【正文】 組在設(shè)計(jì)中應(yīng)用低 NOx 燃燒技術(shù)來進(jìn)行控制，同時(shí)采用低 NOx 燃燒技術(shù)對(duì)現(xiàn)有 100～ 300MW 機(jī)組進(jìn)行改造。從環(huán)保措施來看，國外的超超臨界機(jī)組都加裝了煙氣脫硫、脫硝和高效除塵裝置，可以實(shí)現(xiàn)較低的排放，滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo) 16 準(zhǔn)。我國的水能資源蘊(yùn)藏十分豐富，全國水資源理論蘊(yùn)藏量為 億千瓦，其中可開發(fā)的為 億千瓦，居世界首位。 據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2020 年電力工業(yè)煙塵排放量為 310 萬噸， SO2排放量約為 890 萬噸（ ）， NOx 排放量約為 469 萬噸（ ），與日本 1999 年的排放水平相比， 2020 年我國火電機(jī)組 SO2 和 NOx 17 的實(shí)際排放水平高出 和 g/kWh。近年來由于技術(shù)改進(jìn)煤耗有所下降，但是速度很慢，較先進(jìn)國家水平仍然有很大差距。到 2020 年底，燃煤電廠已投產(chǎn)脫硫裝機(jī)容量約為 8000MW，投產(chǎn)以及在建脫硫裝機(jī)容量達(dá)到 20200MW 左右，盡管如此仍不能滿足高速增長的燃煤機(jī)組裝機(jī)容量的需要。 ? 容量 超超臨界機(jī)組的單機(jī)容量可以達(dá)到 1000MW 以上，與其它潔凈煤發(fā)電技術(shù)相比，更能滿足電力工業(yè)對(duì)大容量機(jī)組的要求。與其它潔凈煤發(fā)電技術(shù)相比，超超臨界技術(shù)的設(shè)備投資和電價(jià)均處于較低水平。 21 2) 我國潔凈煤發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀 我國潔凈煤發(fā)電技術(shù)經(jīng)過幾十年發(fā)展，取得了初步的成績，但是與世界先進(jìn)水平相比仍然有一定的差距。各大鍋爐廠通過與外商或國內(nèi)研究單位的合作，開發(fā)出了 220t/h、 410t/h 循環(huán)流化床鍋爐。 ? 增壓流化床聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù) 我國自 1981 年開始研究 PFBC 發(fā)電技術(shù)， 1991 年開始在徐州賈汪電廠建造 15MW 的工業(yè)試驗(yàn)電站，已于 2020 年末投入綜合試運(yùn)行。但是在未來二十到三十年的時(shí)間內(nèi)，火電的主流技術(shù)是最有條件在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，為電力工業(yè)提供新一代裝備的配有煙氣凈化技術(shù)的超超臨界發(fā)電技術(shù)。 2) 便于實(shí)現(xiàn)容量大型化 CFB 機(jī)組、 PFBC 機(jī)組和 IGCC 機(jī)組的最大容量在 300MW 等級(jí)，而目前超超臨界機(jī)組已有 1000MW 等級(jí)的機(jī)組在運(yùn)行。 02020400060008000元/千瓦圖 幾種潔凈煤技術(shù)千瓦造價(jià)比較超超臨界（600MW+FGC+SNCR)CFB (300MW)PFBC (P200)IGCC (485MW) 24 圖 21 幾種潔凈煤發(fā)電技術(shù)供電煤耗比較 數(shù)據(jù)來源：火電結(jié)構(gòu)優(yōu)化和技術(shù)升級(jí)研究，中國電力工程顧問（集團(tuán)）有限公司 5) 單位造價(jià)低 根據(jù)中國電力工程顧問（集團(tuán)）公司預(yù)計(jì)，在基本國產(chǎn)化后，超超臨界機(jī)組的單位千瓦造價(jià)為 4293 元 /千瓦，而 IGCC 為 6208 元/千瓦， CFB 為 5142 元 /千瓦， PFBC 為 6419 元 /千瓦（以 2020 年價(jià)格水平計(jì)算）。 8) 環(huán)保性能好 配以煙氣凈化技術(shù)的超超臨界機(jī)組，與 IGCC 機(jī)組、 PFBC 機(jī)組一樣， SO2 和 NOx 排放都能得到有效的控制，滿足環(huán)保的要求。 5. 超超臨界機(jī)組的布局 我國幅員遼闊人口眾多，能源分布很不均勻，大部分集中在東北、西北和西南地區(qū)。由于我國沿海地區(qū)能源資源貧乏，煤炭等資源主要靠從中西部地區(qū)運(yùn)輸而來，因此煤炭價(jià)格較高，采用超超臨界發(fā)電機(jī)組可以獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益，所以建議首先在沿海發(fā)達(dá)地區(qū)考慮采用超超臨界發(fā)電機(jī)組。由表 22 中的數(shù)據(jù)可以看出，假設(shè)“十五”期間燃煤電廠裝機(jī)中有 50％為超超臨界機(jī)組，則每年可節(jié)約標(biāo)煤 456 萬噸。 3) 對(duì)電力工業(yè)水平的提升 在未來的二十到三十年中，我國電力工業(yè)處于快速發(fā)展時(shí)期，應(yīng)該抓住這個(gè)機(jī)遇，大力發(fā)展超超臨界發(fā)電機(jī)組，完成從亞臨界到超超臨界的技術(shù)過渡，從容量和參數(shù)上優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)火電技術(shù)的升級(jí)換代，全面提升我國的電力工業(yè)的總體技術(shù)水平。 6. 發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保效益 1) 經(jīng)濟(jì)效益 積極推廣和發(fā)展供電煤耗低、熱效率高的大容量超超臨界機(jī)組，將節(jié)約大量的煤炭資源，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。 根據(jù)中國電力工程顧問（集團(tuán)）有限公司對(duì)燃料的敏感性進(jìn)行分析：在一定的邊界條件下，當(dāng)含稅煤價(jià)大于 290 元 /噸左右時(shí)，超臨界機(jī)組的電價(jià)要比 亞臨界機(jī)組的電價(jià)低；當(dāng)含稅煤價(jià)大于 150 元/噸左右時(shí)，超超臨界機(jī)組的電價(jià)要比超臨界機(jī)組的電價(jià)低。它既能充分利用我國現(xiàn)有工業(yè)基礎(chǔ)和研發(fā)能力，盡快實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，又能很好地滿足我國未來電力的快速增長需求。 25 0100200300400500元/MWh超超臨界機(jī)組（600MW＋FGD+SNCR）CFB（300MW）PFBC（P200）IGCC（485MW） 圖 23 幾種潔凈煤發(fā)電技術(shù)上網(wǎng)電價(jià)比較 數(shù)據(jù)來源：火電結(jié)構(gòu)優(yōu)化和技術(shù)升級(jí)研究，中國電力工程顧問（集團(tuán)）有限公司 7) 國產(chǎn)化容易 對(duì)于 IGCC 和 PFBC 技術(shù)，由于其技術(shù)含量高尚未大批量被采用，特別是關(guān)鍵設(shè)備國內(nèi)還不能生產(chǎn)，如燃?xì)廨啓C(jī)、大型空分設(shè)備等尚需進(jìn)口，要實(shí)現(xiàn)較高的國產(chǎn)化率，還需較長時(shí)間。我國第一臺(tái)華能玉環(huán)超超臨界示范機(jī)組設(shè)計(jì)供電煤耗為284g/kWh。超超臨界機(jī)組的優(yōu)勢主要 體現(xiàn)在： 1) 技術(shù)相對(duì)成熟 在幾種潔凈煤發(fā)電技術(shù)中，超超臨界發(fā)電技術(shù)在國際上是最成 23 熟的，已經(jīng)有很多機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過十幾年的努力，我國的制造業(yè)和電力工業(yè)已經(jīng)積累了較多的超臨界機(jī)組的設(shè)計(jì)制造和運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，而且相關(guān)的研究院所也對(duì)超臨界機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了攻關(guān)，初步具備了超臨界機(jī)組的研發(fā)能力。我國在 IGCC 的一些關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備方面，例如 煤氣化爐、燃?xì)廨啓C(jī)等，與國外水平差距較大。 ? 循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù) 我國自 80 年代初，開始了循環(huán)流化床的研究工作， 80 年代末我國開發(fā)了多種小型循環(huán)流化床鍋爐產(chǎn)品。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)及增壓流化床聯(lián)合循環(huán)技術(shù)在可靠性和技術(shù)成熟度方面尚有待完善和成熟，在容量方面有待大型化，設(shè)備投資方面有待降低，還需要經(jīng)過多年運(yùn)行業(yè)績的積累。 CFBC 技術(shù)基本成熟， IGCC 和 PFBCCC 的系統(tǒng)復(fù)雜 ，一些技術(shù)難點(diǎn)還有待解決，尚待成熟。表 21對(duì)幾種潔凈煤發(fā)電方式進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。對(duì)于國外已經(jīng)比較成熟的超臨界和超超臨界機(jī)組，目前還不具備自行設(shè)計(jì)和制造的能力。 ? 火電廠的供電煤耗較高 我國 2020 年的平均供電煤耗為 380g/kWh，比世界先進(jìn)水平相差 50～ 60 g/kWh。我國人均擁有發(fā)電裝機(jī)只有 千瓦，人均發(fā)電量只有 1078 千瓦時(shí)，均不到世界平均水平的一半，僅為發(fā)達(dá)國家的 1/6～ 1/10。 我國的電源結(jié)構(gòu)以煤電為主，水電和核電所占的比重在不斷增加。這要求國內(nèi)設(shè)備制造企業(yè)盡快具備這種主流機(jī)型的生產(chǎn)能力，形成規(guī)模生產(chǎn)和市場競爭能力。近年來，隨著除塵技術(shù)從機(jī)械式、濕式、電氣式到高效除塵器的發(fā)展，煙塵污染控制標(biāo)準(zhǔn)從控制煙囪高度，轉(zhuǎn)到控制單煙囪排放量，再到控制煙囪排放濃度，并根據(jù)時(shí)段逐步嚴(yán)格要求，我國常規(guī)火電機(jī)組的煙塵排放得到了有效的控制。 在電力工業(yè)發(fā)展過程中，我國非常重視環(huán)境保護(hù)工作，制定了一系列有利于電力與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展的方針，確定了“預(yù)防為主、防治結(jié)合、綜合治理”和“采用新技術(shù)，推行文明、清潔生產(chǎn)，減少有害物質(zhì)排放，防治環(huán)境污染和其它公害”的政策，使電力工業(yè)得到迅速發(fā)展的同時(shí)環(huán)境保護(hù)也取得了明顯的成效。調(diào)查分析 主要發(fā)達(dá)國家 超臨界及 超超臨界發(fā)電技術(shù)發(fā)展 過程、發(fā)展現(xiàn)狀 及 發(fā)展 趨勢 ，分析其中主要的技術(shù)問題，學(xué)習(xí)并借鑒國外超臨界及超超臨界技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于發(fā)展我國的超臨界及超超 臨界發(fā)電技術(shù)無疑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。該項(xiàng)目從1998 年開始，分為 8 個(gè)階段，預(yù)期在 2020 年 達(dá)到研發(fā)目標(biāo) ，屆時(shí)示范電站建成運(yùn)行。 3) 歐洲 歐洲于 80 年代開始實(shí)施 “ COST 研究計(jì)劃 501” ，由電站設(shè)備和鋼鐵制造商合作分工開發(fā) 采用 奧氏體鋼 的 超 超 臨界機(jī)組，其目標(biāo)是研制可與燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)相競爭的新一代化石燃料電站新材料和超 超 臨界機(jī)組，其研究成果已應(yīng)用于高參數(shù)化石燃料電站，應(yīng)用溫度高達(dá) 610℃ ～ 625℃ 。作為新材料研究開發(fā)工作的一部分，將對(duì)新型鍋爐和汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)及其對(duì)電廠性能和造價(jià)的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，目前已經(jīng)在超超臨界汽輪機(jī)和輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)改進(jìn)方面進(jìn)行了研究。為進(jìn)一步降低能耗和減少 CO2 排放，改善環(huán)境，在材料工業(yè)發(fā)展的支持下，超超臨界機(jī)組正朝著更高參數(shù)的技術(shù)方向發(fā)展。 機(jī)組的 可靠性好，整體技術(shù)已相當(dāng)成熟。單軸汽輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊 ，設(shè)備總重輕，價(jià)格低，廠房投資小，設(shè)備零部件少，可靠性好。隨著材料技術(shù)的不斷完善，后來出現(xiàn)的機(jī)組多為提高 蒸汽參數(shù)， 采用一次再熱循環(huán) 。對(duì)于超超臨界機(jī)組而言， 蒸汽 參數(shù)的提高，將涉及鍋爐和汽輪機(jī)高 、 中壓部分有關(guān)部件 ， 如高壓蒸汽管道和聯(lián)箱、高溫過熱器 /再熱器管和水冷壁 管 、汽缸、主調(diào) 節(jié) 門閥殼、再熱主調(diào) 節(jié) 門閥殼、噴嘴、轉(zhuǎn)子及調(diào)節(jié)級(jí)葉片等 部件的材料 ，必須按溫度壓力選擇相應(yīng)的材料 ， 進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 4. 主要發(fā)達(dá)國家超超臨界發(fā)電技術(shù)發(fā)展趨勢 1) 參數(shù)選擇 目前，國外超超臨界機(jī)組在參數(shù)選擇上表現(xiàn)出二種趨勢：一種是蒸汽壓力并不太高，多為 25MPa 左右，而蒸汽溫度相對(duì)較高（ 600℃ 左右）的方案，主要以日本的技術(shù)發(fā)展為代表。同時(shí)德 7 國開發(fā)了螺圈管 圈 水冷壁的鍋爐 技術(shù) ，實(shí)現(xiàn)了鍋爐的滑壓運(yùn)行，這類 技術(shù) 目前在日本和歐洲的全滑壓運(yùn)行超臨界 和超超臨界 機(jī)組中被 廣泛采用。 俄羅斯的超 臨界與超超 臨界機(jī)組在設(shè)計(jì)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(jī)末級(jí)設(shè)計(jì) 、給水加熱 等方面有其自己的特點(diǎn)。 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(yàn)機(jī)組，取得一定的經(jīng)驗(yàn)后便開始生產(chǎn) 300MW 機(jī)組。 至 80 年代中期超臨界機(jī)組容量占總裝機(jī)容量 50%左 右 ， 最大單機(jī)容量為 1000MW。至 20 世紀(jì) 80 年代初美國的超臨界機(jī)組投運(yùn)了約 170 臺(tái)，最小 單機(jī) 容量為 125MW，最大容量達(dá) 1300MW，于 1972 年和 1973 年分別投運(yùn)一臺(tái)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全世界已投入運(yùn)行的超臨界及以上參數(shù)的發(fā)電機(jī)組大約有 600 多臺(tái)。 ? 蒸汽壓力和溫度同時(shí)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。其間美國對(duì)已投運(yùn)的機(jī)組進(jìn)行了優(yōu)化及改造，大大提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、運(yùn)行靈活性，其可靠性和可用率指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到甚至超過了相應(yīng)的亞臨界機(jī)組。例如，美國 Philo 電廠 6 號(hào)機(jī)于 1957 年投產(chǎn)，這是世界上第一臺(tái)超超臨界機(jī)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。先進(jìn)的大容量超臨界和超超臨界機(jī)組具有良好的運(yùn)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 。 66 七、 結(jié)論 59 6. 小結(jié) 57 5. 污染控制關(guān)鍵技術(shù) 53 2. 超超臨界汽輪機(jī)研究開發(fā)關(guān)鍵技術(shù) 39 2. 實(shí)現(xiàn)我國超超臨界發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的有利條件和存在問題 41 3. 推進(jìn)我國超超臨界發(fā)電技術(shù)裝備產(chǎn)業(yè)化的原則及政策建議 45 4. 我國發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)的戰(zhàn)略 37 四、 發(fā)展我國超超臨界發(fā)電技術(shù)的技術(shù)路線 30 1. 發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀需求 29 三、 我國發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)的可行性 18 4. 發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)是我國潔凈煤發(fā)電技術(shù)的必然選擇 22 5. 超超臨界機(jī)組的布局 14 1. 我國電力工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 13 二、 我國發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)的必要性 以技術(shù)創(chuàng)新為紐帶，以用戶為主導(dǎo)，其他科技部門參與，組織國內(nèi)優(yōu)勢力量，進(jìn)行公共單元技術(shù)突破，研究和開發(fā)具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超超臨界發(fā)電機(jī)組的鍋爐、汽輪機(jī)、電站系統(tǒng)以及與之 IV 相適應(yīng)的污染物排放控制技術(shù)，完成系統(tǒng)集成的原型機(jī)，提高我國超超臨界機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造能力，使我國在高參數(shù)大容量機(jī)組方面形成系統(tǒng)集成能力和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，為我國實(shí)現(xiàn)超超臨界發(fā)電 技術(shù)上的突破和未來電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。 發(fā)展超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)當(dāng)包含：由于參數(shù)提高所帶來的技術(shù)問題；由于容量增大所帶來的技術(shù)問題；電站系統(tǒng)的公用技術(shù)三個(gè)方面，其主要關(guān)鍵技術(shù)是： ? 超超臨界鍋爐的設(shè)計(jì)技術(shù)、水冷壁傳熱與水動(dòng)力特性、耐熱新鋼種的應(yīng)用和制造工藝技術(shù)等； ? 超超臨界汽輪機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)、高溫部件的材料、熱加工及冷加工工藝研究、汽輪機(jī)末級(jí)長葉片等研究； ? 與超超臨界機(jī)組配套的 大型水泵、蒸汽閥門、高壓加熱器、旁路系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備、 大型風(fēng)機(jī)等 輔機(jī)關(guān)鍵技術(shù)； ? 超超臨界機(jī)組電站 設(shè)計(jì)與運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)； III ? 與超超臨界機(jī)組配套的燃煤污染物排放控制關(guān)鍵技術(shù)。超超臨界發(fā)電技術(shù)在國際上已經(jīng)成熟、在進(jìn)行超臨界機(jī)組國產(chǎn)化的同時(shí)發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)，