我国发展超超临界发电机组的技术选型研究.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流我国发展超超临界发电机组的技术选型研究.精品文档.“十五”国家重点科技攻关计划项目课题名称：超超临界燃煤发电技术 （2002AA526010）子课题1：超超临界发电机组技术选型研究 （2002AA526011）编号：密级：我国发展超超临界发电机组的技术选型研究国家863“超超临界燃煤发电技术”课题/子课题1 技术报告国 家 电 力 公 司中 国 华 能 集 团 公 司2003年 8月课 题 名 称： 超超临界燃煤发电技术子 课 题 名 称： 超超临界发电机组技术选型研究子 课 题 编 号： 2002AA526011承 担 单 位： 国家电力公

2、司 中国华能集团公司工 作 起 迄 日 期： 2002年09月2003年08月报 告 名 称： 超超临界机组的技术选型研究课 题 负 责 人： 张晓鲁、金浪川主 要 工 作 人 员： 詹仲晦 李光华 苗迺金 纪世东参加单位 （负责人/主要工作人员）：上海电气（集团）总公司 （金明达 徐域栋 姚尔昶 柳惠龄）上海汽轮机厂有限公司 （张素心 黄 瓯 彭泽英）上海锅炉厂有限公司 （陈干锦 高子喻）上海汽轮机发电机有限公司 （黄德书 顾守录 ）上海电站辅机厂有限公司（任一峰 陈建生 ）哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 （李殿成 胡平）哈尔滨锅炉厂有限责任公司 （车东光 张志伦）哈尔滨电机厂有限责任公司 （刘

3、庆和）东方汽轮机厂 （王为民 王建录）东方锅炉（集团）股份有限公司（霍锁善 沈坚勇）东方电机股份公司 （赵昌宗 王振元 ）华东电力设计院 （陈仁杰 赵瑞阳）浙江电力设计院 （沈又幸 钱海平 ）国电热工研究院 （赵 毅 朱宝田 苗迺金）西安交通大学 （段建中 顾红芳 赵钦欣）中国电机工程学会 （郑企仁 董卫国）国家电站燃烧工程技术研究中心（董建勋 朱利民）报 告 编 写 人： 朱宝田、苗迺金、周荣灿、董卫国、杨奇娟等目 录1 前言11.1 立项背景和意义11.1.1 立项背景11.1.2 立项意义21.1.3 关于超超临界参数概念的说明31.2 主要工作内容和研究目标41.2.1 主要工作内容4

4、1.2.2 研究目标51.3 承担单位及各承担单位完成的研究报告51.3.1 承担单位51.3.2 各承担单位完成的研究报告52 国外超超临界机组发展概要82.1国外超超临界机组发展历程和现状(详见附录1)82.2 国外超超临界机组发展计划(详见附录2)113 国内发展超超临界机组的条件和基础(详见附录3)133.1 对国内制造能力的评价133.2 对国内科研开发能力的评价143.3 对我国发展超超临界机组技术路线的建议144超超临界发电机组技术选型的论证154.1 技术选型论证的范围和影响技术选型因素的分类154.1.1 技术选型论证的范围154.1.2影响技术选型因素的分类154.2 循环

5、方式和主要蒸汽参数的论证174.2.1循环方式采用一次再热或二次再热204.2.2 主蒸汽温度和再热蒸汽温度224.2.3 主蒸汽压力344.2.4 机、炉蒸汽参数的匹配444.2.5背压524.3 机组容量564.3.1锅炉564.3.2汽轮机584.3.3发电机654.3.4 辅机664.3.5 容量的综合比较664.4 机组主要结构形式674.4.1锅炉674.4.2汽轮机764.4.3辅机824.5运行性能834.5.1 超超临界机组的运行特性834.5.2 超超临界机组运行的一些特殊问题844.5.3 旁路系统854.5.4高蒸汽参数对锅炉启动系统及变负荷运行特性的影响854.5.5

6、高蒸汽参数对汽轮机变负荷运行特性的影响874.5.6对超超临界机组的经济运行负荷的建议884.6 烟气净化技术884.6.1烟气除尘技术884.6.2烟气脱硫技术914.6.3 烟气脱硝技术944.6.4 技术适用性及国产化问题分析964.7 小结985技术经济分析1005.1 材料的选择和来源对机组成本的影响1005.2主设备造价与电厂单位千瓦投资1035.2.1主设备造价1035.2.2电厂单位千瓦投资1065.3 运行经济性1105.4 减排CO2的评价1115.5总体评价1116结论和建议1136.1我国发展超超临界机组技术选型的论证结论1136.2 需要进一步开展超超临界机组关键技术

7、研究的建议1146.2.1 超超临界锅炉关键技术1146.2.2 超超临界汽轮机关键技术1156.2.3 大型燃煤电站烟气净化技术1176.2.4 超超临界机组电站设计与运行技术1176.2.5 有关百万级大型发电机研制关键技术的研究内容1186.2.6 有关600MW等级超超临界示范电站设计方面的工作内容1196.2.7 有关超超临界电站主要烟气净化技术及装置研发方面的工作内容119附录1 国外超超临界机组发展概要120附录2 国外超超临界机组发展计划146附录3 国内发展超超临界机组的条件和基础151附录4 各课题单位的研究结论1751 前言1.1 立项背景和意义1.1.1 立项背景为了提

8、高煤炭能源的利用率，改善环境质量，世界上许多国家积极开发效率更高、污染物排放更少的清洁煤发电技术，其目标围绕着提高能效与减少污染物排放对环境污染影响两个核心问题展开。这些技术主要有超临界燃煤发电机组加烟气污染控制、常压循环流化床（CFBC）燃烧、增压循环流化床（PFBC）联合循环及整体煤气化联合循环（IGCC）等。目前，包括PFBC、IGCC等在内的技术仍处于试验或示范阶段，从技术难度和现实的可行性看，还有很长的路要走，近期内难以得到大规模的发展和商业上的应用。超超临界发电技术在诸多洁净煤发电技术中最具技术继承性，技术难点较少，最有条件在短时间内实现规模化生产，为电力工业提供新一代装备。从蒸汽

9、动力装置的发展过程来看，进步一直是沿着提高蒸汽参数和大容量化的方向前进的。提高蒸汽参数与发展大容量机组相结合是提高常规火电厂效率及降低单位容量造价最有效的途径。超超临界火力发电是有效利用能源的一项新技术，其水蒸汽工质的压力、温度均超过以往任何参数的机组，从而可大幅度提高机组热效率。超临界机组的效率可比亚临界机组提高23个百分点左右，而超超临界机组的效率可比超临界机组再提高24个百分点左右。配以烟气脱硫系统的超超临界机组在国际上已经是商业化的成熟的发电技术。其可用率、可靠性、运行灵活性和机组寿命等方面和亚临界机组没有差别。而在能源利用效率及CO2、SO2排放等方面明显优于亚临界机组和超临界机组。

10、 近十几年来，世界上发达国家积极开发和应用高效率的超超临界参数发电机组。超临界和超超临界燃煤发电机组在国际上已经是商业化的成熟的技术，在全世界许多工业化国家广泛采用，研发和应用该技术较好的国家主要有美国、日本、德国、丹麦等；其可用率、可靠性、运行灵活性和机组寿命等方面已经可以和亚临界机组相媲美；同时，超超临界机组又是不断发展的技术。超超临界机组在电力工业中占有的份额和地位，在很大程度上取决于其热力性能、环保性能、可靠性、运行性能及单位造价，这是超超临界机组商业化的关键因素。中国是世界上最大的煤炭生产和消费国，我国电力工业以煤为主的格局在今后相当长的时期内不会改变。我国现有火电机组设备总体技术水

11、平不高，性能与世界先进水平相比有较大差距，发电煤耗高；能源利用率低，也进一步加剧了因煤炭燃烧而对环境所造成的污染。同时，近年来我国经济的迅速发展，也需要电力有相应的增长。电力工业的可持续发展提出了加快电力结构调整的紧迫问题。从长远看，我国经济的增长必然要受到能源和环境的双重制约。为此，近二十年来，我国一直在努力发展和推动燃煤发电技术领域的技术进步。 我国在上世纪80年代引进国外亚临界300MW、600MW机组的设计和制造技术后，国内的设计、制造、运行能力有了极大提高，至今技术上已具备了再上一个台阶的条件。近十多年来，我国从国外引进了大约11200MW常规参数超临界机组，其中的8400MW已经投

12、运。这些机组的投运不仅在提高发电煤炭利用率和降低污染方面发挥了一定的作用，而且通过这些机组的成功投运，也为我国自主开发超临界机组积累了机组建设和运行方面的经验。目前正在进行建设的华能沁北电厂的机组是利用引进技术、国内制造的2600MW的超临界参数机组，紧接着又有一批超临界机组电站正在筹建。目前，已向国内制造厂订货的超临界机组已超过50台。所有这些都为我国自行研制、开发大型超超临界火力发电机组奠定了坚实的基础。在此背景下，积极发展作为洁净煤发电技术之一的高效、节能、环保的超超临界火力发电机组是迫切的和必要的。因此，根据我国能源资源状况，根据我国电力市场的需求，根据我国电力技术发展水平及发电设备制

13、造业基础条件，国家电力公司、中国华能集团公司积极组织国内制造厂和设计、研究院所及高校等有关单位，经过大量、细致的研讨和分析、论证工作，于2002年8月完成了“十五”国家863科技计划“超超临界燃煤发电技术”研究课题的申报、论证、答辩和立项工作。“超超临界燃煤发电技术”研究主要以华能某电厂21000MW级工程项目为依托，重点研究和开发具有我国自主知识产权的超超临界发电机组的锅炉、汽轮机、电站系统以及与超超临界发电机组相适应的烟气净化技术。并以此促进和提高我国发电设备的设计和制造水平，为电力工业提供清洁、高效的新一代大型发电机组。1.1.2 立项意义根据我国电力市场的需求，今后电网新增发电机组的需

14、求和数量都将大幅度增加。与常规火电机组、超临界机组及诸多洁净煤发电技术相比，超超临界机组由于在效率、排放及技术经济上的优势，从而具有更高的竞争优势。因此，在我国现有条件的基础上，积极发展超超临界火电机组是洁净煤发电技术中的首要选择。在国内开始研制常规超临界机组的同时就着手超超临界机组的开发研制和工程示范，将会大大提高我国火电设备的自主研发能力及技术水平，并有可能使我国的电力行业在一个较短的时间内实现一个技术上的跨越。随着超临界火电机组的国产化，今后我国新增的火电装机容量中超临界和超超临界机组必将快速增长。同时，发展清洁、高效的超超临界发电技术是我国电力工业技术进步和升级换代、缩小与发达国家技术

15、与装备差距的主要措施。超超临界发电机组将是未来20年30年中装备我国电力工业的主要机型，也是目前可以在较短时间内形成为我国电力工业提供新一代主力装备的能力、规范化地实现洁净煤发电的最现实和最快捷的途径。“超超临界燃煤发电技术” 研究课题的进行和完成，将使我国的电力行业及发电设备制造行业在一个较短的时间内实现一个技术上的跨越。“超超临界发电机组技术选型研究” 将确定我国超超临界机组的主要参数、容量、主要结构、关键技术及对下一步工作的建议，并为依托工程的建设提供技术依据和参考，是我国超超临界机组发展中起步阶段关键的一步，对我国超超临界机组的总体技术框架有着决定性的影响。1.1.3 关于超超临界参数

16、概念的说明在工程热力学中，规定水在临界状态点的参数是：压力22.115MPa，温度374.15。理论上认为，水的状态参数达到临界点时，饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区存在。与较低参数的状态不同，这时水的传热和流动特性等也会有较显著的变化。当水蒸汽参数值大于上述临界状态点的参数值，则称其为超临界参数。发电厂蒸汽动力装置中汽轮机比较典型的超临界参数为：24.2 MPa/566/566。当水蒸汽参数值大于上述临界状态点的参数值，并继续进一步提高到一定数值时，则进入了所谓的超超临界状态的参数范围内。关于超超临界参数范围的概念，目前国际上在发电行业领域中尚无统一的标准和规定。在实际应用中，各

17、家众说纷纭、各执一词：日本将压力大于24.2MPa、或温度达到593(也有说超过566)以上的工况定义为超超临界状态；丹麦认为蒸汽压力27.5MPa是超临界与超超临界的分界线；西门子的观点是从使用材料的等级来区分超临界和超超临界参数，等等。在我国的电力百科全书中写道：通常把蒸汽压力高于27MPa称为超超临界。在发电厂蒸汽动力装置中，超超临界参数不具备明确的物理定义，仅表示技术参数或技术发展的一个阶段。目前，尽管关于超超临界参数的概念在世界上尚无统一标准，但多数国家、多数发电大公司及多数著名动力设备制造企业对下列超超临界参数的概念不表异议：当某一机组的主蒸汽参数至少满足下列条件之一时，即认为该机

18、组属于超超临界机组 主蒸汽压力大于等于27MPa； 主蒸汽压力大于等于24MPa，且主蒸汽温度大于等于580（主蒸汽温度大于等于580，或/和再热蒸汽温度大于等于580）；本课题组研究分析了国内外对超超临界参数概念的的不同提法，建议我国的超超临界参数可以考虑采用上述概念。1.2 主要工作内容和研究目标“超超临界燃煤发电技术”分两个阶段进行。第一阶段：超超临界发电机组技术选型研究（即子课题一“超超临界发电机组技术选型研究”的工作内容）。通过收集分析国外资料、由制造厂分别进行机组概念设计分析，并由设计部门研究电厂设计中的主要问题，提出我国发展超超临界发电机组的主要技术参数，进行全面的技术论证；与依

19、托工程研究内容有机结合，为依托工程的预可研提供技术支撑。第二阶段：超超临界发电机组及烟气污染控制的关键技术研究（包括锅炉关键技术、汽轮机关键技术、相匹配的烟气净化技术及电站设计与运行技术研究等在内的其余4个子课题的工作内容），形成自主制造的能力。子课题一的目标为完成我国发展超超临界机组的技术参数的研究，与依托工程预可研结合形成报送工程立项的文件；以示范工程项目为依托，在引进超临界发电技术国产化的基础上，研究和开发具有我国自主知识产权的超超临界发电机组的锅炉、汽轮机、电站系统以及与超超临界发电机组相适应的烟气净化技术；完成我国首台超超临界机组的设计，具备制造能力，实现我国超超临界技术上的突破和为

20、我国未来电力工业可持续发展奠定技术基础。1.2.1 主要工作内容“超超临界燃煤发电技术”第一子课题“超超临界发电机组技术选型研究”的主要工作内容为：l 国外超超临界燃煤机组技术现状及发展趋势。l 分析国内现状，考虑经济性、投资、环境、运行费用、机动性等因素，选择论证适合国情的单机容量等级、再热次数、参数（压力、温度等）等，推荐最终方案l 超超临界机组设备的选型和不同方案的分析，包括汽轮机主要结构特点，锅炉总体布置、管圈型式、燃烧系统，关键部件用钢等。l 分析设备参数和容量与造价的关系。l 有关超超临界发电机组的主要参数匹配与运行特点、热力系统设计、主要辅机、电站环保及烟气净化方案设计等内容的分

21、析研究工作。l 水在超超临界参数时的物理、化学性质及其对水处理、锅炉、汽机用材和运行的影响与特殊要求；单管内超超临界水动力热力试验研究。l 结合依托工程实际情况，根据国内制造企业的加工能力、大件设备国内的运输条件、厂址场地安排、当地煤价、电价、电网容量、国外采购材料费用和现有的技术基础等一系列技术和经济比较，完成依托工程建设超超临界机组的预可行性研究中重点技术研究工作，进行全面的技术论证。l 根据研究结果决定下一步的研究内容。1.2.2 研究目标“超超临界发电机组技术选型研究”的研究目标为： l 提出我国发展超超临界机组的容量等级、主要参数及技术选型的研究。l 结合依托工程华能某电厂，完成超超

22、临界机组的初步设计方案和技术方案论证。l 以超超临界燃煤电站示范工程为应用对象，完成烟气净化技术（包括除尘、脱硫、脱硝）选型研究和技术经济分析。l 超超临界机组运行性能的分析研究。完成超超临界机组发电机组技术选型研究，为依托工程的建设以及我国今后超超临界火电技术的进一步发展提供技术依据和参考。1.3 承担单位及各承担单位完成的研究报告1.3.1 承担单位 第一子课题“超超临界发电机组技术选型研究” 由国家电力公司和华能集团公司负责，并组织有关设备制造厂、研究与设计院和高校等单位以华能某超超临界电厂作为依托工程，按照各自的研究重点、共同开展研究工作。参加“超超临界发电机组技术选型研究”工作的单位

23、主要有：上海电气（集团）总公司（以下简称上海电气集团）上海汽轮机厂有限公司（以下简称上汽）上海锅炉厂有限公司（以下简称上锅）上海汽轮机发电机有限公司（以下简称上电机）上海动力设备有限公司（以下简称上动）哈尔滨汽轮机厂有限责任公司（以下简称哈汽）哈尔滨锅炉厂有限责任公司（以下简称哈锅）哈尔滨电机厂有限责任公司（以下简称哈电机）东方汽轮机厂（以下简称东汽）东方锅炉（集团）股份有限公司（以下简称东锅）东方电机股份公司（以下简称东电机）华东电力设计院（以下简称华东院）浙江电力设计院（以下简称浙江院）国电热工研究院（以下简称热工院）西安交通大学（以下简称西交大）中国电机工程学会（以下简称电机工程学会）国

24、家电站燃烧工程技术研究中心（以下简称燃烧中心）1.3.2 各承担单位完成的研究报告各承担单位完成的研究报告见表1-1。表1-1 各承担单位完成的研究报告序号研究报告题目完成单位备注1超超临界发电机组技术选型研究上海电气（集团）总公司2超超临界火电汽轮机初步设计技术方案、容量参数选择研究报告上海汽轮机厂有限公司3超超临界机组锅炉技术选型研究上海锅炉厂有限公司4超超临界机组汽轮发电机技术选型研究上海汽轮机发电机有限公司5超超临界机组主要辅机技术选型研究上海动力设备有限公司6高效超临界机组参数和容量选择总结报告哈尔滨汽轮机厂有限责任公司7900MW高效超临界锅炉技术方案哈尔滨锅炉厂有限责任公司8百万

25、等级汽轮发电机技术选型研究哈尔滨电机厂有限责任公司9超超临界汽轮机容量、参数、型式论证报告东方汽轮机厂10超超临界锅炉容量、参数选型论证东方锅炉（集团）股份有限公司11我国发展超超临界机组主要参数及容量的选择国电热工研究院12国外超超临界机组及其技术发展综述中国电机工程学会13超超临界发电机组技术选型研究西安交通大学14机组参数匹配研究及四大管道选材报告华东电力设计院15百万级高效超临界国产机组汽轮机冷端参数选择及主要辅机选型报告浙江省电力设计院16大型燃煤发电机组烟气净化技术选型研究报告国家电站燃烧工程技术研究中心本报告编写人员在以上研究报告的基础上，完成了本研究报告的汇总和编写工作。本研究

26、报告为“超超临界燃煤发电技术”第一子课题“超临界发电机组技术选型研究”的最终技术报告。课题组对西门子、阿尔斯通、三菱、东芝、日立、FLS MILJ GROUP、三井巴布科克、美国电力科学研究院、日本电源开发公司、丹麦ELSAM电力公司等为本课题提供有关超超临界机组技术介绍、技术资料和技术交流的单位和个人表示衷心地感谢！2 国外超超临界机组发展概要2.1国外超超临界机组发展历程和现状(详见附录1)从上个世纪50年代开始，世界上以美国和德国等为主的工业化国家就已经开始了对超临界和超超临界发电技术的研究。经过近半个世纪的不断进步、完善和发展，目前超临界和超超临界发电技术已经进入了成熟和商业化运行的阶

27、段。世界上超临界和超超临界发电技术的发展过程大致可以分成三个阶段：第一个阶段，是从上个世纪50年代开始，以美国和德国等为代表。当时的起步参数就是超超临界参数，但随后由于电厂可靠性的问题，在经历了初期超超临界参数后，从60年代后期开始美国超临界机组大规模发展时期所采用的参数均降低到常规超临界参数。直至80年代，美国超临界机组的参数基本稳定在这个水平。第二个阶段，大约是从上个世纪80年代初期开始。由于材料技术的发展，尤其是锅炉和汽轮机材料性能的大幅度改进，及对电厂水化学方面的认识的深入，克服了早期超临界机组所遇到的可靠性问题。同时，美国对已投运的机组进行了大规模的优化及改造，可靠性和可用率指标已经

28、达到甚至超过了相应的亚临界机组。通过改造实践，形成了新的结构和新的设计方法，大大提高了机组的经济性、可靠性、运行灵活性。其间,美国又将超临界技术转让给日本（GE向东芝、日立，西屋向三菱），联合进行了一系列新超临界电厂的开发设计。这样，超临界机组的市场逐步转移到了欧洲及日本，涌现出了一批新的超临界机组。第三个阶段，大约是从20世纪九十年代开始进入了新一轮的发展阶段。这也是世界上超超临界机组快速发展的阶段，即在保证机组高可靠性、高可用率的前提下采用更高的蒸汽温度和压力。其主要原因在于国际上环保要求日益严格，同时新材料的开发成功和和常规超临界技术的成熟也为超超临界机组的发展提供了条件。主要以日本（三

29、菱、东芝、日立）、欧洲（西门子、阿尔斯通）的技术为主。这个阶段超超临界机组的发展有以下三方面的趋势：1） 蒸汽压力取得并不太高，多为25MPa左右，而蒸汽温度取得相对较高，主要以日本的技术发展为代表。近期欧洲及日本生产的新机组，大多数机组的压力保持在25MPa左右，进汽温度均提高到了580600左右。2） 蒸汽压力和温度同时都取较高值（28MPa30MPa，600左右），从而获得更高的效率。主要以欧洲的技术发展为代表。部分机组在采用高温的同时，压力也提高到27MPa以上。压力的提高不仅关系到材料强度及结构设计，而且由于汽轮机排汽湿度的原因，压力提高到某一等级后,必须采用更高的再热温度或二次再热

30、循环。近年来，除了丹麦两台二次再热机组外，提高压力的业绩主要来源于1998年以后西门子公司的产品。3） 更大容量等级的超超临界机组的开发。为尽量减少汽缸数，大容量机组的发展更注重大型低压缸的开发和应用。日本几家公司和西门子，阿尔斯通等在大功率机组中已开始使用末级钛合金长叶片。为了发展高效率的超超临界机组，从80年代初开始美国、日本和欧洲都投入了大量财力和研究人员开展了各自的新材料研发计划，这些材料分别针对不同参数级别的机组，如593（包括欧洲的580机组和日本的600机组）级别、620级别、650级别和正在研发之中的更高温度机组。新开发的耐热材料在投入正式使用之前进行了大量的实验室和实机验证试

31、验。到目前为止欧洲已经成功投运了主汽温度为580的超超临界机组，日本投运了主汽温度为600的机组，从材料的实机验证结果来看，国际上目前成熟的材料已经可以用于建造620的机组，而据日本最新的报导称已经可以提供650机组所需的关键部件材料。据统计，目前全世界已投入运行的超临界及以上参数的发电机组大约有600多台。其中在美国有170多台，日本和欧洲各约60台，俄罗斯及原东欧国家280余台。目前发展超超临界技术领先的国家主要是日本、德国和丹麦等，世界范围内属于超超临界参数的机组大约有60余台。近年来在日本和欧洲投运的主要超超临界机组见表2-1和表2-2。表2-1 日本1993年以来投运的主要超超临界机

32、组电厂电力公司容量MW蒸汽参数MPa/投运日期碧南Hekinann 3Chubu70024.6/538/5931993-4能代Noshiro 2Tohoku60024.6/566/5931994-12七尾太田Nanao-Ohta #1Hokuriku50024.6/566/5931995-3Reihoku #1Kyushu70024.1/566/5661995-7原汀Haramachi #1Tohoku100025/566/5931997-7松浦Matsuura #2EPDC100024.6/593/5931997-7三隅 Misumi #1Chugoku100025/600/6001998-

33、6原汀 Haramachi #2Tohoku100025/600/6001998-7七尾太田Nanao-Ohta #2Hokuriku70024.6/593/5931998-7碧南Hekinann 4Chubu100024.6/566/5932001-11碧南Hekinann 5Chubu100024.6/566/5932002-11敦贺Tsuruga #2Hokuriku70024.6/593/5932000-10橘湾Tachibana-wanShikoku70024.6/566/5662000-7Karita #1(PFBC)Kyushu35024.6/566/5932000-7苓北Rei

34、hoku #2Kyushu70024.6/593/5932003-7橘湾Tachibana-wan #1EPDC105025/600/6102000-7橘湾Tachibana-wan #2EPDC105025/600/6102001-7Isogo (新#1)EPDC60025.5/600/6102002-4常陆那珂Hitachinaka #1Tokyo100024.5/600/6002002舞鹤Maizuni #1Kansai90024.1/593/5932003舞鹤Maizuni #2Kansai90024.1/593/5932003表2-2 近期在欧洲投运的超超临界机组电 厂国 家燃 料容

35、量蒸汽参数MPa/投运日期Skaerbaek #3丹麦气41129/582/580/5801997Nordjyllands #3丹麦煤41129/582/580/5801998Avedore丹麦油/煤41030/580/6002000SchoPau A,B褐煤45028.5/545/5601995-6Schwarze Pumpe A,B德国褐煤87425.3/544/5601997-8Boxberg Q,R德国褐煤91025.8/541/5801999-2000Lippendorf R,S德国褐煤93026.0/550/5801999-2000Bexbach #2德国煤75025/575/59

36、51999Niederausem K德国褐煤102526.5/576/5992002分析国外超超临界机组发展历程和现状，可以得到非常有益的结论：l 早期（50年代末）以美国为代表，更注重提高初压（30MPa或以上）,并采用两次再热。使结构与系统趋于复杂，运行控制难度趋于提高，机组可用率下降。因此，美国早期只生产了三台超超临界机组之后便停止生产。到80年代，又退回到超临界参数。l 中期（80年代末）日本由川越电厂31MPa/654/566/566超超临界为代表，走的是一条从引进到自主开发，有步骤、有计划的发展之路。l 近期（90年代始），日本由川越电厂31MPa/654/566/566超超临界参

37、数，压力调整为（2425）MPa，温度由566/593稳步上升为600/600的发展方向，取得了显著的成功。l 德国等欧洲国家（丹麦除外）超超临界机组的压力在（2528）MPa范围，温度也上升为580/600及600/600。l 丹麦的超超临界机组追求技术上可能达到的最高效率而不计成本，压力接近30MPa，温度为580/600或580/580/580，倾向于采用二次再热。l 采用二次再热的超超临界机组，除了早期美国的三台机组外，只有日本川越两台（1989年）和丹麦的机组。采用两次再热可使机组的热效率提高12%，但也造成了调温方式、受热面布置、结构等的复杂性，成本明显提高。因此，除早期投运的少数

38、超超临界机组机组外，无论是日本还是欧洲都趋向于采用一次再热。l 90年代中期以来，世界上已建和在建的超超临界机组的参数和容量的发展有两个特点：一是欧洲的国家在建设大容量火力发电机组时以追求机组的高效率为主要目标，在提高蒸汽温度的同时，蒸汽压力也随之提高，主蒸汽压力为(2528)MPa，主蒸汽温度为580居多，再热蒸汽温度为(580600)，大多采用一次再热。日本的超超临界机组在大幅度提高机组容量的时候，主要是提高机组的蒸汽温度，而蒸汽压力基本保持在25MPa，日本这种对超超临界机组蒸汽参数（较低的蒸汽压力和较高的蒸汽温度）的选择主要是基于技术经济的考虑。l 锅炉布置型式按各公司传统，有型布置及

39、半塔型布置。日本超超临界锅炉全部采用型布置，德国、丹麦全部采用塔式布置，这主要是各自的传统技术所决定的。l 燃烧方式按各公司传统，有切圆燃烧和对冲燃烧。日本IHI、日立公司制造的超超临界型炉均采用了前后墙对冲燃烧方式，三菱重工的锅炉燃烧方式全为八角双切园燃烧方式，两种燃烧方式都是为了减少炉膛出口烟温偏差。欧洲的超超临界塔式炉不存在烟温偏差问题，燃烧方式既有四角切园燃烧，又有对冲燃烧，还有个别的八角双切园燃烧和八角单切园燃烧。l 水冷壁型式早期为垂直管屏，90年代后，除日本三菱公司采用内螺纹垂直管外，其余全部采用螺旋管圈。l 已投运的1000MW级超超临界机组以双轴机组居多，但随着汽轮机超长末级

40、长叶片的开发应用，大容量单轴机组已成为发展的趋势。2.2 国外超超临界机组发展计划(详见附录2)材料的发展水平决定了不同时期的火电站的运行参数。70年代能源危机的出现和电力市场竞争的加剧导致了80年代初开始的一系列发展超临界和超超临界发电技术的合作研究和发展计划。为进一步降低能耗和减少污染物排放，改善环境，在材料工业发展的支持下，超临界机组正朝着更高参数的超超临界的技术方向发展。目前超临界机组最大容量已达1300MW，最高效率达49，充分显示了超临界和超超临界技术的成熟性和推广前景。国外超超临界机组发展的近期目标为1000MW级机组，参数为31MPa,600/600/600,并正在向更高的水平

41、发展。一些国家和制造厂商已经公布了发展下一代高效超临界机组的计划，蒸汽初温将提高到700，再热汽温达720，相应的压力将从目前的30MPa左右提高到3540MPa。根据英国贸工部对超临界蒸汽发电的预测，今后5年内，超临界机组蒸汽温度将达到620。到2020年，蒸汽温度将达到650700，循环效率可达到5055。据介绍，从2002年开始美国能源部又开始了一个用于燃煤电厂超临界和超超临界机组的高温高强度合金材料研究项目（VISION 21计划的一部分）。主要研究用于燃煤电厂超临界和超超临界机组的高温高强度合金材料，以增强美国锅炉制造业在国际市场中的竞争力。该研究项目的五个主要目标是：l 确定哪些材

42、料影响了燃煤电厂的运行温度和效率；l 定义并实现能使锅炉运行于760的合金材料的生产、加工和涂层工艺；l 参与ASME的认证过程并积累数据为成为ASME规范批准的合金材料做好基础工作；l 确定影响运行温度为871的超超临界机组设计和运行的因素；l 与合金材料生产商、设备制造商和电力公司一起确定成本目标并提高合金材料和生产工艺的商业化程度。日本电力（J-Power，原为EPDC）在日本通商产业省支持下，从政府得到50的补助金，与其它单位共同组织超超临界技术的开发。第一阶段目标是：第一步用铁素体钢达到593，第二步用奥氏体钢达到649。第二阶段目标是用新型铁素体钢达到630。日本三大设备制造公司对

43、转子、汽缸、法兰、螺栓等主要部件进行了相应参数下的实物中间试验，50MW功率的中间实验机组已经投运。从1983年开始，欧洲实施了COST 501计划和COST 522计划，其目标分别是建立29.4MPa/600/600、29.4MPa/600/620的机组和开发应用铁素体钢的蒸汽参数为29.4MPa/620/650的超超临界机组。欧共体最近几年来正在进行的“Thermie 700计划”的目的是论证和准备发展具有先进蒸汽参数的未来的燃煤电厂型式，其中关键部件将采用镍基高温合金。Thermie 700计划的目标是使下一代超超临界机组的蒸汽参数达到37.5MPa/700/700，从而效率可达5255

44、%（海水冷却55，对内陆地区和冷却塔52），使温室气体CO2的排放降低15%，并降低燃煤电厂投资。该计划预期在2014年完成，能否实现上述目标取决于技术方面的发展。欧洲超超临界机组材料的开发研究步骤见图2-1。图2-1 欧洲超超临界机组材料的开发研究步骤3 国内发展超超临界机组的条件和基础(详见附录3)3.1 对国内制造能力的评价建国以来，我国发电设备制造业在经历十年创建、二十年发展、二十年上台阶、上水平的半个世纪的团结奋斗，现已建设成一支以哈尔滨、上海、东方三大制造集团为主体的，具有相当规模、水平和实力的发电设备制造基地，形成了一支经验丰富、素质较高的科研、设计和制造的队伍, 拥有一批制造工

45、艺和装备较先进、生产厂房条件好的制造企业,尤其通过300MW、600MW亚临界火电机组的技术引进和消化吸收、国产化、优化，同时相关制造企业进行了大规模的技术改造，目前已形成了自主设计、制造15000MW年大机组的生产能力。我国300MW、600MW亚临界机组产品水平和制造企业的装备水平已与世界先进水平相接近。现配300MW、600MW亚临界机组的大型锻件（汽轮机转子、发电机转子、大型铸件（汽缸）基本上做到由国内供给。在耐热钢研发和生产方面，我国对电站用钢研究很少，目前发电设备用钢的30%需要从国际上采购。即国内的耐热钢研发和生产尚不能满足发展超超临界机组的需求，其水平远远落后于电力工业的发展和需要。新型耐热钢研制特点一是周期长，二是投资大，三是风险大。一个新钢种从成分设计、热处理工艺设计、然后是一系列的长时间的高温力学性能、腐蚀、氧化等性能试验以及焊接等工艺试验，最后还要进行半工业性试验和电厂试运行，性能满意才能