超临界机组发展概况精选文档.ppt

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1、超临界机组发展概况本讲稿第一页，共三十三页硫硫资资源源化化脱脱硫硫高效、绿色发电技术高效、绿色发电技术高高效效发发电电超超临临界界机机组组联联合合循循环环多多联联产产煤煤炭炭加加工工与与转转化化流流化化床床FBC整整体体煤煤气气化化联联合合循循环环IGCC可可再再生生能能源源发发电电及及核核电电烟烟气气净净化化灰灰渣渣及及废废水水资资源源化化空空冷冷机机组组烟烟气气循循环环流流化化床床脱脱硫硫其其它它节节水水技技术术燃燃料料电电池池微微型型燃燃气气轮轮机机太太阳阳光光发发电电风风力力发发电电洁洁净净发发电电节节水水发发电电分分布布式式电电源源新新型型发发电电以以煤煤气气化化为为核核心心以以发发

2、电电为为核核心心本讲稿第二页，共三十三页各种煤清洁利用方式相对评分比较表各种煤清洁利用方式相对评分比较表注：注：1010分为满分分为满分利用方式利用方式环保环保节能节能运行运行投资投资成熟成熟总和总和顺次顺次型煤型煤7 78 810101010101045451 1原煤加工原煤加工洗选煤洗选煤8 87 79 99 9101043432 2CFBCCFBC 9 95 59 98 89 940404 4流化床流化床PFBCPFBC9 98 86 65 58 836367 7超（超）临界机组超（超）临界机组7 79 99 97 7101042423 3IGCCIGCC10108 86 66 68 8

3、38385 5气化气化8 86 66 65 56 631318 8CMWCMW8 86 68 87 78 837376 6燃料转化燃料转化液化液化8 85 54 45 55 527279 9其他清洁技术其他清洁技术9 9 本讲稿第三页，共三十三页高效火力发电技术高效火力发电技术 1.提高循环效率的超（超）临界和联提高循环效率的超（超）临界和联合循环机组合循环机组 2.以发电为核心的总能利用多联产技以发电为核心的总能利用多联产技术术 3.以煤气化为核心的发电、煤化工等综以煤气化为核心的发电、煤化工等综合能源利用系统合能源利用系统 本讲稿第四页，共三十三页高效发电技术之一高效发电技术之一-提高循环

4、效率提高循环效率超临界及超超临界参数大容量机组超临界及超超临界参数大容量机组蒸汽蒸汽-燃气联合循环发电燃气联合循环发电本讲稿第五页，共三十三页4947454341393735102015253035蒸汽参数蒸汽参数MPaMPa(初温初温/再热温再热温/再热温再热温)不同蒸汽参数、再热次数和参数对发电厂供电热效率的影响不同蒸汽参数、再热次数和参数对发电厂供电热效率的影响亚临界亚临界540/540超临界超临界566/566高超临界高超临界593/593600/600/600566/566/566700/720/720%率率效效热热电电供供厂厂电电发发 本讲稿第六页，共三十三页超临界、超超临界机组定

5、义超临界、超超临界机组定义水的临界压力：水的临界压力：22.12 MPa22.12 MPa，临界温度：临界温度：374.15 374.15 超临界机组：一般主汽超临界机组：一般主汽压力压力24MPa24MPa及以及以上上,主汽和再热汽主汽和再热汽温度温度540-560540-560 （效率比亚（效率比亚临界机组高约临界机组高约2%）超超临界机组：一般主汽超超临界机组：一般主汽压力压力28MPa28MPa及以及以上或上或主汽和再热汽主汽和再热汽温度温度580580以上以上 （效率比超（效率比超临界机组高约临界机组高约4%）本讲稿第七页，共三十三页超超临界机组的热效率超超临界机组的热效率日本对蒸汽

6、压力、温度与机组日本对蒸汽压力、温度与机组 热效率的关系表示如图。热效率的关系表示如图。常规的亚临界机组参数常规的亚临界机组参数 16.7MPa16.7MPa，温度为，温度为538/538538/538，发电效率为发电效率为38%38%；常规超临界机组的效率为常规超临界机组的效率为40%40%左左 右；右；目前燃煤机组效率最高为目前燃煤机组效率最高为47%(47%(海海 水冷却水冷却)。欧洲计划用欧洲计划用1010年至年至1515年的时间年的时间 将发电效率提高到将发电效率提高到525255%55%。本讲稿第八页，共三十三页部分超部分超(超）临界机组经济性举例超）临界机组经济性举例电厂电厂 项

7、目项目蒸汽参数蒸汽参数机组效率机组效率,%,%投运年份投运年份丹麦丹麦 VeskVesk 电厂电厂 407407 MWMW25.1 MPa,56025.1 MPa,560 /560/5604545.3 319921992法国法国 STAUDSTAUDI INGENGE 厂厂 550 MW550 MW25 MPa,54025 MPa,540 /560/56042.542.519921992德国德国 ROSTOCKROSTOCK 电厂电厂 559 MW559 MW25 MPa,54025 MPa,540 /560/56042.542.519941994韩国韩国 500 MW500 MW24 MPa

8、,53824 MPa,538 /538/5384141石洞口二厂石洞口二厂 600 MW600 MW24.2 MPa,53824.2 MPa,538 /566/56641.0941.0919921992日本松蒲电厂日本松蒲电厂 10001000 MWMW25.2 MPa,59825.2 MPa,598 /596/596444419971997丹麦丹麦 NordjyllandNordjylland 电厂电厂 410410 MWMW28.5 MPa,58028.5 MPa,580 /580/580/580/580474719981998西门子设计西门子设计 400-1000 MW400-1000

9、MW27.5 MPa,58927.5 MPa,589 /600/600454519991999欧洲欧洲 Future Future 33.5 MPa,61033.5 MPa,610 /630/630505020052005欧洲欧洲 Future Future 40.0 MPa,70040.0 MPa,700 /720 /720 52-5552-5520152015平圩电厂平圩电厂 600 MW600 MW (亚临界亚临界)17 MPa,53717 MPa,537 /537/53736.936.919891989本讲稿第九页，共三十三页超超(超）临界机组经济性估算超）临界机组经济性估算我国火电机

10、组我国火电机组 平均煤耗比超临界机组平均煤耗比超临界机组 高高707080 80 g/kW.hg/kW.h，比超超临界机组高，比超超临界机组高104g/kW.h104g/kW.h。19981998年年火电发电量火电发电量938.8TW.h938.8TW.h，如一半由超（超）邻界机，如一半由超（超）邻界机组发出，则每年可节约约组发出，则每年可节约约3000300040004000（50005000）万）万吨（标准煤）。吨（标准煤）。计划关停小火电计划关停小火电30GW30GW（煤耗高达（煤耗高达550g/kW.h550g/kW.h以上），以上），如其中的一半如其中的一半 用超超临界机组替代，每年

11、可节煤用超超临界机组替代，每年可节煤20002000万吨，节能、节水、节资源和环保效益十分万吨，节能、节水、节资源和环保效益十分显著。显著。本讲稿第十页，共三十三页超超临界机组的可靠性超超临界机组的可靠性美国初期美国初期 蒸汽参数过高，当时冶金工业蒸汽参数过高，当时冶金工业 难以提供满足难以提供满足31MPa，621/566/566的合理钢材，投运后事故频繁，可的合理钢材，投运后事故频繁，可靠性、可用率低，后降低参数运行，取得了比较满意的业绩。靠性、可用率低，后降低参数运行，取得了比较满意的业绩。原苏联在发展超临界机组的初期，因缺少经验和选用原苏联在发展超临界机组的初期，因缺少经验和选用 参参

12、数过高，使其可靠性低。数过高，使其可靠性低。经改进和完善，超临界机组的经改进和完善，超临界机组的可用率与亚临界机组差别不大。可用率与亚临界机组差别不大。1980年美国公布的年美国公布的71台超临界机组和台超临界机组和27台亚临界机组运行统台亚临界机组运行统计数据表明，两类机组可用率已没有差别。计数据表明，两类机组可用率已没有差别。本讲稿第十一页，共三十三页1.30GW超临界机组创造过连续安全运行超临界机组创造过连续安全运行607天的记录。天的记录。日本日本 早期的超临界机组可用率大多数在早期的超临界机组可用率大多数在99%以上。以上。德国机组的可靠性数据德国机组的可靠性数据 表明，机组可靠性与

13、可用率表明，机组可靠性与可用率 与与参数之间没有必然的联系。参数之间没有必然的联系。我国华能石洞口二厂两台我国华能石洞口二厂两台600MW超临界机组投运后第二年超临界机组投运后第二年可用系数可达到可用系数可达到90.8%和和93.97%。目前超临界机组的可用率与亚临界机组目前超临界机组的可用率与亚临界机组 相当。相当。本讲稿第十二页，共三十三页部分超临界机组可靠性举例部分超临界机组可靠性举例电厂电厂 项目项目机组容量，机组容量，MWMW可用率，可用率，%马歇尔电厂马歇尔电厂2 26306308888.7(1985.7(1985年年)勃鲁斯电厂勃鲁斯电厂2 2112011209494(19851

14、985年年)蒙太尔电厂蒙太尔电厂2 213001300连续运行连续运行607607 天天美美 国国AEPAEP 电力公司电力公司7 713001300平均平均EAF=83EAF=83.3 3韩国保宁电厂韩国保宁电厂5005008888.92(1994).92(1994)石洞口二厂石洞口二厂2 260060091.47(1994)91.47(1994)中中 国国华能南京电厂华能南京电厂2 2300300连续运行连续运行17001700多多天天(到到 19981998年底年底)本讲稿第十三页，共三十三页超超(超超)临界机组的特点临界机组的特点运行效率高，可靠性好，环保指标先进运行效率高，可靠性好，

15、环保指标先进可复合滑压或纯滑压运行，调峰性能好可复合滑压或纯滑压运行，调峰性能好超超(超超)临界机组最佳适用条件临界机组最佳适用条件:n大容量大容量:600MW:600MWn燃料价格较高时燃料价格较高时,技术经济性能更佳；技术经济性能更佳；本讲稿第十四页，共三十三页超临界机组发展概况超临界机组发展概况本讲稿第十五页，共三十三页国外发展国外发展超超临界机组的概况超超临界机组的概况 19571957年在美国投运第一台试验性超超临年在美国投运第一台试验性超超临界界125MW125MW机组（机组（31MPa31MPa，621/566/538621/566/538）,1959,1959年在美国投运第年在

16、美国投运第二台超超临界二台超超临界325MW325MW机组（机组（34.4 MPa,34.4 MPa,649/566/566649/566/566）。单机容量最大为）。单机容量最大为1300MW1300MW。本讲稿第十六页，共三十三页19531953年前苏联首期年前苏联首期5 5台超临界台超临界300MW300MW机组机组投运；投运；19671967年和年和19681968年相继投运年相继投运500MW500MW和和800MW800MW机组机组 ，19811981年单轴年单轴1200MW1200MW投运。投运。日本、德国和丹麦相继于日本、德国和丹麦相继于7070和和9090年代迅年代迅速发展超

17、（超）临界机组速发展超（超）临界机组,已成为当今世已成为当今世界发展超超临界发电技术领先的国家。界发展超超临界发电技术领先的国家。本讲稿第十七页，共三十三页 时时 间间压力（压力（bar)温度（温度（）耐高温钢材耐高温钢材7080年代年代亚、超临界亚、超临界540560 Mo或或Cr-Mo90年代初年代初250560X20CrMoV121或或T2290年代末期年代末期275290580600P91/T91(9Cr1Mo)20002005300 310600P92/T92(CrMoW)2005 2010320 350610 630T/P122(CrMoWCuNb)2005 2010350 400

18、650 奥氏体钢奥氏体钢中合金马氏体新钢种中合金马氏体新钢种超（超）临界机组的主要运行参数变迁超（超）临界机组的主要运行参数变迁本讲稿第十八页，共三十三页国外国外超超临界机组发展中的主要问题超超临界机组发展中的主要问题 蒸汽参数的选择与金属材料发展的匹配蒸汽参数的选择与金属材料发展的匹配 50年代年代：1949年原苏联年原苏联 29.4MPa,600,12t/h;,12t/h;1956 1956年德国年德国 34MPa,610/570/570,88MW ;34MPa,610/570/570,88MW ;1957 1957年美国年美国 31MPa,621/566/538,125MW;31MPa,

19、621/566/538,125MW;1959 1959年美国年美国 34.334.3，649/566/566,325MW 649/566/566,325MW 6060年代年代：降为降为24MPa,538-566 24MPa,538-566。当时生产的奥氏体纲热膨胀系数大、导热系数低、抗应力腐蚀差及当时生产的奥氏体纲热膨胀系数大、导热系数低、抗应力腐蚀差及加工能力差等，其零部件高温腐蚀、焊接不良、疲劳裂纹、高压转子热加工能力差等，其零部件高温腐蚀、焊接不良、疲劳裂纹、高压转子热裂纹等。裂纹等。设计、制造质量问题较多；超临界参数下设计、制造质量问题较多；超临界参数下300MW300MW机组容量机组

20、容量较小，汽轮机效率低；锅炉不能变压运行，负荷适应性和灵活较小，汽轮机效率低；锅炉不能变压运行，负荷适应性和灵活性差性差 。本讲稿第十九页，共三十三页8080年代年代：新型铁素体耐钢热开发应用和改进奥氏体：新型铁素体耐钢热开发应用和改进奥氏体纲，及环保的日趋严格。纲，及环保的日趋严格。9090年代：末期蒸汽温度提高到年代：末期蒸汽温度提高到580580600,600,相应的电相应的电厂成功投入了商业运行。厂成功投入了商业运行。现在现在：新型铁素体：新型铁素体-马氏体耐钢热（马氏体耐钢热（6-12%Cr6-12%Cr）开发应）开发应用用未来的未来的5 51010年年：主蒸汽温度可达：主蒸汽温度可

21、达610610630630。今后的今后的10102020年：年：现代化电厂将是现代化电厂将是650650的机组，运的机组，运行效率行效率50%50%左右。那时的上限温度预计为左右。那时的上限温度预计为700700，效，效率率525255%55%。本讲稿第二十页，共三十三页超临界机组概况超临界机组概况国国家家美美国国前苏联前苏联日日本本首台机组首台机组1957年年125MW31.03MPa621/565/538总容量：世界第一，总容量：世界第一，1982年年166台台112898MW主力机组主力机组500800MW参数：参数：24MPa,538/538为主为主蒸气参数最高：费城电力公司艾迪斯顿蒸

22、气参数最高：费城电力公司艾迪斯顿电厂电厂NO.1机机34.4MPa,649/566/566单机容量最大：单机容量最大：91300MW（双轴）（双轴）1953年年300MW300MW，几乎全为超临界机组，几乎全为超临界机组最大容量机组：最大容量机组：1200MW（单轴）（单轴）1989年年222台，占火电装机台，占火电装机50%主力机组主力机组250MW800MW蒸气参数：蒸气参数：25.2MPa,545/5451967年年600MW1985年年77台，占火电装机台，占火电装机51%蒸气参数：蒸气参数：24.12MPa,538/566复合变压运行复合变压运行450MW，全为超临界机组全为超临界机

23、组概概况况本讲稿第二十一页，共三十三页超临界机组概况（续）超临界机组概况（续）国国家家首台机组首台机组12500MW1962年年600MW现在运行与在建各现在运行与在建各1212台。台。(300MW,500MW,600MW(300MW,500MW,600MW，800MW800MW，900MW)900MW)石洞口电厂石洞口电厂 2600MW2600MW南京、营口电厂南京、营口电厂 4300MW4300MW伊敏、盘山电厂伊敏、盘山电厂 4500M4500M绥中电厂绥中电厂 2800MW 2800MW 阜阳电厂阜阳电厂 2600MW2600MW外高桥电厂外高桥电厂 2900MW2900MW王曲电厂王

24、曲电厂 2600MW2600MW陡河电厂陡河电厂 2600MW2600MW沁北电厂沁北电厂 2600MW2600MW（国产化示范）（国产化示范）玉环电厂玉环电厂800-1000MW800-1000MW（超超临界机组超超临界机组）概概况况韩韩国国意大利意大利中中国国22600MW本讲稿第二十二页，共三十三页我国现运行的超临界机组我国现运行的超临界机组 机机 组组投运年投运年出力出力P主汽主汽t主汽主汽t再热再热备注备注 MWbar石洞口二厂石洞口二厂#1、21991/921991/92600600242242538538566566ABB-ABB-CE/SULZERCE/SULZER华能南京电厂

25、华能南京电厂#1、219941994300300250250545545545545俄罗斯俄罗斯华能营口电厂华能营口电厂#1、219961996300300250250545545545545俄罗斯俄罗斯绥中电厂绥中电厂#1、220002000800800250250545545545545俄罗斯俄罗斯华能伊敏电厂华能伊敏电厂#1、21998/991998/99500500250250545545545545俄罗斯俄罗斯盘山电厂盘山电厂#1、21995/961995/96500500250250545545545545俄罗斯俄罗斯蓟县电厂蓟县电厂#1、250050025025054554554

26、5545俄罗斯俄罗斯本讲稿第二十三页，共三十三页我国在建的超临界机组我国在建的超临界机组 机机 组组计划投产计划投产年份年份出力出力P主汽主汽t主汽主汽t再热再热备注备注 MWbar河南沁北电厂河南沁北电厂#1、220052005600600242242571571571571国产化依托工程国产化依托工程上海石洞口二厂二期上海石洞口二厂二期900900250250538538538538阿尔斯通阿尔斯通上海外高桥电厂二期上海外高桥电厂二期2003/042003/04900900250250538538560560福建华阳后石电厂福建华阳后石电厂600600254254542542568568日

27、本三菱重工日本三菱重工台山电厂台山电厂#1、2660660本讲稿第二十四页，共三十三页国家国家电厂电厂功率功率/MW燃料燃料容量容量t/h参数参数MPa锅炉制造厂锅炉制造厂投运日投运日期期日日本本川越川越700液化天液化天然气然气215031/566/566/566三菱三菱1989.1990三隅三隅1000烟煤烟煤290024.5/600/600三菱三菱1998原町原町1000烟煤烟煤289024.5/600/600BW-日立日立1998七尾大田七尾大田700烟煤烟煤212024.1/593/593石川岛播磨石川岛播磨1998苓北苓北700烟煤烟煤212024.1/593/593三菱三菱199

28、9桔湾桔湾1050烟煤烟煤/油油300025.0/600/600石川岛播磨石川岛播磨2000敦贺敦贺700烟煤烟煤212024.1/593/593三菱三菱2000碧南碧南1000烟煤烟煤305024.1/593/593石川岛播磨石川岛播磨2001丹丹麦麦Skarbk415天然气天然气97229/582/580/580FLSmilj1997Nordiyland415烟煤烟煤/油油97229/582/580/580FLSmilj1998Avedre400天然气天然气/油油106730.5/582/600FLSmilj2001德国德国Lippendorf933褐煤褐煤242026.7/554/583

29、Alstom1999NiederauBem1012褐煤褐煤266826.9/580/600Alstom2000美国美国第一台试验性第一台试验性超临界超临界12531MPa621/566/5381957第二台超临界第二台超临界32534.4MPa,649/566/5661956世界上已投运的超超临界电厂世界上已投运的超超临界电厂本讲稿第二十五页，共三十三页 从2002年开始，美国能源部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。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。该研究项目的五个主主要目标要目标是:确定哪些材料影响了燃煤电厂的运行温度和效率:

30、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;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: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: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。本讲稿第二十六页，共三十三页 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593C，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转子、汽缸、法兰

31、、螺栓等主要部件进行了相应参数下的实物中间试验，5OMW功率的中间实验机组己经投运。本讲稿第二十七页，共三十三页国内发展超超临界机组的条件和基础国内发展超超临界机组的条件和基础1 国内制造能力国内制造能力己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，拥有一批制造工艺和装备较先进、生产厂房条件好的制造企业，尤其通过对300MW、600MW亚临界火电机组的技术引进和消化吸收、国产化研制和优化设计，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

32、力。本讲稿第二十八页，共三十三页我国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)基本上可以做到由国内供给。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。目前从国际市场采购先进和成熟的材料是发展我国超超临界发电技术最现实的途径。但为了保证设备部件的制造加工性能以及考虑到机组安全运行和维护的需要，还应当对材料的工艺性能和服役性能(蠕

33、变、疲劳、腐蚀、氧化性能等)开展相关的试验和研究工作。本讲稿第二十九页，共三十三页 从制造百万千瓦级超超临界机组的制造装备上看，我国三大发电设备制造企业已接近世界先进水平，对于制造超临界、超超临界机组来说还需要进行一些工艺技术攻关和添置部分专用设备。如锅炉对采用的热强度高、抗高温腐蚀的600等级材料(如9%一12%Cr钢)的焊接、异种钢的焊接；:汽轮机对与高温有关的涂层和特大型铁合金叶片加工等。可以说，通过国家的技术攻关项目的支持和实施，我国就将基本具备制造超超临界机组的能力。本讲稿第三十页，共三十三页2 2 国内科研开发能力国内科研开发能力 我国超临界技术研究工作起步较早，但对超临界技术的科

34、研开发的深度和资金投入与工业发达国家相比差距较大。一些研究机构和高等院校一直在从事超临界机组的台架试验和小型工业装置的试验，也进行过多次的600MW超临界机组方案设计，由于技术基础工作还做得不扎实和制造厂还不具备充足的条件，一直末能进入工程实施。本讲稿第三十一页，共三十三页首先通过对亚临界300MW、600MW机组引进技术的消化吸收、优化和创新，比较扎实地掌握了最新的大机组设计方法，为自主开发大容量超临界、超超临界机组奠定了良好的基础；其次，引进了一批超临界机组设备，同时带进了一些设计制造技术，基本掌握了超临界机组的电厂设计、安装调试和运行维修技术；第三，加强了中外制造企业的技术合作，充分利用

35、国外已开发的技术成果，实现了跨越式发展；第四，国家加大了对制造厂的投入，更新了一批关键性设备。在超临界机组的设计、制造方面已打下了一定的基础，但在超超临界机组的设计和开发能力上仍有一定的差距。本讲稿第三十二页，共三十三页3 3 我国发展超超临界机组的技术路线我国发展超超临界机组的技术路线 根据我国的现实情况，实现超临界、超超临界机组设备制造国产化，要在充分利用国际上已有的先进和成熟技术的基础上，通过依托工程引进国外技术，并对引进技术进行研究、消化、吸收；同时加强国内技术攻关的力度，并把攻关的重点放在一些关键部件、关键技术的研究和开发上；逐步形成我国自已特色的、具有自主知识产权的超超临界成套设计制造技术，使我国电力工业的总体水平有一个跨越性的发展。本讲稿第三十三页，共三十三页