超超临界机组的发电技术

超超临界燃煤发电技术的简介~

超超临界发电技术从热力学的角度上讲其本质还是超临界技术，只是日本人将蒸汽压力在26MPa以上的机组均划分为超超临界机组，由此得名。1 我国发展超超临界机组的必要性按照国家制订的2020年电力发展规划，我国发电装机容量将从目前的4亿千瓦增加到2020年9亿千瓦，其中燃煤机组将达到5.8亿千瓦。2003年，全国二氧化硫排放总量达到2100多万吨，其中燃煤电厂二氧化硫排放约占全国排放总量的46%。我国酸雨pH值小于5.6的城市面积占全国的70.6%。随着燃煤装机总量的增加，我国将面临严峻的经济与资源、环境与发展的挑战。提高燃煤机组的效率、减少总用煤量、降低污染物排放是当前我国火电结构调整，实现可持续发展的重要任务。目前我国电力工业装机中高效、清洁的火电机组比例偏低，结构性矛盾突出。2002年，火电机组中30万千瓦及以上机组占41.7%，20万千瓦以下机组占42.5%，超临界机组只占2.38%。洁净煤发电、核电、大型超（超）临界机组、大型燃气轮机技术开发、设备生产刚刚起步。全国火电平均供电煤耗383g/kWh，比世界先进水平高出60g/kWh。因此迫切需要在近期研制出新一代燃煤发电设备来装备电力工业。新一代发电设备应具备可靠、大型、高效、清洁、投资低等性能；能够替代现有的300MW和600MW亚临界机组，成为装备电力工业的主流机型；同时国内设备制造企业经过努力后能够具备生产能力，能够形成规模生产和市场竞争局面。分析国际上燃煤发电技术的发展趋势，将采用两种技术路线来提高效率和降低排放。其一是利用煤化工中已经成熟的煤气化技术，集成蒸汽燃气联合循环技术实现高效清洁发电，其代表技术为IGCC。此技术提高能效的前景很好，但因系统相对复杂而造成投资偏高的问题需要解决。目前正在烟台电厂建设一台300或400MW等级的IGCC示范机组，为今后的发展作好技术储备。另一个发展方向是通过提高常规发电机组的蒸汽参数来提高效率，即超临界机组和超超临界机组。超超临界机组在发达国家已经实现了大容量、大批量生产。通过努力我国可以较快实现国产化能力，降低设备成本。如果我国600MW等级的燃煤机组采用超超临界技术，供电煤耗278g/kWh，比同容量亚临界机组的煤耗减少30克/kWh，按年运行5500小时计算，一台600MW超超临界机组可比同容量亚临界机组节约标煤6万吨/年，同时SO2、氮氧化物、粉尘等污染物以及CO2排放将大大减少。采用超超临界燃煤发电技术对于节约资源消耗、保护环境、实现可持续发展具有重要意义。2 国外超超临界机组的技术指标超超临界机组蒸汽参数愈高，热效率也随之提高。热力循环分析表明，在超超临界机组参数范围的条件下，主蒸汽压力提高1MPa，机组的热耗率就可下降0.13%～0.15%；主蒸汽温度每提高10℃，机组的热耗率就可下降0.25～0.30%；再热蒸汽温度每提高10℃，机组的热耗率就可下降0.15%～0.20%。在一定的范围内，如果采用二次再热，则其热耗率可较采用一次再热的机组下降1.4%～1.6%。亚临界机组的典型参数为16.7MPa/538℃/538℃，其发电效率约为38%。超临界机组的主蒸汽压力通常为24MPa左右，主蒸汽和再热蒸汽温度为538～560℃；超临界机组的典型参数为24.1MPa/538℃/538℃，对应的发电效率约为41%。超超临界机组的主蒸汽压力为25～31MPa，主蒸汽和再热蒸汽温度为580～610℃。超临界机组的热效率比亚临界机组的高2%～3%左右，而超超临界机组的热效率比超临界机组的高4%左右。目前，美国投运的超临界机组大约为170台，其中燃煤机组占70%以上。前苏联300MW及以上容量机组全部采用超临界参数。至1988年已有近200台超临界机组投入运行，全国35%电力由超临界机组供给。日本的超临界机组共有100多台，总容量为超过5760万千瓦，占火电机组容量的61%，45万千瓦及以上的机组全部采用超临界参数，而且在提高参数方面做了很多工作，最高压力为31MPa，最高温度已达到600/600°C。丹麦史密斯公司研究开发的前2台超超临界机组，容量为400MW，过热蒸汽出口压力为29MPa，二次中间再热、过热蒸汽和再热汽温为582/580/580℃，机组效率为47%，机组净效率达45%（采用海水冷却，汽轮机的背压为26kPa）；后开发了参数为30.5MPa，582/600℃、容量为400MW的超超临界机组，该机组采用一次中间再热，机组设计效率为49%。德国西门子公司20世纪末设计的超超临界机组，容量在400～1000MW范围内，蒸汽参数为27.5MPa, 589/600℃，机组净效率在45%以上。欧洲正在执行“先进煤粉电厂（700℃）”的计划，即在未来的15年内开发出蒸汽温度高达700℃的超超临界机组，主要目标有两个： 使煤粉电厂净效率由47%提高到55%（采用低温海水冷却）或52%（对内陆地区和冷却塔）；降低燃煤电厂的投资价格。美国和日本也将蒸汽温度为700℃的超超临界机组作为进一步的发展目标。可见，国际上超超临界机组的参数已经达到27～32Mpa左右，蒸汽温度为566～600℃，热效率可以达到42～45%。国外机组的可靠性数据，表明了超超临界机组可以同样实现高的可靠性。我国石洞口二厂两台60万千瓦超临界机组的可用率就高达90%以上，高于其它一些同容量亚临界机组。从环保措施看，国外的超超临界机组都加装了锅炉尾部烟气脱硫、脱硝和高效除尘装置，可以实现较低的排放，满足严格的排放标准。例如日本的超超临界机组的排放指标可以达到SO2 70 mg/Nm3；NOx 30 mg/Nm3；粉尘5 mg/Nm3。可见，超超临界燃煤机组甚至可以与燃用天然气、石油等机组一样实现清洁的发电。 目前中国有玉环电厂、外高桥三厂、宁海国华二期、北仑电厂三期、嘉兴电厂三期，以及漕泾电厂等多个2*1000MW超超临界燃煤机组已建成或在建。600MW和1000MW超临界机组将成为我国今后10年内带电网基本负荷的主力发电机组。蒸汽温度的提高使P91、S304H、P122、HR3C等许多高温合金钢被大量使用。与其余几种洁净煤发电技术相比，超超临界机组技术具有继承性好，容易实现大型化的特点，在机组的可靠性、可用率、热机动性、机组寿命等方面已经可以和亚临界机组媲美，已经有了较多的商业运行经验。

锅炉的新蒸汽的压力大于临界压力(22.064MPa)小于25MPa的锅炉称为超临界锅炉，配套的汽轮机称为超临界汽轮机 锅炉的新蒸汽的压力介于25～31MPa的锅炉称为超超临界锅炉，配套的汽轮机称为超超临界汽轮机。 亚临界、超临界、超超临界发电机组，主要是就蒸汽的压力与温度参数而言：亚临界，170ata，535；超临界，240ata，560℃℃；超超临界，300ata，600℃。在超临界与超超临界状态，水由液态直接成为汽态（由湿蒸汽直接成为过热蒸汽、饱和蒸汽），热效率高。

超超临界燃煤发电技术是一种先进、高效的发电技术，它比超临界机组的热效率高出约4%，与常规燃煤发电机组相比优势就更加明显。可是，2002年，“超超临界燃煤发电技术的研发和应用”项目立项时，我国连超临界机组的示范工程都尚未开始建设，国际上也仅有德国、丹麦、日本的5个电厂投产。是等待国内超临界机组示范成功、国际上超超临界技术成熟后再来考虑我国下一代的电力技术，还是超前进行研究，以技术为先导，来推动中国电力行业的发展？
时任国家电力公司科技环保部主任的张晓鲁等人争取到了科技部的支持，决定对国际上的先进技术进行论证，基于我们能采购到的、成熟商业应用的高温合金材料，研究在中国发展超超临界的技术类型和技术路线，希望以此指导我国电力装备业新一代设备的研发，为我国电力行业的产业升级提供技术储备。
中国华能集团公司、中国电力投资集团公司、哈尔滨锅炉厂、东方汽轮机有限公司、国家电站燃烧工程技术研究中心……23家单位的100多名研究人员通力合作，首次提出了我国发展超超临界火电机组的技术选型方案，完成了3种不同型式100万千瓦超超临界锅炉、汽轮机的设计开发、制造软件包研制和材料加工性能研究，自主设计了超超临界电站，自主调试成功了100万千瓦和60万千瓦机组，申请了17项国家技术专利，形成了我国完整的超超临界电站开发基础。
技术储备很快就派上了大用场。从2003年开始，我国电力行业进入高速发展期，年装机容量从过去十多年里每年1000多万千瓦急速攀升到5000万千瓦、6000万千瓦，2006和2007两年达到1亿千瓦左右。到2007年底，国产60万千瓦超超临界机组的订货量达到90多台，100万千瓦的订货数也有将近50台。预计到2010年，我国投产的百万千瓦超超临界机组将占全世界的一半以上。
世界银行的代表找到已是中国电力投资集团公司副总经理的张晓鲁，说现在看来，要减少燃煤发电温室气体和污染物排放，最有效的技术就是超超临界技术，打算拿一笔钱支持中国开展这方面的研究。张晓鲁回答：“谢谢你，我们已经跨过了这个阶段。”
2008年1月8日，中共中央、国务院隆重举行国家科学技术奖励大会，由中国华能集团公司承接，联合有关设计、制造、应用单位共同研发和应用的超超临界燃煤发电技术获得2007年度国家科学技术进步一等奖。
该技术的节能环保示范作用十分显著，作为示范工程的华能玉环电厂项目，于2007年11月全部建成投产，成为世界上超超临界百万千瓦级容量最大的火电厂。工程应用了大量该课题的研究成果，2台100万千瓦超超临界发电机组（参数26.25MPa、600℃/600℃）是当今国际上参数最高、容量最大、同比效率最高的超超临界机组，经实际运行，效率高达45.4%,供电煤耗283.2克/千瓦时，比2006年全国平均供电煤耗366克/千瓦时低82.8克/千瓦时，大幅节约了煤炭资源,每年可少排放二氧化碳50多万吨、二氧化硫2800多吨、氮氧化物约2000吨，具有国际先进的能耗和环保水平，企业经济效益和社会环境效益前景巨大。
现在发电供热用煤占全国煤炭生产总量的50%左右，而且污染物排放量也很大。据统计，全国二氧化硫的排放量中，90%是由煤电产生的。百万千瓦超超临界机组的研发和应用对实现我国火电结构调整、节能降耗，建设资源节约型、环境友好型社会，电力工业可持续发展具有重要意义。

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扎兰屯市15774264234： 超超临界机组的发电技术 - ？
容别金港： 超超临界燃煤发电技术是一种先进、高效的发电技术,它比超临界机组的热效率高出约4%,与常规燃煤发电机组相比优势就更加明显.可是,2002年,“超超临界燃煤发电技术的研发和应用”项目立项时,我国连超临界机组的示范工程都尚未...

扎兰屯市15774264234： 超超临界是什么意思 - ？
容别金港：[答案] 超(超)临界发电技术的发展至今已有半个多世纪的历史.从20世纪50年代起,以英国、德国和日本为代表,就开始了对超(超)临界发电技术的开发和研究,而且起步就是超越临界参数. 美国是世界上最早从事超(超)临界发电技术研究和应用的国...

扎兰屯市15774264234： 火电厂发电装置的“超临界”是什么意思? - ？
容别金港： 相关资料: 火电机组随着蒸汽参数的提高,机组效率不断上升.根据实际运行的燃煤机组的经验,亚临界机组(17MPa、538/538 ℃)的净效率约为37%~38%,一般超临界机组(24MPa、538/538 ℃)的净效率约为40%~41%,超超临界机组...

扎兰屯市15774264234： 什么是超超临界发电机组引风机小汽轮机驱动技术 - ？
容别金港： 根据字面解释:“超超临界发电机组”指的是发电机组配用最新技术的大型发电锅炉蒸汽参数属于“超超临界”.“引风机”是锅炉配套的主要辅机.“小汽轮机”就是蒸汽推动做功的小型汽轮机,在这里是用于带动锅炉大型“引风机”的.“驱动技术”就是汽轮机的控制系统.

扎兰屯市15774264234： 亚临界,超临界,超超临界机组分别是什么意思?求电力行业高手详解!!! - ？
容别金港： 临界压力=218.3倍大气压,水的临界温度374.2度.低于这一状态属于亚临界,高于这一状态属于超临界.

扎兰屯市15774264234： 什么是 级超临界机组 - ？
容别金港： 1、超临界的概念:当压力和温度分别超过22.064Mpa和373.99摄氏度时,水蒸气即进入临界状态.按照卡偌循环图可以看到,临界压力下的水从吸收液体热(达到饱和温度之前的吸热)达到373.99摄氏度之后,液相消失,直接由水变为水蒸气...

扎兰屯市15774264234： 什么是超临界发电机? - ？
容别金港： 严格地讲,火电厂的超临界是指锅炉的蒸汽压力大于22.2MPa,汽温550-650℃.没有超临界发电机一说.有时,只说超临界发电机组.

扎兰屯市15774264234： 660MW超超临界发电机组的初步设计的意义和研究内容??? - ？
容别金港： 采用超超临界是最大意义,就是能够节约能源,与超临界660MW机组相比,每度电大约可以节约5-7克煤.但是如果采用经济比较,每台机投资将增加1.5亿元左右,是不能做经济比较的.目前国产600MW及660MW超超临界机组已经都有运行的...

扎兰屯市15774264234： 2*1000超临界火力发电厂是十么概念求专业人士详 - ？
容别金港： 2*1000超临界火力发电厂是指火力发电厂拥有两台1000WM级的发电机组,一台1000WM级的发电机组是指发电机组的发电能力是每小时额定发电100万度电.超临界的概念是发电机组的蒸汽参数在临界参数以上,一般25MPa,550~570摄氏度.

扎兰屯市15774264234： 超临界锅炉有什么优点 - ？
容别金港： 超临界机组具有无可比拟经济性,单台机组发电热效率最高可达50%,每kWh煤耗最低仅有255g(丹麦BWE公司),较亚临界压力机组(每kWh煤耗最低约有327g左右)煤耗低;同时采用低氧化氮技术,在燃烧过程中减少65%的氮氧化合物及其它有害物质的形成,且脱硫率可超98%,可实现节能降耗、环保的目的.