【正文】 ℃ /566℃ /566℃ 。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。 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。 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。 第三個階段大致是從 20 世紀 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。 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。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） 和燃氣蒸汽聯(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。新設(shè)計的機組多采用變壓運行，可適應(yīng)帶中間負荷和調(diào)峰的需要，運行的靈活性大為提高。 78 附表 7 我國已開展的超臨界汽輪機關(guān)鍵技術(shù)研究 74 附表 4 日本三菱高溫材料的應(yīng)用統(tǒng)計表 57 4. 電廠設(shè)計與運行關(guān)鍵技術(shù) 31 3. 我國設(shè)備制造業(yè)、電力工業(yè)的現(xiàn)有基礎(chǔ) 電力工業(yè)的支撐作用為：建成技術(shù)先進、結(jié)構(gòu)合理、運行靈活、安全可靠、高效低耗的一流電網(wǎng)； 建立健全管理體制，調(diào)整經(jīng)營方式，適應(yīng)市場經(jīng)濟需求；增加新技術(shù)科研經(jīng)費投入，建立健全有效的科技進步機制；逐步建立以電力工業(yè)為主體的潔凈煤發(fā)電技術(shù)研究開發(fā)體系；示范機組的落實、推廣應(yīng)用。同時建成超超臨界發(fā)電 技術(shù)的研發(fā)平臺，為引進技術(shù)的消化吸收和相關(guān)技術(shù)研究開發(fā)提供技術(shù)保障。但同時應(yīng)該看到，我國在一些設(shè)計技術(shù)、制造工藝和系統(tǒng)優(yōu)化上與發(fā)達國家的差距還很大，尤其是電站機組材料方面更為突出，還有很多工作需要做。 國家十五“ 863”計劃能源技術(shù)領(lǐng)域潔凈煤技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究 發(fā)展超超臨界潔凈燃煤發(fā)電技術(shù)的 戰(zhàn)略研究報告 潔凈煤技術(shù)主題專家組 2020 年 10 月 I 摘 要 我國電力工業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)取得了長足的進步，但是應(yīng)該看到還存在著一些亟待解決的問題。我國“十五” 863 計劃已經(jīng)設(shè)立了關(guān)于“超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)”的課題，并正在建立了百萬等級的示范工程 。 第二步，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)，進行完善化研究，達到整機設(shè)備國產(chǎn)化和部分關(guān)鍵材料的國產(chǎn)化，同時進行參數(shù)和技術(shù)升級的研究開發(fā)工作。設(shè)備制造業(yè)的支撐作用為：加強對超超臨界機組關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計技術(shù)與制造技術(shù)的研發(fā)；加大對研發(fā)投入的力度；建立制造設(shè)計技術(shù)的研發(fā)體系；加強材料的研發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用。 1 2. 超臨界及超超臨界發(fā)電 技術(shù)的發(fā)展過程 2 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 61 1. 政府支撐條件 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 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)被公認為一種 潔凈 煤發(fā)電技術(shù)。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。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。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。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。 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。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。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。 20 世紀 60 年代德國發(fā)展過小功率超臨界機組， 后來一段時期 未有進展 。 丹麥 是歐洲最早應(yīng)用超臨界發(fā)電技術(shù)的國家，為超臨界機組在歐洲的發(fā)展起到了示范作用。 另外，世界上先進的超超臨界機組的發(fā)展經(jīng)驗表明，機組效率的提高除了由于參數(shù)提高的 原因 外，還可能來源于 其它 許多方面的因素，如：鍋爐較低的排煙溫度 和較高的燃燒效率 ；高效率的主 、輔機設(shè)備；較低的凝汽器壓力；較低的系統(tǒng) 壓力損失 ；蒸汽再熱級數(shù)的選擇等等。 3) 機組容量的 選擇 分析 表 1 12 中發(fā)達國家超臨界及超 超 臨界機組的應(yīng)用業(yè)績可見，日本 90 年代以后投產(chǎn)的超臨界和超超臨界機組多在 600MW以上， 1000MW 等級的機組 居多。由于單機功 率的增長發(fā)展很快 ， 并受當(dāng)時末級葉片長度 和材料、 機組軸系不宜 過長和 汽缸數(shù) 不宜 過多 的限制， 在 1000MW 等級大功率機組上有采用雙軸布置的應(yīng)用實踐 。 10 6) 總結(jié) 新近投運的超超臨界機組主要集中在日本和歐洲，并且主要以日本的三菱、東芝、日立和德國的西門子公司為代表。隨著參數(shù)的進一步提高，二次再熱將成為再熱系統(tǒng)型式選擇方案之一。 1) 美國 美國能源部 于 2020年啟動 了一個開發(fā)主蒸汽溫度為 760℃ 的燃煤電廠超 超 臨界機組的研究項目 ，政府資助的資金 比例 為 30%。第二階段目標是用新型鐵素體鋼達到630℃ ，相應(yīng)的蒸汽壓力達到 31MPa～ 35MPa。 Thermie 700 計劃的戰(zhàn)略意義是使歐洲火電廠的技術(shù)水平始終處于世界領(lǐng)先，所以又被歐洲稱為先進的超超臨界發(fā)電項目。 6. 小結(jié) 國外主要發(fā)達國家早期投運的機組為超臨界和超超臨界機組并存，但近期歐洲和日本新投運的機組都是超超臨界機組，主蒸汽溫度普遍達到 600℃、 進汽壓力均不大于 、機組容量為700MW 和 1000MW 等級，并且機組參數(shù)朝著更高的方向發(fā)展 。進入“ 十五”以來，電力工業(yè)繼續(xù)保持快速發(fā)展勢頭，火力發(fā)電、水力發(fā)電和核電的裝機容量都有大幅度增長。 2) 火力發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀 從“九五”以來，我國電力行業(yè)積極開展技術(shù)引進、對外合作 15 和自主的研發(fā)創(chuàng)新，使我國的電力工業(yè)整體水平得到迅速的發(fā)展和提高。對于廢水主要采取濃漿輸灰、灰渣分排、貯灰場排水回用等措施加以控制，并取得了一定的效果?？梢?，超超臨界燃煤機組可以實現(xiàn)清潔發(fā)電，是一種適應(yīng)于我國能源結(jié)構(gòu)和環(huán)保要求的發(fā)電技術(shù)，對我國的火電結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重大意義。在核電方面，由于投資和國產(chǎn)化設(shè)備等因素，核電的裝機容量所占比例也比較低。 2) 火力發(fā)電技術(shù)存在 的問題 “九五”以來，隨著電力行業(yè)的技術(shù)進步和設(shè)備的升級改造，我國火力發(fā)電裝機容量和技術(shù)水平都有了大幅度的提高。近年來我國用電結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，相當(dāng)一部分電網(wǎng)調(diào)峰電源不足，系統(tǒng)調(diào)峰困難。對于 NOx 的排放主要是采用了低 NOx 燃燒器加以控制，煙氣脫硝裝置的應(yīng)用剛剛起步。 PFBCCC 及CFBC 是在燃燒后及燃燒中完成凈化，解決 SO2和 NOx 等的排放問題。 CFBC已初步可以批量化應(yīng)用。 PFBC 和 IGCC 也處于起步階段，距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還有很長的距離。這些都為我國發(fā)展大型循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)積累了寶貴的經(jīng)驗。 ? 超臨界和超超臨界發(fā)電技術(shù) 22 我國 80 年代末開始從國外進口大容量超臨界機組，從瑞士ABB 公司進口的安裝在石洞口二廠的 2臺 600MW 超臨界一次中間再熱機組于 1992 年投運。因此，燃煤發(fā)電技術(shù)的發(fā)展狀況代表了發(fā)電技術(shù)的進步程度。 3) 效率高 目前國際上超超臨界 機組發(fā)電效率可達 43～ 47％，可比亞臨界機組高 6 個百分點左右，比超臨界機組高 4 個百分點左右。其比較結(jié)果如圖 22 所示。 9) 發(fā)展?jié)摿Υ? 超超臨界技術(shù)有很大的潛力，隨著新材料的發(fā)展、設(shè)計技術(shù)和生產(chǎn)工藝的進步以及系統(tǒng)的優(yōu)化，超超臨界機組的參數(shù)水平還可以進一步提高，相應(yīng)的機組熱效率也會有所增加。隨著改革開放，東南沿海地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展迅速，用電量也日益增長。一方面我國要進行“西電東送”工程，保障東部地區(qū)的用電量；另 一方面，也應(yīng)該在東部沿海地區(qū)興建高效大容量的超超臨界機組，這樣不僅能緩解緊張的電力供應(yīng)，而且也可以保證沿海地區(qū)供電的安全性。 表 22 采用超超臨界后的節(jié)煤預(yù)測 時間 預(yù)計燃煤電廠裝機容量 假設(shè)超超臨界機 組裝機容量 每年節(jié)約標煤（百萬噸） 2020－ 2020 48GW 24 GW 2020－ 2020 64 GW 48 GW 總計 112 GW 72 GW ※數(shù)據(jù)來源：火電結(jié)構(gòu)優(yōu)化和技術(shù)升級研究，中國電力工程顧問（集團）有限公司 2) 對國民經(jīng)濟增長的貢獻 在未來 20 年間，煤電裝機總量的凈增量約為 億千瓦，估計年均新增煤電建設(shè)規(guī)模將保持在 1650 萬千瓦。 28 在此期間，應(yīng)該積極推廣高效、環(huán)保的大容量超超 臨界機組，使其成為我國火電的主力機組，這樣可以滿足國民經(jīng)濟增長對電力供應(yīng)的緊迫要求，具有較好的節(jié)能和環(huán)保效益。在沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)推廣超超臨界發(fā)電技術(shù)，有條件采用海水冷卻，電廠熱效率又可以提高約 2%，因此在沿海地區(qū)應(yīng)首先選用超超臨界發(fā)電技術(shù)。另外，我國的水能資源蘊藏十分豐富，主要集中在西南、西北和中南地區(qū)，而這些地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展相對落后，所需電量不是很大，因此水能資源的開發(fā)利用率也不高。要保證經(jīng)濟增長對能源的需求，又要盡量減 26 少煤炭的用量，因此應(yīng)該千方百計的提高燃煤電廠的效 率。因此在遠期國產(chǎn)化之后，超超臨界機組的發(fā)電效益明顯優(yōu)于其它潔凈煤發(fā)電技術(shù)。 4) 供電煤耗低 根據(jù)中國電力工程顧問（集團）有限公司 2020 年的數(shù)據(jù)，超超臨界機組的供電煤耗約為 313g/kWh，比 CFB 機組的 341 g/kWh和 PFBCCC 機組的 330 g/kWh 都低，僅高于 IGCC 機組，見圖 21。因此，我國致力于發(fā)展超超臨界機組不僅是可行的、必要的，同時也是非?，F(xiàn)實的。 90 年代中期國內(nèi)企業(yè)進一步加強了與外商的合作，引進了超臨界機組鍋爐、汽輪機等設(shè)計制造技術(shù)，大大加快了我國超臨界技術(shù)發(fā)展的步伐。 IGCC 電廠的高效和環(huán)保，符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展以及環(huán)保要求的不斷嚴格，煤電技術(shù)面臨著越來越大的參數(shù)升級和環(huán)境壓力。 IGCC 尚處于示范階段，僅有少量機組商業(yè)運營。 ? 可靠性 超超臨界機組的可靠性水平最高， IGCC 和 PFBCCC 的可靠性最低， CFBC 居中。 3. 我國潔凈煤發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 1) 幾種典型的潔凈煤發(fā)電技術(shù)的比較 目前國際上有代表性的潔凈煤發(fā)電技術(shù)包括：配有煙氣凈化技術(shù)的超超臨界發(fā)電技術(shù)、循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)（ CFBC）、增壓流化床聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（ PFBCCC）、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（ IGCC）等。目前我國采用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的最大容量為 100MW，容量偏低，在技術(shù)性能和造價水平上都沒有達到與煤粉鍋爐競爭的實力，面臨著大型化的問題。 ? 參數(shù)等級比較低 我國火力發(fā)電機組目前的平均技術(shù)水平落后于發(fā)達國家?！笆濉背跗?， 300MW 及以上機組占火電裝機容量的比重僅 38％，潔凈煤發(fā)電、核電、高壓直流輸電等先進技術(shù)應(yīng)用甚少。2020 年，南方大部分省區(qū)出現(xiàn)停電、限電現(xiàn)象，影響了正常的生產(chǎn)和生活，給社會造成很大的經(jīng)濟損失 ，電力供應(yīng)緊張的問題亟待解決。按照我國電力發(fā)展規(guī)劃，我國發(fā)電裝機容量到 2020年將從目前的 9億千瓦，因此迫切需要在近 3～ 5 年的時間里研制出新一代燃煤發(fā)電設(shè)備來裝備電力工業(yè)。我國的火力發(fā)電機組開始從亞臨界參數(shù)向參數(shù)更高容量更大的超臨界機組過渡，到目前為止，從國外引進的 11400MW 超臨界機組已經(jīng)有 10200MW 投入運行，積累了豐富的超臨界機組的設(shè)計、運行經(jīng)驗?？梢?