【正文】 EP Turk 電廠 25MPa/601/610℃ 超超臨界機組正在建造。 目前美國擁有 9 臺世界上 單機容量最大的 1300MW 超臨界雙軸機組，見表 21。這些機組均為上世紀 70 年代至 90 年代初投入運行的，雖然機組容量為目前世界最大，但是技術(shù)水平與目前世界先進的高效火電水平有較大差距。 表 21 美國現(xiàn)役單機容量最大的 1300MW 超臨界雙軸機組 電站 鍋爐 制造商 鍋爐蒸發(fā)量 (t/h) 汽機 制造商 運行方式 主汽壓力(MPa) 主 /再汽溫(℃ ) 投運時間 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 超超臨界機組主機設(shè)備 選型 研究 版號 ： 0 第 04 頁 2022 年 11 月 本文件的知識產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計院所有，任何單位或 個人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責任 電站 鍋爐 制造商 鍋爐蒸發(fā)量 (t/h) 汽機 制造商 運行方式 主汽壓力(MPa) 主 /再汽溫(℃ ) 投運時間 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 美國發(fā)電機組的技術(shù)發(fā)展重點在于燃煤電廠燃料利用率和環(huán)境指數(shù)的提高。1999 年美國能源部 (DOE)提出了火電新技術(shù)發(fā)展的 Vision21 計劃。 Vision21 計劃包括目前正在發(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)，先進燃氣輪機，燃料合成技術(shù)，超臨界和系統(tǒng)合成技術(shù)。 Vision 21 計劃的目標見表 22。 表 22 Vision 21 計劃的目標 項 目 內(nèi) 容 效率 煤炭作為基本燃料的機組效率為 55～ 60%(HHV)。天然氣作為基本燃料的機組效率為 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。 美國能源部希望通過 Vision 21 計劃美國可以制造運行溫度達到 760?C 的鍋爐鋼管和各種部件；如果工程需要，也將規(guī)劃制造運行溫度為 871?C 的超級合金鋼。當今典型燃煤電站的效率為 35%，如果開發(fā)耐高溫材料獲得成功，美國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。 該計劃的核心是 5 個方面： ECEPDI 超超臨界機組主機設(shè)備 選型 研究 版號 ： 0 第 05 頁 2022 年 11 月 本文件的知識產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計院所有，任何單位或 個人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責任 (1) 選定在指定熱效率和運行溫度的熱電廠中使用的材料。 (2) 確定制造運行溫度為 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 ASME 的認證。 (4) 確定運 行蒸汽參數(shù)為 35MPa/760℃ /760℃ /760℃ 的大容量兩次再熱超超臨界火電機組的設(shè)計和運行難點。 (5) 促進新管材技術(shù)的商業(yè)化開發(fā)和應(yīng)用。 日本大容量超超臨界發(fā)電機組的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 發(fā)展現(xiàn)狀 20 世紀 80 年代初，日本啟動了超超臨界發(fā)電技術(shù)的研究計劃，由電源開發(fā)公司 (EPDC)領(lǐng)銜，鋼鐵、鍋爐、汽輪機制造廠和研究機構(gòu)參加。由于日本當時已經(jīng)開發(fā)出一系列的 (9～ 12)%Cr 鐵素體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼，其蠕變強度和耐腐蝕性能都很好，因此，對 USC 機組的研究主要集中于這些耐熱材料在現(xiàn)場應(yīng) 用中的性能數(shù)據(jù)和可靠性方面。 日本投運容量 1000MW 以上的超超臨界機組 9 臺，其中 7 臺雙軸機組， 2臺單軸機組，見表 23。 80 年代末， 90 年代初日本投運的川越電廠二次再熱機組參數(shù)見表 24。 發(fā)展趨勢 1997 年起，日本國立金屬研究所 (NRIM)啟動了一項用于 35MPa/650℃ 參數(shù)級別的 USC 機組大直徑管道和聯(lián)箱的高級鐵素體耐熱鋼的研究計劃。目前日本還在進行所謂的“新陽光 (NewSunshine)” 的發(fā)電技術(shù)研究計劃，建立運行溫度為 700℃ 的發(fā)電機組。該項目由日本電力公司 (即以前的電源開發(fā)公司 )牽頭，得到了日本通產(chǎn)省的大力支持，目前正對所需材料進行研究。 日本 AUSC（ 700℃ 超超臨界）計劃是日本政府 2022 年提出的“ COOL Earth Program” 的一部分， AUSC 超超臨界計劃的分步走方案見表 25。 ? 計劃時間： 9 年， 20222022 ? 計劃組織：由日本政府經(jīng)濟貿(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 超超臨界機組主機設(shè)備 選型 研究 版號 ： 0 第 06 頁 2022 年 11 月 本文件的知識產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計院所有，任何單位或 個人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責任 ? 日本 AUSC 的發(fā)展技術(shù)路線： （ 1）總的參數(shù)目標為 700℃ /720℃ 、 700℃ /750℃ 以及將來 800℃ ，采用二次再熱方案； （ 2）改造現(xiàn)有大量超臨界機組，提出 25MPa 不變，僅僅采取 700℃ 的一次再熱 USC+AUSC 方案 ? 日本 700℃ 超超臨界機組的計劃目標： 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)、地點和時間表現(xiàn)在還未最后確定。 ? 計劃分工： （ 1）閥門 —— 日立、三菱、東芝和福士； （ 2) 鍋爐 — Babcock、 IHI、三菱、國家材料 研究中心等； （ 3）汽輪機 —— 日立、三菱、東芝 ? 計劃內(nèi)容： AUSC 示范廠的概念設(shè)計： 20222022 鍋爐材料研發(fā)： （ 1）大型厚壁管件： 20222022 （ 2）長期蠕變強度試驗： 20222022 （ 3）高等級材料的制造工藝（焊接、鍛鑄和彎管） :20222022 （ 4）高溫閥門 : 20222022 蒸汽輪機材料的研發(fā)： （ 1）材料、轉(zhuǎn)子等 : 20222022 （ 2）高溫汽機材料蠕變斷裂試驗 :2022 2022 實際鍋爐的部件掛爐試驗 : 20222022 表 23 日本投運的 1000MW 以上的超超臨界機組 電廠 / 機組 號 電力 公司 容量 (MW) 蒸汽參數(shù) (MPa/℃ /℃ ) 制造廠 (爐 /機 ) 汽輪機 型式 轉(zhuǎn)速 (r/min) 投運 時間 ECEPDI 超超臨界機組主機設(shè)備 選型 研究 版號 ： 0 第 07 頁 2022 年 11 月 本文件的知識產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計院所有，任何單位或 個人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責任 電廠 / 機組 號 電力 公司 容量 (MW) 蒸汽參數(shù) (MPa/℃ /℃ ) 制造廠 (爐 /機 ) 汽輪機 型式 轉(zhuǎn)速 (r/min) 投運 時間 原町 1 號 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 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 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 Matsuura EPDC 1000 日立BHK/三菱 雙軸 /四缸四排汽 3600/1800 1999/ 7 橘灣 1 號 Tachibanawan EPDC 1050 25/600/610 IHI/東芝 雙軸 /四缸四排汽 3600/1800 2022/7 橘灣 2 號 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 Hekinann Chubu 1000 單軸 /四缸四排汽 3600 2022/11 碧南 5 號 Hekinann Chubu 1000 單軸 /四缸四排汽 3600 2022/11 常陸那珂 1 號 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 機組 參數(shù) 機 組 出力 MW 燃料 主汽壓力 MPa 蒸汽溫度 ℃ 投運時間 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 超超臨界機組主機設(shè)備 選型 研究 版號 ： 0 第 08 頁 2022 年 11 月 本文件的知識產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計院所有，任何單位或 個人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責任 表 25 AUSC 計劃 方案 項目 壓力 /過熱 /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)電機組的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 發(fā)展現(xiàn)狀 歐洲已投運容量 1000MW 以 上 的 超 超 臨 界 機 組 一 臺 ， 是NIEDERAUSSEMK， 為單軸機組 ， 見表 26。此機組為德國實施火電優(yōu)化設(shè)計計劃 (簡稱 ―BoA‖計劃 )第一期的依托工程。 表 26 歐洲已投運的 1000MW 超超臨界機組 國家 電廠名稱 機組容量 MW 投產(chǎn)日期 主汽壓力 MPa 主 /再熱汽溫 ℃ 德國 NIEDERAUSSEMK 1025 2022 576/599 在總結(jié)吸收 NIEDERAUSSEMK 機組的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，進行了進一步的改進和優(yōu)化，第二期 ―BoA‖計劃的依托工程為 Neurath F， G 機組，容量增加到1100MW，主蒸汽和再熱蒸汽參數(shù)提高到 600℃ 和 605℃ ，電廠供電效率達到43％，更低的污染物排放。同時，新建機組開始實施在現(xiàn)有材料基礎(chǔ)上，主蒸汽壓力進一步提高，再熱蒸汽溫度提升到 620℃ 的方案。 另外丹 麥的 Nordjylland 電廠＃ 3 機組雖然機組容量不大，但是采用了兩次再熱，深海水冷卻等技術(shù)，是目前世界上機組效率最高的燃煤電廠之一。 據(jù)不完全統(tǒng)計 2022 年后歐洲開工建設(shè)的 1000MW 以上機組有 7 臺， 其中，3 臺機組的再熱汽溫提高為 619℃ ， 1 臺機組 的再熱汽溫提高為 620℃ ，見表 27。 ECEPDI 超超臨界機組主機設(shè)