【正文】 EP Turk 電廠 25MPa/601/610℃ 超超臨界機(jī)組正在建造。 目前美國(guó)擁有 9 臺(tái)世界上 單機(jī)容量最大的 1300MW 超臨界雙軸機(jī)組，見(jiàn)表 21。這些機(jī)組均為上世紀(jì) 70 年代至 90 年代初投入運(yùn)行的，雖然機(jī)組容量為目前世界最大，但是技術(shù)水平與目前世界先進(jìn)的高效火電水平有較大差距。 表 21 美國(guó)現(xiàn)役單機(jī)容量最大的 1300MW 超臨界雙軸機(jī)組 電站 鍋爐 制造商 鍋爐蒸發(fā)量 (t/h) 汽機(jī) 制造商 運(yùn)行方式 主汽壓力(MPa) 主 /再汽溫(℃ ) 投運(yùn)時(shí)間 Cumberland 1 Bamp。W 4535 ABB 定壓 538/538 1972 Cumberland 2 Bamp。W 4535 ABB 定壓 538/538 1973 Amos 3 Bamp。W 4433 ABB 定壓 538/538 Gavin 1 Bamp。W 4433 ABB 定壓 538/538 1974 Gavin 2 Bamp。W 4433 ABB 定壓 538/538 1975 Mountaineer 1 Bamp。W 4433 ABB 定壓 538/538 ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)備 選型 研究 版號(hào) ： 0 第 04 頁(yè) 2022 年 11 月 本文件的知識(shí)產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計(jì)院所有，任何單位或 個(gè)人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責(zé)任 電站 鍋爐 制造商 鍋爐蒸發(fā)量 (t/h) 汽機(jī) 制造商 運(yùn)行方式 主汽壓力(MPa) 主 /再汽溫(℃ ) 投運(yùn)時(shí)間 Rockport 1 Bamp。W 4433 ABB 定壓 538/538 1984 Rockport 2 Bamp。W 4433 ABB 定壓 538/538 1989 Zimmer Bamp。W 4433 ABB 定壓 538/538 發(fā)展趨勢(shì) 美國(guó)發(fā)電機(jī)組的技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)在于燃煤電廠燃料利用率和環(huán)境指數(shù)的提高。1999 年美國(guó)能源部 (DOE)提出了火電新技術(shù)發(fā)展的 Vision21 計(jì)劃。 Vision21 計(jì)劃包括目前正在發(fā)展的低污染燃燒技術(shù)，煤氣化技術(shù)，高效率爐膛和換熱器技術(shù)，先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)，燃料合成技術(shù)，超臨界和系統(tǒng)合成技術(shù)。 Vision 21 計(jì)劃的目標(biāo)見(jiàn)表 22。 表 22 Vision 21 計(jì)劃的目標(biāo) 項(xiàng) 目 內(nèi) 容 效率 煤炭作為基本燃料的機(jī)組效率為 55～ 60%(HHV)。天然氣作為基本燃料的機(jī)組效率為 75%(LHV) 效率 熱 /電聯(lián)產(chǎn)的效率為 85%以上 燃料利用率 從煤炭中生產(chǎn)氫氣或液態(tài)燃料的電站燃料利用率為 75% 環(huán)境影響 氮、硫氧化物，微粒的排放接近于零；二氧化碳的排放減少 4050%，如果配備碳捕捉裝置的話，二氧化碳的排放為零。 美國(guó)能源部希望通過(guò) Vision 21 計(jì)劃美國(guó)可以制造運(yùn)行溫度達(dá)到 760?C 的鍋爐鋼管和各種部件；如果工程需要，也將規(guī)劃制造運(yùn)行溫度為 871?C 的超級(jí)合金鋼。當(dāng)今典型燃煤電站的效率為 35%，如果開(kāi)發(fā)耐高溫材料獲得成功，美國(guó)能源部希望將效率提高到 5255%。效率的提高將減少大約 30%的二氧化碳和其它污染物排放。 該計(jì)劃的核心是 5 個(gè)方面： ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)備 選型 研究 版號(hào) ： 0 第 05 頁(yè) 2022 年 11 月 本文件的知識(shí)產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計(jì)院所有，任何單位或 個(gè)人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責(zé)任 (1) 選定在指定熱效率和運(yùn)行溫度的熱電廠中使用的材料。 (2) 確定制造運(yùn)行溫度為 760?C 的鍋爐鋼管的工廠制造方法、流程、以及噴涂工藝。 (3) 通過(guò) ASME 的認(rèn)證。 (4) 確定運(yùn) 行蒸汽參數(shù)為 35MPa/760℃ /760℃ /760℃ 的大容量?jī)纱卧贌岢R界火電機(jī)組的設(shè)計(jì)和運(yùn)行難點(diǎn)。 (5) 促進(jìn)新管材技術(shù)的商業(yè)化開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。 日本大容量超超臨界發(fā)電機(jī)組的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 發(fā)展現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 80 年代初，日本啟動(dòng)了超超臨界發(fā)電技術(shù)的研究計(jì)劃，由電源開(kāi)發(fā)公司 (EPDC)領(lǐng)銜，鋼鐵、鍋爐、汽輪機(jī)制造廠和研究機(jī)構(gòu)參加。由于日本當(dāng)時(shí)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一系列的 (9～ 12)%Cr 鐵素體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼，其蠕變強(qiáng)度和耐腐蝕性能都很好，因此，對(duì) USC 機(jī)組的研究主要集中于這些耐熱材料在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng) 用中的性能數(shù)據(jù)和可靠性方面。 日本投運(yùn)容量 1000MW 以上的超超臨界機(jī)組 9 臺(tái)，其中 7 臺(tái)雙軸機(jī)組， 2臺(tái)單軸機(jī)組，見(jiàn)表 23。 80 年代末， 90 年代初日本投運(yùn)的川越電廠二次再熱機(jī)組參數(shù)見(jiàn)表 24。 發(fā)展趨勢(shì) 1997 年起，日本國(guó)立金屬研究所 (NRIM)啟動(dòng)了一項(xiàng)用于 35MPa/650℃ 參數(shù)級(jí)別的 USC 機(jī)組大直徑管道和聯(lián)箱的高級(jí)鐵素體耐熱鋼的研究計(jì)劃。目前日本還在進(jìn)行所謂的“新陽(yáng)光 (NewSunshine)” 的發(fā)電技術(shù)研究計(jì)劃，建立運(yùn)行溫度為 700℃ 的發(fā)電機(jī)組。該項(xiàng)目由日本電力公司 (即以前的電源開(kāi)發(fā)公司 )牽頭，得到了日本通產(chǎn)省的大力支持，目前正對(duì)所需材料進(jìn)行研究。 日本 AUSC（ 700℃ 超超臨界）計(jì)劃是日本政府 2022 年提出的“ COOL Earth Program” 的一部分， AUSC 超超臨界計(jì)劃的分步走方案見(jiàn)表 25。 ? 計(jì)劃時(shí)間： 9 年， 20222022 ? 計(jì)劃組織：由日本政府經(jīng)濟(jì)貿(mào)易和工業(yè)部（ METI）主持，下列成員參加：三菱、石川島播磨、日立 Babcock 、日立公司、住友金屬、富士電氣等公司； ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)備 選型 研究 版號(hào) ： 0 第 06 頁(yè) 2022 年 11 月 本文件的知識(shí)產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計(jì)院所有，任何單位或 個(gè)人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責(zé)任 ? 日本 AUSC 的發(fā)展技術(shù)路線： （ 1）總的參數(shù)目標(biāo)為 700℃ /720℃ 、 700℃ /750℃ 以及將來(lái) 800℃ ，采用二次再熱方案； （ 2）改造現(xiàn)有大量超臨界機(jī)組，提出 25MPa 不變，僅僅采取 700℃ 的一次再熱 USC+AUSC 方案 ? 日本 700℃ 超超臨界機(jī)組的計(jì)劃目標(biāo)： 發(fā)電效率： 48%。 凈效率： 46% ? 日本 AUSC 示范廠工程， 包括容量、參數(shù)、地點(diǎn)和時(shí)間表現(xiàn)在還未最后確定。 ? 計(jì)劃分工： （ 1）閥門 —— 日立、三菱、東芝和福士； （ 2) 鍋爐 — Babcock、 IHI、三菱、國(guó)家材料 研究中心等； （ 3）汽輪機(jī) —— 日立、三菱、東芝 ? 計(jì)劃內(nèi)容： AUSC 示范廠的概念設(shè)計(jì)： 20222022 鍋爐材料研發(fā)： （ 1）大型厚壁管件： 20222022 （ 2）長(zhǎng)期蠕變強(qiáng)度試驗(yàn)： 20222022 （ 3）高等級(jí)材料的制造工藝（焊接、鍛鑄和彎管） :20222022 （ 4）高溫閥門 : 20222022 蒸汽輪機(jī)材料的研發(fā)： （ 1）材料、轉(zhuǎn)子等 : 20222022 （ 2）高溫汽機(jī)材料蠕變斷裂試驗(yàn) :2022 2022 實(shí)際鍋爐的部件掛爐試驗(yàn) : 20222022 表 23 日本投運(yùn)的 1000MW 以上的超超臨界機(jī)組 電廠 / 機(jī)組 號(hào) 電力 公司 容量 (MW) 蒸汽參數(shù) (MPa/℃ /℃ ) 制造廠 (爐 /機(jī) ) 汽輪機(jī) 型式 轉(zhuǎn)速 (r/min) 投運(yùn) 時(shí)間 ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)備 選型 研究 版號(hào) ： 0 第 07 頁(yè) 2022 年 11 月 本文件的知識(shí)產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計(jì)院所有，任何單位或 個(gè)人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責(zé)任 電廠 / 機(jī)組 號(hào) 電力 公司 容量 (MW) 蒸汽參數(shù) (MPa/℃ /℃ ) 制造廠 (爐 /機(jī) ) 汽輪機(jī) 型式 轉(zhuǎn)速 (r/min) 投運(yùn) 時(shí)間 原町 1 號(hào) Haramachi Tohoku 1000 25/566/593 三菱 /東芝 雙軸 /四缸四排汽 3000/1500 1997/ 7 三隅 1 號(hào) Misumi Chugoku 1000 25/600/600 三菱 /三菱 雙軸 /四缸四排汽 3600/1800 1998/ 6 原町 2 號(hào) Haramachi Tohoku 1000 25/600/600 日立BHK/日立 雙軸 /四缸四排汽 3000/1500 1998/ 7 松浦 2 號(hào) Matsuura EPDC 1000 日立BHK/三菱 雙軸 /四缸四排汽 3600/1800 1999/ 7 橘灣 1 號(hào) Tachibanawan EPDC 1050 25/600/610 IHI/東芝 雙軸 /四缸四排汽 3600/1800 2022/7 橘灣 2 號(hào) Tachibanawan EPDC 1050 25/600/610 日立BHK/三菱 雙軸 /四缸四排汽 3600/1800 2022/1 碧 南 4 號(hào) Hekinann Chubu 1000 單軸 /四缸四排汽 3600 2022/11 碧南 5 號(hào) Hekinann Chubu 1000 單軸 /四缸四排汽 3600 2022/11 常陸那珂 1 號(hào) Hitachi naka Tokyo 1000 日立BHK/日立 雙軸 /四缸四排汽 3000/1500 2022/12 表 24 日本 川越電廠二次再熱 機(jī)組 參數(shù) 機(jī) 組 出力 MW 燃料 主汽壓力 MPa 蒸汽溫度 ℃ 投運(yùn)時(shí)間 川越電廠 1 700 天然氣 566/566/566 1989 川越電廠 1 700 天然氣 566/566/566 1989 ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)備 選型 研究 版號(hào) ： 0 第 08 頁(yè) 2022 年 11 月 本文件的知識(shí)產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計(jì)院所有，任何單位或 個(gè)人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責(zé)任 表 25 AUSC 計(jì)劃 方案 項(xiàng)目 壓力 /過(guò)熱 /再熱汽溫 MPa/℃ /℃ 凈熱效率 % 熱耗率 超臨界 600℃ 超超臨界 25/600/600 % 700/℃ 超超臨界 （ AUSC） 25/700/720 % 35/700/720/720 46 % 歐洲大容量超超臨界發(fā)電機(jī)組的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 發(fā)展現(xiàn)狀 歐洲已投運(yùn)容量 1000MW 以 上 的 超 超 臨 界 機(jī) 組 一 臺(tái) ， 是NIEDERAUSSEMK， 為單軸機(jī)組 ， 見(jiàn)表 26。此機(jī)組為德國(guó)實(shí)施火電優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)劃 (簡(jiǎn)稱 ―BoA‖計(jì)劃 )第一期的依托工程。 表 26 歐洲已投運(yùn)的 1000MW 超超臨界機(jī)組 國(guó)家 電廠名稱 機(jī)組容量 MW 投產(chǎn)日期 主汽壓力 MPa 主 /再熱汽溫 ℃ 德國(guó) NIEDERAUSSEMK 1025 2022 576/599 在總結(jié)吸收 NIEDERAUSSEMK 機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)和優(yōu)化，第二期 ―BoA‖計(jì)劃的依托工程為 Neurath F， G 機(jī)組，容量增加到1100MW，主蒸汽和再熱蒸汽參數(shù)提高到 600℃ 和 605℃ ，電廠供電效率達(dá)到43％，更低的污染物排放。同時(shí)，新建機(jī)組開(kāi)始實(shí)施在現(xiàn)有材料基礎(chǔ)上，主蒸汽壓力進(jìn)一步提高，再熱蒸汽溫度提升到 620℃ 的方案。 另外丹 麥的 Nordjylland 電廠＃ 3 機(jī)組雖然機(jī)組容量不大，但是采用了兩次再熱，深海水冷卻等技術(shù)，是目前世界上機(jī)組效率最高的燃煤電廠之一。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) 2022 年后歐洲開(kāi)工建設(shè)的 1000MW 以上機(jī)組有 7 臺(tái)， 其中，3 臺(tái)機(jī)組的再熱汽溫提高為 619℃ ， 1 臺(tái)機(jī)組 的再熱汽溫提高為 620℃ ，見(jiàn)表 27。 ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)