高温受热面炉外金属壁温；

7

GB/T44684—2024

b）炉膛气冷壁出口金属壁温；

c）炉膛气冷壁燃烧器区背火侧金属壁温。

10.2.3应对锅炉烟气温度进行测量，包括：

a）空气预热器进口烟气温度；

b）排烟温度；

c）炉膛出口烟气温度；

d）再循环烟气（如有）出口温度。

10.3压力测量装置

10.3.1锅炉工质系统的就地压力表宜选用弹簧管压力表，其远传压力表宜选用压力变送器，对以下压

力进行测量：

a）锅炉入口给气压力；

b）分流省煤器进出口压力；

c）炉膛气冷壁进出口压力；

d）每级受热面进出口压力；

e）汇合管道汇合前后压力。

10.3.2烟风系统宜选用具备远传功能的压力变送器或压力开关，对以下压力进行测量：

a）炉膛出口压力；

b）空气预热器进出烟气压力；

c）空气预热器进出风压力；

d）再循环烟气（如有）压力。

10.4联锁保护

10.4.1锅炉工质系统应至少装设以下保护装置：

a）任何情况下，循环流量低于启动流量时的报警装置；

b）工质流程气冷壁出口温度超过规定值时的报警装置；

c）给气断气超过规定时间时自动切断锅炉的燃料供应装置；

d）锅炉出口主气或再热气超压报警装置；

e）锅炉出口主气或再热气超温报警装置；

f）高温受热面管壁温度报警装置。

10.4.2锅炉燃烧系统、烟风系统保护设置应符合GB/T16507.7的规定。

10.4.3室燃锅炉防爆装置的装设应符合DL/T435的规定。

10.5其他

10.5.1应在锅炉本体周围环境中建立二氧化碳气体传感器报警系统，环境浓度超过GBZ2.1规定的时

间加权平均容许浓度前应能报警，报警装置设置符合GBZ/T223的规定。

10.5.2在厂房内布置锅炉设备时，应在锅炉房内地面及低洼处等布置事故管道，并符合GBZ1的要

求。事故通风管道应与二氧化碳检测报警装置设置联锁。

10.5.3空气预热器前尾部烟道宜对烟气中二氧化碳含量在线检测，以监测炉内二氧化碳受热面泄漏。

10.5.4锅炉放气阀、安全阀等放气装置打开时应有报警提示。

8

GB/T44684—2024

11产品铭牌、涂装、包装和随机文件

11.1产品铭牌

11.1.1锅炉产品应在明显的位置装设金属铭牌，铭牌上至少包括以下项目：

a）制造单位名称；

b）锅炉型号；

c）设备代码；

d）产品编号；

e）额定主气流量（t/h）或者额定热功率（MW）；

f）额定主气压力（MPa）；

g）额定主气温度（℃）；

h）额定再热气进口、出口温度（℃）和进口、出口压力（MPa）；

i）制造日期（年、月）。

11.1.2散件出厂的锅炉，应在主要受压部件的封头、端盖或筒体适当位置上标注产品标记。

11.2涂装和包装

锅炉涂装和包装应满足NB/T47055的规定。

11.3随机文件

产品出厂时，锅炉制造单位应提供与安全有关的技术资料，至少包括以下内容：

a）锅炉图样，包括总图、安装图和主要受压元件图；

b）受压元件的强度计算书或者计算结果汇总表；

c）安全阀排放量的计算书或者计算结果汇总表；

d）热力计算书或者热力计算结果汇总表；

e）烟风阻力计算书或者计算结果汇总表；

f）锅炉质量证明书，包括产品合格证（含锅炉产品数据表）、金属材料质量证明、焊接质量证明

和水（耐）压试验证明等；

g）锅炉安装说明书和使用说明书；

h）受压元件与设计文件不符的变更资料；

i）过热器、再热器壁温计算书或者计算结果汇总表；

j）热膨胀系统图；

k）各项安全保护装置整定值。

产品合格证上应有检验责任工程师、质量保证工程师签章和产品质量检验专用章（或单位公章）。

12安装与运行

12.1锅炉安装完成后，应进行工作压力下的气压试验。

12.2新建、扩建、改建机组投运前，应进行吹管，吹管方法见附录B。

12.3锅炉热效率测试参照GB/T10184执行，锅炉散热损失按GB/T8174和GB/T17357测量。

12.4新建机组试运行期间和锅炉正式运行后，应对工质进行检测分析。检测的采样方法见附录C，检

测方法和工质品质要求见附录D。

9

GB/T44684—2024

附录A

（资料性）

超临界二氧化碳物性数据

超临界二氧化碳物性数据见表A.1。

表A.1超临界二氧化碳物性数据

压力温度密度比焓导热系数运动黏度

普朗特数

MPa℃kg/m3kJ/kgW/(m·K)10-7

m2/s

14.0100301.73470.080.03960.8701.3227

14.0120256.67506.100.03710.9801.1183

14.0140227.21537.150.03641.0971.0074

14.0160205.84565.490.03651.2170.9393

14.0180189.33592.190.03701.3400.8964

14.0200176.02617.860.03791.4670.8601

14.0220164.95642.830.03901.5980.8339

14.0240155.54667.340.04021.731