超超臨界燃煤發電技術的研究（二）
發布時間：2011-09-30 共1頁
3 我國發展超超臨界機組的技術路線
2000年開始，原國家電力公司啟動了超超臨界發電技術可行性的研究工作。2002年該研究獲得國家科技部支持，列入“十五”863研究計劃。該項目由國內制造企業、電力公司以及科研院所等19個單位組成的課題組，圍繞我國開展超超臨界機組的應用技術問題開展專題研究，分為5個子課題，其中子課題一為“超超臨界機組的技術選型研究”；子課題二為“超超臨界鍋爐關鍵技術研究”；子課題三為“超超臨界汽輪機關鍵技術研究”；子課題四為“大型燃煤電站煙氣凈化技術研究”；子課題五為“超超臨界機組電站設計與運行技術研究”。
2003年11月7日，子課題一通過國家科技部組織的專家驗收。該子課題全面、深入地調研了國外超超臨界燃煤機組的現狀和技術發展趨勢，并根據我國的具體國情，全面分析了超超臨界機組用鋼的現狀，在選用國際成熟的耐熱鋼材的前提下，分析研究了有關超超臨界參數、機組容量、機組的結構型式、熱力系統、重要輔機配套、機爐參數匹配及機組運行性能等問題。明確提出了我國近期發展超超臨界機組的有關技術選型結論，提出了煙氣凈化技術的選型建議。研究結論既考慮了國際上超超臨界機組發展的先進成熟水平，又充分考慮了我國當前設計和制造企業通過與國外合作迅速實現本地化的可能性。
在此研究過程中，在通過國際市場采購已商業化的耐熱金屬材料的條件下，用科學抽象的典型化、層次化方法，從技術可行性、設計制造模式、業績和與國外合作、經濟性分析四個重要方面分析，抓住本質，對繁多因素進行歸類、分層處理，得到如下技術選型論證的結論：
1、我國發展超超臨界機組的技術參數
蒸汽參數25MPa/600℃/600℃（發電效率約44.63%，發電煤耗率275g/kWh）；同時，不排除蒸汽參數28MPa/600℃/600℃（發電效率約44.99%，發電煤耗率273g/kWh）的可能，提高壓力后，其熱效率提高約0.4個百分點，其技術經濟性根據實際工程而定。
2、我國發展超超臨界機組的參數等級
⑴ 推薦1000MW容量等級機組方案和600MW容量等級機組采用超超臨界參數方案，其中600MW容量等級超超臨界機組應做為我國電網中的主力機組。經研究分析，為保證機組的技術經濟合理性，超超臨界機組的單機容量應在350MW以上，超臨界機組的單機容量應在300MW以上。
⑵ 1000MW級超超臨界機組推薦采用單軸布置。對常規背壓（4.9kPa）條件，1000MW級汽輪機可采用43～48″（1092.2～1219.2mm）末級葉片四缸四排汽結構，其排汽損失在設計規范內；600MW級汽輪機采用～1000mm末級葉片四缸四排汽結構是合適的，同時可采用48″末級長葉片的兩排汽結構。
大型超臨界煤粉鍋爐的整體布置主要采用Π型布置和塔式布置。鍋爐水冷壁型式中的螺旋管圈和垂直管屏二種型式均有運行業績，均是可行的，但在數量上以前者為多。
⑶ 采用二次再熱可使機組的熱效率提高 1％～2%，但也造成了調溫方式、受熱面布置、結構等的復雜性，成本明顯提高。因此，推薦一次再熱。
總的來看，這種技術選型方案具有創新性和世界先進水平。我國超超臨界機組的推薦參數25MPa/600℃/600℃是日本目前所采用的方案，壓力比歐洲低，溫度比歐洲高；目前世界上還沒有該參數的1000MW單軸超超臨界機組。這個方案適合我國經濟和電力發展需要。
28MPa/600℃/600℃參數超超臨界機組方案的技術水平略高于25MPa/600℃/600℃參數方案，但仍屬同一等級的。這個方案采用的壓力比目前日本高、溫度比目前歐洲高，該參數與1000MW級容量的組合方案具有世界先進水平。
按照上述技術路線，哈爾濱、上海、東方等三大動力設備廠與日立、三菱、東芝、西門子、阿爾斯通等公司進行了技術引進工作。
子課題二、三的研究針對已確定的機組選型參數，以制造企業為中心開展鍋爐、汽輪機、發電機和重要輔機的研究工作。哈爾濱鍋爐廠負責組織三家鍋爐廠、研究單位，重點研究水冷壁水動力工況和奧氏體鋼的加工和焊接工藝，提出超超臨界鍋爐的方案和設計軟件。東方汽輪機廠負責組織三家汽輪機廠、研究單位重點研究高溫、高壓部件動葉材料、汽輪機總體結構及可靠性、高溫材料冷、熱加工工藝和末級長葉片技術，提出超超臨界汽輪機的方案和設計軟件。子課題四由國家電站燃燒技術中心正在研究大機組的脫硝技術，為今后自主發展煙氣脫硝技術作好準備。子課題五由華能國際電力公司正組織西安熱工院和華東電力設計院研究超超臨界運行和設計技術。這些技術將為建設國產超超臨界機組提供具體的方案。
4 超超臨界發電技術的應用前景
根據我國現實及未來可能的資源條件和各種能源技術發展水平及其經濟性，燃煤發電仍然在電力結構中占據不可替代的地位。大力發展先進、高效、清潔的燃煤發電技術是電力工業可持續發展的重要手段。最近國家發改委明確要求，在缺乏煤炭資源的東部沿海地區，優先規劃建設發電煤耗不高于275克標準煤/千瓦時的燃煤電站，這是超超臨界機組的發展政策要求。因此，超超臨界機組將會在東部得到快速發展。
今年煤炭價格大幅度上漲，從長遠看，煤炭價格將會持續上漲。就目前的煤價水平，在坑口建設的超超臨界機組的電價已經低于亞臨界機組的電價，隨著煤價上漲，超超臨界機組將會更加經濟。隨著國家建設大型坑口煤電基地戰略的實施，坑口地區的電廠裝機規模會迅速增加，需要超超臨界機組提高煤炭利用效率、減少排放。(考試大注冊安全工程師)
隨著超臨界火電機組的國產化，我國在今后新增的火電裝機結構中必將大力發展超臨界和超超臨界機組。根據現已完成的研究結果表明：今后電網新增超臨界與超超臨界機組的需求和數量都將大幅度增加。其中超超臨界機組由于與超臨界機組相比效率將有較大幅度的提高，從而具有更高的競爭優勢。預計2020年超超臨界機組在燃煤機組裝機總量中達到25%以上。
因此，加快建設和發展超超臨界火電機組是解決電力短缺、能源利用率低和環境污染嚴重的最現實、最有效的途徑。超超臨界發電技術是我國電力工業升級換代，縮小與發達國家技術與裝備差距的新一代技術，在未來20~30年是我國電力工業裝機主要技術。超超臨界火電技術的發展，還將帶動制造工業、材料工業、環保工業及其它相關產業的發展，創造新的經濟增長點，是電力工業可持續發展的戰略選擇。
2000年開始，原國家電力公司啟動了超超臨界發電技術可行性的研究工作。2002年該研究獲得國家科技部支持，列入“十五”863研究計劃。該項目由國內制造企業、電力公司以及科研院所等19個單位組成的課題組，圍繞我國開展超超臨界機組的應用技術問題開展專題研究，分為5個子課題，其中子課題一為“超超臨界機組的技術選型研究”；子課題二為“超超臨界鍋爐關鍵技術研究”；子課題三為“超超臨界汽輪機關鍵技術研究”；子課題四為“大型燃煤電站煙氣凈化技術研究”；子課題五為“超超臨界機組電站設計與運行技術研究”。
2003年11月7日，子課題一通過國家科技部組織的專家驗收。該子課題全面、深入地調研了國外超超臨界燃煤機組的現狀和技術發展趨勢，并根據我國的具體國情，全面分析了超超臨界機組用鋼的現狀，在選用國際成熟的耐熱鋼材的前提下，分析研究了有關超超臨界參數、機組容量、機組的結構型式、熱力系統、重要輔機配套、機爐參數匹配及機組運行性能等問題。明確提出了我國近期發展超超臨界機組的有關技術選型結論，提出了煙氣凈化技術的選型建議。研究結論既考慮了國際上超超臨界機組發展的先進成熟水平，又充分考慮了我國當前設計和制造企業通過與國外合作迅速實現本地化的可能性。
在此研究過程中，在通過國際市場采購已商業化的耐熱金屬材料的條件下，用科學抽象的典型化、層次化方法，從技術可行性、設計制造模式、業績和與國外合作、經濟性分析四個重要方面分析，抓住本質，對繁多因素進行歸類、分層處理，得到如下技術選型論證的結論：
1、我國發展超超臨界機組的技術參數
蒸汽參數25MPa/600℃/600℃（發電效率約44.63%，發電煤耗率275g/kWh）；同時，不排除蒸汽參數28MPa/600℃/600℃（發電效率約44.99%，發電煤耗率273g/kWh）的可能，提高壓力后，其熱效率提高約0.4個百分點，其技術經濟性根據實際工程而定。
2、我國發展超超臨界機組的參數等級
⑴ 推薦1000MW容量等級機組方案和600MW容量等級機組采用超超臨界參數方案，其中600MW容量等級超超臨界機組應做為我國電網中的主力機組。經研究分析，為保證機組的技術經濟合理性，超超臨界機組的單機容量應在350MW以上，超臨界機組的單機容量應在300MW以上。
⑵ 1000MW級超超臨界機組推薦采用單軸布置。對常規背壓（4.9kPa）條件，1000MW級汽輪機可采用43～48″（1092.2～1219.2mm）末級葉片四缸四排汽結構，其排汽損失在設計規范內；600MW級汽輪機采用～1000mm末級葉片四缸四排汽結構是合適的，同時可采用48″末級長葉片的兩排汽結構。
大型超臨界煤粉鍋爐的整體布置主要采用Π型布置和塔式布置。鍋爐水冷壁型式中的螺旋管圈和垂直管屏二種型式均有運行業績，均是可行的，但在數量上以前者為多。
⑶ 采用二次再熱可使機組的熱效率提高 1％～2%，但也造成了調溫方式、受熱面布置、結構等的復雜性，成本明顯提高。因此，推薦一次再熱。
總的來看，這種技術選型方案具有創新性和世界先進水平。我國超超臨界機組的推薦參數25MPa/600℃/600℃是日本目前所采用的方案，壓力比歐洲低，溫度比歐洲高；目前世界上還沒有該參數的1000MW單軸超超臨界機組。這個方案適合我國經濟和電力發展需要。
28MPa/600℃/600℃參數超超臨界機組方案的技術水平略高于25MPa/600℃/600℃參數方案，但仍屬同一等級的。這個方案采用的壓力比目前日本高、溫度比目前歐洲高，該參數與1000MW級容量的組合方案具有世界先進水平。
按照上述技術路線，哈爾濱、上海、東方等三大動力設備廠與日立、三菱、東芝、西門子、阿爾斯通等公司進行了技術引進工作。
子課題二、三的研究針對已確定的機組選型參數，以制造企業為中心開展鍋爐、汽輪機、發電機和重要輔機的研究工作。哈爾濱鍋爐廠負責組織三家鍋爐廠、研究單位，重點研究水冷壁水動力工況和奧氏體鋼的加工和焊接工藝，提出超超臨界鍋爐的方案和設計軟件。東方汽輪機廠負責組織三家汽輪機廠、研究單位重點研究高溫、高壓部件動葉材料、汽輪機總體結構及可靠性、高溫材料冷、熱加工工藝和末級長葉片技術，提出超超臨界汽輪機的方案和設計軟件。子課題四由國家電站燃燒技術中心正在研究大機組的脫硝技術，為今后自主發展煙氣脫硝技術作好準備。子課題五由華能國際電力公司正組織西安熱工院和華東電力設計院研究超超臨界運行和設計技術。這些技術將為建設國產超超臨界機組提供具體的方案。
4 超超臨界發電技術的應用前景
根據我國現實及未來可能的資源條件和各種能源技術發展水平及其經濟性，燃煤發電仍然在電力結構中占據不可替代的地位。大力發展先進、高效、清潔的燃煤發電技術是電力工業可持續發展的重要手段。最近國家發改委明確要求，在缺乏煤炭資源的東部沿海地區，優先規劃建設發電煤耗不高于275克標準煤/千瓦時的燃煤電站，這是超超臨界機組的發展政策要求。因此，超超臨界機組將會在東部得到快速發展。
今年煤炭價格大幅度上漲，從長遠看，煤炭價格將會持續上漲。就目前的煤價水平，在坑口建設的超超臨界機組的電價已經低于亞臨界機組的電價，隨著煤價上漲，超超臨界機組將會更加經濟。隨著國家建設大型坑口煤電基地戰略的實施，坑口地區的電廠裝機規模會迅速增加，需要超超臨界機組提高煤炭利用效率、減少排放。(考試大注冊安全工程師)
隨著超臨界火電機組的國產化，我國在今后新增的火電裝機結構中必將大力發展超臨界和超超臨界機組。根據現已完成的研究結果表明：今后電網新增超臨界與超超臨界機組的需求和數量都將大幅度增加。其中超超臨界機組由于與超臨界機組相比效率將有較大幅度的提高，從而具有更高的競爭優勢。預計2020年超超臨界機組在燃煤機組裝機總量中達到25%以上。
因此，加快建設和發展超超臨界火電機組是解決電力短缺、能源利用率低和環境污染嚴重的最現實、最有效的途徑。超超臨界發電技術是我國電力工業升級換代，縮小與發達國家技術與裝備差距的新一代技術，在未來20~30年是我國電力工業裝機主要技術。超超臨界火電技術的發展，還將帶動制造工業、材料工業、環保工業及其它相關產業的發展，創造新的經濟增長點，是電力工業可持續發展的戰略選擇。
