【正文】 83。 76 附表 5 日本電力超超臨界發(fā)電技術(shù)發(fā)展計劃 77 附表 6 我國已開展的超臨界鍋爐關(guān)鍵技術(shù)研究 78 附表 7 我國已開展的超臨界汽輪機關(guān)鍵技術(shù)研究 79 附表 8 我國已開展的電站用材技術(shù)研究成果 80 附表 9 哈爾濱電站設(shè)備集團公司主要國際合作業(yè)績和 主要生產(chǎn)裝備表 81 附表 10 上海電氣（集團）總公司主要國際合作業(yè)績和 主要生產(chǎn)裝備表 87 附表 11 東方電氣集團公司主要國際合作業(yè)績和主要生 產(chǎn)裝備表 95 1 一、 主要 發(fā)達國家 超超臨界發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 1. 概述 火力發(fā)電廠的熱經(jīng)濟性隨著蒸汽初參數(shù)的提高而上升，提高機組熱效率是火電機組發(fā)展的目標(biāo)之一。自 50 年代以來，國外火電機組始終以提高蒸汽參數(shù)和增大單機功率為發(fā)展重點，目前300MW 的火電機組通常采用亞臨界參數(shù)， 600MW 等級及以上容量的機組已普遍采用了超臨界參數(shù)。新設(shè)計的機組多采用變壓運行，可適應(yīng)帶中間負(fù)荷和調(diào)峰的需要，運行的靈活性大為提高。同時 由于 各國 環(huán)保要求的不斷提高，配置了煙氣凈化裝置的超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)已經(jīng)被公認(rèn)為一種 潔凈 煤發(fā)電技術(shù)。隨著火電機組的蒸汽參數(shù)的進一步提高，機組進入了超超臨界（ UltraSupercriticial）的參數(shù)范圍， 根據(jù)中國電力百科全書定義，主蒸汽壓力大于等于 27MPa或主蒸汽壓力大于等于 24MPa，且主蒸汽溫度大于等于 580℃（主蒸汽溫度大于等于 580℃，或 /和再熱蒸汽溫度大于等于 580℃）為超超臨界參數(shù)。 超臨界和超超臨界火電技術(shù)經(jīng) 過 幾十年的發(fā)展，目前已是世界上先進、成熟和達到商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用的潔凈煤發(fā)電技術(shù)，在 不少國家推廣應(yīng)用并取得了顯著的節(jié)能和改善環(huán)境的效果。當(dāng)前，在實際應(yīng)用中機組的主蒸汽壓力最高已達到了 31MPa， 主蒸汽溫度最高已達到了 610℃ ，容量等級在 300MW～ 1300MW 內(nèi)均有業(yè)績。先進的大容量超臨界和超超臨界機組具有良好的運行靈活性和負(fù)荷適應(yīng)性 ,大大降低了污染物排放，具有顯著的環(huán)保 特性 。 超超臨界機組配備脫硫和脫硝裝置后效率和環(huán)保指標(biāo)可與 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（ Integrated Gasification Combined Cycle，簡稱 IGCC）相媲美。 實際的運行業(yè)績表明，超超臨界 機組 的運行可靠性指 標(biāo)已經(jīng)不低于亞臨界機組，有的甚至還要更高一些。另外，一個很重要的因素是，相對于其它潔凈煤發(fā)電技術(shù)（ IGCC、增壓流化床 燃燒 聯(lián)合循環(huán)（ Pressurized Fluidized Bed Combustion Combined Cycle，簡稱PFBCCC） 和燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán) ） ，超超臨界發(fā)電技術(shù)有良好的技術(shù)繼承性。正因為如此，超超臨界發(fā)電技術(shù)越來越得到各國電力工業(yè)界的重視，發(fā)展的方向是在保持其可用率、可靠性、運行靈活性和機組壽命等的同時，進一步提高蒸汽參數(shù)，從而獲得更高的效率 2 和環(huán)保性能。 2. 超臨界及超超臨界發(fā)電 技術(shù)的發(fā)展過程 機組蒸汽參數(shù)的提高和容量的增大 ，不僅與 應(yīng)用于高參數(shù) 機組材料的開發(fā) 有關(guān)，而且與 設(shè)計技術(shù)和制造工藝的進步 密不可分。 世界上超臨界和超超臨界發(fā)電技術(shù)是同時開發(fā)和交叉發(fā)展的， 其 發(fā)展過程大致可以分成三個主要階段： 第一個階段大致從 20 世紀(jì) 50 年代到 80 年代，主要以美國、德國、俄羅斯和隨后的日本等國為技術(shù)代表。初期技術(shù)發(fā)展的起步參數(shù)就是超超臨界參數(shù)。例如，美國 Philo 電廠 6 號機于 1957 年投產(chǎn)，這是世界上第一臺超超臨界機組，容量為 125MW，蒸汽壓力為 31MPa、蒸汽溫度為 621℃ /566℃ /566℃ ， 二次中間再熱。汽輪機由 通用 公司 （ GE） 生產(chǎn)，鍋爐由 Bamp。W公司制造。 1959年， Eddystone電廠 1 號機投產(chǎn)，容量為 325MW，蒸汽壓力為 ，蒸汽溫度為 649℃ /565℃ /565℃ 的二次中間再熱機組，熱耗率為 8630kJ／kWh，由 燃燒工程公司（ CE） 和 西屋 公司 （ WestingHouse） 設(shè)計制造。但由于所采用的蒸汽參數(shù)超越了當(dāng)時材料技術(shù)的實際發(fā)展水平，導(dǎo)致了諸如機組運行可靠性較差等問題的發(fā)生。在經(jīng)歷了初期過高的超臨界參數(shù)后，從上世紀(jì) 60 年代后期開始 ， 美國超臨界機組大規(guī)模發(fā)展時期所采用的參數(shù)均 降低到常規(guī)超臨界參數(shù)。直至上世紀(jì) 80 年代，美國超臨界機組的參數(shù)基本穩(wěn)定在這個水平。 第二階段 從 20 世紀(jì) 80 年代初期開始，由于材料技術(shù)的進步和發(fā)展，以及對電廠水化學(xué)方面認(rèn)識的深入，克服了早期超臨界機組所遇到的問題。其間美國對已投運的機組進行了優(yōu)化及改造，大大提高了機組的經(jīng)濟性、可靠性、運行靈活性，其可靠性和可用率指標(biāo)已經(jīng)達到甚至超過了相應(yīng)的亞臨界機組。同時 ， 美國又將超臨界技術(shù)轉(zhuǎn)讓給日本（ GE 向東芝 和 日立 ， 西屋向三菱）和歐洲，聯(lián)合進行了一系列新 的 超臨界 參數(shù) 電廠的開發(fā)設(shè)計。超臨界機組的市場逐步轉(zhuǎn)移到了歐洲及日本， 并涌現(xiàn)出了一批新的超臨界機組。 第三個階段大致是從 20 世紀(jì) 90 年代開始的，這時候國際上超超臨界機組進入了快速發(fā)展的階段，其背景原因在于環(huán)保要求日益嚴(yán)格，同時新材料的開發(fā)成功 、結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新、工藝技術(shù)的進步和 常規(guī)超臨界技術(shù)的成熟也為 超 超臨界機組的發(fā)展提供了必要條件。在這個階段，技術(shù)特點主要以日本（三菱、東芝、日立）、歐 3 洲（ 西門子 、 阿爾斯通 ）為代表，進入了新一輪發(fā)展階段：即在保證機組高可靠性、高可用率的前提下采用更高的蒸汽溫度和壓力。這個階段超超臨界機組的發(fā)展有以下 兩種不同的 技術(shù)取向： ? 蒸汽壓力并不太高，多為 25MPa 左右，而蒸汽溫度相對較高，主要以日本的技術(shù)發(fā)展為代表。這種方案可以降低造價、簡化結(jié)構(gòu)、增加可靠性， 主要是 通過提高溫度的手段來提高機組熱效率 。 日本 近期 生產(chǎn)的新機組，大多數(shù)機組的壓力保持在 25MPa 左右， 蒸汽 溫度均提高到了 580?C ~ 610?C 左右。 ? 蒸汽壓力和溫度同時都取較高值（ 28MPa～ 30MPa， 600℃ 左右），從而獲得更高的效率，主要以歐洲的技術(shù)發(fā)展為代表。部分機組在采用高溫的同時，壓力也提高到 27MPa 以上，壓力的提高不僅關(guān)系到材料強度及結(jié)構(gòu)設(shè)計，而且由于汽輪機排汽濕度的原因，壓力提高到 某一等級后 ， 必須采用更高的再熱溫度或二次再熱循環(huán)。近年來，除了丹麥兩臺二次再熱機組外，提高壓力的業(yè)績主要來源于 1998 年以后西門子公司的產(chǎn)品。 無論哪種技術(shù)取向， 決定機組容量的關(guān)鍵之一是低壓缸的排汽能力，與進汽參數(shù)無直接關(guān)系。為盡量減少汽缸數(shù)，大容量機組的發(fā)展更注重大型低壓缸的開發(fā)和應(yīng)用。目前 3000r/min 大功率機組中已普遍采用高度為 1000mm～ 1200mm、 排汽面積在 9m2～ 11m2左右的長葉片。日本幾家公司和西門子、 阿爾斯通 等在大功率機組中已開始使用末級鈦合金長葉片。 經(jīng)過四十多年的不斷完善和發(fā)展 ，目前超 臨界和超超 臨界機組的發(fā)展已進入了成熟和實用階段，具有更高參數(shù)的 超超 臨界機組也已經(jīng)成功地投入商業(yè)運行。據(jù)統(tǒng)計，目前全世界已投入運行的超臨界及以上參數(shù)的發(fā)電機組大約有 600 多臺。其中在美國有 170 多臺，日本和歐洲各約 60 臺，俄羅斯及原東歐國家 280 余臺。目前發(fā)展超超臨界 發(fā)電 技術(shù)領(lǐng)先的國家主要是日本、德國和丹麥等，世界范圍內(nèi)屬于超超臨界參數(shù)的機組大約有 60 余臺，近期歐洲和日本新投運的機組都是超超臨界機組。 4 3. 主要發(fā)達國家 超臨界和 超超臨界發(fā)電技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀 1) 美國 美國是發(fā)展超臨界 發(fā)電技術(shù) 最早的國家。美國早期的 超臨界機組發(fā)展很快，當(dāng)時多數(shù)超臨界機組的容量為 500MW～ 800MW，并比同容量亞臨界機組早投運 6～ 8 年，由于當(dāng)時缺乏深入的分析研究和試驗， 采用了過高的蒸汽參數(shù) （ ℃ /566℃ /566℃ ），因而發(fā)生了諸如腐蝕、泄漏及高溫部件損壞等較多的事故，不得不降低參數(shù)運行。上世紀(jì) 60 年代核電站興起后，要求火電機組即使是超臨界機組也要進行中間負(fù)荷及兩班制調(diào)峰運行，又進一步暴露了美國早期超臨界機組存在的問題 。 當(dāng)時 美國電力科學(xué)研究院（ EPRI） 及北美電力可靠性協(xié)會根據(jù)收集到的資料曾作出亞臨界機組的可用率 比 超臨界機組高的結(jié)論，這一看法使用戶擔(dān)心采用超臨界機組在可靠性方面會面臨較多的問題。在經(jīng)過約 10 年的訂貨高潮后，到 20 世紀(jì) 70 年代中期跌入低谷。至 20 世紀(jì) 80 年代初美國的超臨界機組投運了約 170 臺，最小 單機 容量為 125MW，最大容量達 1300MW，于 1972 年和 1973 年分別投運一臺。 20 世紀(jì) 80 年代前后， 美國電力科學(xué)研究院 針對當(dāng)時燃料價格上漲 、 環(huán)保要求日益嚴(yán)格的情況，結(jié)合早期超 臨界和超超 臨界機組設(shè)計和運行的經(jīng)驗及當(dāng)時的技術(shù)水平，按照超臨界機組與亞臨界機組同等的可靠性和運行特性的設(shè)計要求，對機組蒸汽參數(shù)和容量 等各方面進行了優(yōu)化研究，得到的結(jié)論為：機組蒸汽參數(shù)采用 31MPa， 566℃ ~593℃ ，二次中間再熱，功率 700MW～ 800MW 為最佳方案 ， 但由于美國電力工業(yè)大力發(fā)展高效的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電站而未 能 及時實施 。然而 美國技術(shù)被日本和歐洲國家廣泛引進，促進了日本和歐洲國家超臨界發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。從 1990 年前后開始，美國超臨界機組的溫度和 壓力又趨 于提高。 目前，西屋 公司正在 研究 31MPa，593℃ /566℃ /566℃ 新一代的超超臨界參數(shù)機組。 2) 日本 20 世紀(jì) 60 年代日本制造業(yè)與歐美各公司進行技術(shù)合作并簽定生產(chǎn)許可證協(xié)議 ，同時各大電力公司相繼引進大容量、高參數(shù)、高效率的機組作為先行機組，并通過調(diào)查研究和可行性分析確定超臨 5 界機組為火電發(fā)展方向。在引進技術(shù)的同時注重開發(fā)研制，先仿制后國產(chǎn)化，為開發(fā)大型 超超 臨界機組 進行 了技術(shù)儲備。 1967 年從美國引進第一臺超臨界 600MW 機組作為樣機，投運后即在國內(nèi)制造同型機組；后 又從美國 引進 1000MW 超臨界機組 也在國內(nèi) 制造同型機組；隨后從歐洲引進超臨界滑壓運行技術(shù)使其超臨界機組不僅具有高效率，同時還具有與亞臨界機組同樣的安全可靠性與運行靈活性 。 至 80 年代中期超臨界機組容量占總裝機容量 50%左 右 ， 最大單機容量為 1000MW。容量為 450MW 以上的機組均采用超臨界參數(shù)，參數(shù)一般為 ℃ /566℃ ， 一次再熱；少數(shù)機組采用℃ /538℃ 或 ℃ /552℃ /566℃ ，二次再熱。 隨著材料工業(yè)的不斷發(fā)展 、 機組設(shè)計 和 制造技術(shù)的日益完善，日本的超超臨界機組 取得了大量成功的經(jīng)驗和良好的運行業(yè)績， 使蒸汽參數(shù)得到進一步提高。 1989 年日本川越電廠 700MW 超臨界（ 1號機組）投運，參數(shù)為 31MPa/566℃ /566℃ /566℃ 。由于容量 450MW以上的機組全部 采用超臨界參數(shù)，超臨界機組占總裝機容量的絕大多數(shù)，使其供電煤耗居世界最低水平，總體技術(shù)水平已居世界領(lǐng)先地位。 90 年代以后，日本投運了一批參數(shù)為 25 MPa/600℃ /610℃ 的超超臨界機組。 日本的超 超 臨界 發(fā)電技術(shù) 開始向更高參數(shù)發(fā)展。 3) 俄羅斯（包括前蘇聯(lián)） 七十多年以來，俄羅斯 (前蘇聯(lián) )在 火 力發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)上獨立于其它國家，走了一條自 主研發(fā) 的發(fā)展道路，其超臨界機組的研制也主要立足于國內(nèi) ， 有其自己的特點。 前蘇聯(lián)在 20 世紀(jì) 40 年代末就建立了小容量超臨界試驗機組，取得一定的經(jīng)驗后便開始生產(chǎn) 300MW 機組。第一 臺 300MW 超臨界機組于 1963 年投入運行，參數(shù)為 ℃ /565℃ ，由于技術(shù)水平原因，投運初期出現(xiàn)相當(dāng)多的問題和故障，機組可用率和機組效率低于原設(shè)計水平，后 將 蒸汽參數(shù) 降低 至 ℃ /540℃并對汽輪機零部件等進行改進，使機組的可靠性與經(jīng)濟性基本達到設(shè)計要求，逐步形成了 300MW、 500MW、 800MW、 1200MW 四個容量等級。俄羅斯生產(chǎn)的超臨界機組的蒸汽參數(shù)大多為常規(guī)超臨界參數(shù)，蒸汽壓力一般為 24MPa，蒸汽溫度一般在 545℃ ～ 565℃ 的范圍內(nèi)。第一臺超臨界 500MW、 800MW 機組于 1968 年投入運行。列寧格勒金屬工廠（ LMZ） 1978 年生產(chǎn)了一臺 1200MW 的 6 超 臨界 機組， 1981 年 投 入運 行， 蒸汽 參數(shù)為℃ ，已經(jīng)運行二十多年，仍是當(dāng)前世界上火電廠 容量 最大的單軸汽輪發(fā)電機組，但是至今只生產(chǎn)了一臺。前蘇聯(lián)本國內(nèi) 300MW 及以上容量機組全部采用超臨界參數(shù)，至今已有 232 臺超臨界機組投入運行，是超臨界機組數(shù)目最多的國家，全國大約40%的電力由超臨界機組提供。由于大量采用超臨界機組，前蘇聯(lián)火電機組的平均供電煤耗位居世界水平的前列 。俄羅斯還生產(chǎn)了近20 臺 300MW、 500MW 和 800MW 的 50 周波機組供應(yīng)給中國和古巴。 俄羅斯的超 臨界與超超 臨界機組在設(shè)計上采用了一些有別于其它國家的 特有 技術(shù)，在燃用低質(zhì)高灰 分 煤、區(qū)域供熱、汽輪機末級設(shè)計 、給水加熱 等方面有其自己的特點。這些特點包括： 1200MW汽輪機低壓末級采用鈦 合金 葉片；直接接觸式給水加熱器，降低熱耗； Baumann 式的低壓通流部分設(shè)計，降低末 級 葉片的高度；帶加熱裝置