【正文】 ，火電仍然是我國電力生產(chǎn)的主要部分。在研究、開發(fā)、示范、工程化和產(chǎn)業(yè)化的進程中同時得到了政府部門和企業(yè)的經(jīng)費支持。該計劃的成功將顯著增加歐洲電力設備供貨商的市場競爭能力。日本三大設備制造公司對轉子、汽缸、法蘭、螺栓等主要部件進行了相應參數(shù)下的實物中間試驗。并通過 關鍵 技術 的 改進工作，將超超臨界機組的主蒸汽溫度提高到760℃ 的水平，從而 將大幅度 提高機組效率。 ? 相關技術 發(fā)展超超 臨界 發(fā)電技術 不僅是提高蒸汽參數(shù) 和新材料的研發(fā) ，還必須同時注重 其它 相關技術的研究 和 開發(fā)工作。經(jīng)過鍋爐和汽輪機各高溫高壓部件近 10 多年的應用，該材料系列已相當成熟，并已形成標準。 但低壓部分體積大，重量重，造價 增加 。 9 4) 再熱形式的選擇 在目前參數(shù)下，二次再熱將使電站投資增加 10～ 15%，而經(jīng)濟性得益僅 為 ～ %左右。因此，發(fā)展超超臨界機組的工作不僅僅是簡單地提高蒸汽參數(shù)就可以實現(xiàn) 的 ，還必須同時注重 其它 相關技術的 研究和開發(fā) 工作。其它如芬蘭、挪威等國也相繼投運了一批容量為 380MW～ 930MW、參數(shù)為 26MPa～ ， 554℃ ～ 593℃ 的高參數(shù)超臨界 及超超臨界 機組 ，進一步推動了超臨界及超超臨界 發(fā)電技術在歐洲的發(fā)展。1972 年投運了首臺 430MW，蒸汽參數(shù)為 、 535℃ /535℃ 的超臨界機組。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 。 日本的超 超 臨界 發(fā)電技術 開始向更高參數(shù)發(fā)展。在引進技術的同時注重開發(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 了技術儲備。 當時 美國電力科學研究院（ 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 超臨界機組高的結論，這一看法使用戶擔心采用超臨界機組在可靠性方面會面臨較多的問題。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。這種方案可以降低造價、簡化結構、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 。直至上世紀 80 年代，美國超臨界機組的參數(shù)基本穩(wěn)定在這個水平。 世界上超臨界和超超臨界發(fā)電技術是同時開發(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 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代表。 超臨界和超超臨界火電技術經(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)模應用的潔凈煤發(fā)電技術，在 不少國家推廣應用并取得了顯著的節(jié)能和改善環(huán)境的效果。 73 附表 3 高溫高壓部件材料牌號 63 3. 科研院所的支撐作用 61 2. 工業(yè)界的支撐作用 59 六、 發(fā)展我國超超臨界發(fā)電技術的必要支撐條件 53 1. 超超臨界鍋爐研究開發(fā)關鍵技術 16 3. 我國潔凈煤發(fā)電技術的發(fā)展現(xiàn)狀 4 4. 主要發(fā)達國家超超臨界發(fā)電技術發(fā)展趨勢 科研院所的保障作用為：從 事超超臨界發(fā)電技術公共技術的研發(fā)工作和工程項目的勘察設計，促進企業(yè)的技術升級，完成國家技術進步的任務；進行超超臨界關鍵技術和系統(tǒng)技術的研究攻關，融入設備制造企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)中，利用市場對資源的最佳配置，參與商業(yè)機型的技術研究與開發(fā)；把握超超臨界技術發(fā)展方向，進行必要的工程技術咨詢，完成從工程設計到工程實施的技術服務，起到發(fā)電企業(yè)和設備制造企業(yè)之間的橋梁和紐帶作用。形成從研究開發(fā)、生產(chǎn)制造、材料生產(chǎn)和運行維護的完整的科技體系?？偟膩砜?，在我國發(fā)展超超臨界發(fā)電技術是可行而且必要的，這項工程的實施將會帶動電力行業(yè)、設備制造業(yè)和材料工業(yè)的發(fā)展和提升，促進我國電力工實現(xiàn)跨越式發(fā)展。通過對幾種潔凈煤技術的比較，結合我國的具體國情， 可以得到如下結論：配有煙氣污染控制技術的超超臨界燃煤發(fā)電技術不僅在技術上具有先進性、成熟性，在經(jīng)濟上具有良好的效益，而且也有較好的環(huán)保特性，是一種在國際上成熟的高效、低污染的燃煤發(fā)電技術，也是我國目前最有條件發(fā)展的一項先進發(fā)電技術，具有很強的市場競爭力，在我國具有廣闊的發(fā)展前景。 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，我國已經(jīng)具備了發(fā)展超超臨界燃煤發(fā)電技術的經(jīng)濟基礎。發(fā)展超超臨界發(fā)電技術應從高起點起步，在引進技術的基礎上進行研究、開發(fā)和創(chuàng)新。 在超超臨界燃煤發(fā)電技術的發(fā)展過程中，離不開各個方面的大力支持和協(xié)作，需要政府的政策支持、工業(yè)界之間的密切配合以及科研院所的技術支撐。 V 目 錄 一、 主要 發(fā)達國家 超超臨界發(fā)電技術發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 49 5. 小結 55 3. 超超臨界輔機研究開發(fā)關鍵技術 79 附表 8 我國已開展的電站用材技術研究成果 80 附表 9 哈爾濱電站設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)展的目標之一。 超超臨界機組配備脫硫和脫硝裝置后效率和環(huán)保指標可與 整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（ Integrated Gasification Combined Cycle，簡稱 IGCC）相媲美。汽輪機由 通用 公司 （ GE） 生產(chǎn)，鍋爐由 Bamp。同時 ， 美國又將超臨界技術轉讓給日本（ 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)設計。部分機組在采用高溫的同時，壓力也提高到 27MPa 以上，壓力的提高不僅關系到材料強度及結構設計，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)。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。 20 世紀 80 年代前后， 美國電力科學研究院 針對當時燃料價格上漲 、 環(huán)保要求日益嚴格的情況，結合早期超 臨界和超超 臨界機組設計和運行的經(jīng)驗及當時的技術水平，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)展高效的燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站而未 能 及時實施 。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。第一 臺 300MW 超臨界機組于 1963 年投入運行，參數(shù)為 ℃ /565℃ ，由于技術水平原因，投運初期出現(xiàn)相當多的問題和故障，機組可用率和機組效率低于原設計水平，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)濟性基本達到設計要求，逐步形成了 300MW、 500MW、 800MW、 1200MW 四個容量等級。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計，降低末 級 葉片的高度；帶加熱裝置的高 、 中壓缸法蘭，縮短啟動時間；兩側布置的凝汽器，降低蒸汽流速，改善真空；超臨界機組熱電聯(lián)產(chǎn)，提高能源利用率。 西門子 公司在 1997～ 2020 年期間制造了八套功率在 750MW～1000MW、蒸汽參數(shù)為 25MPa／ 580℃ ／ 600℃ 的蒸汽輪機。如日本橘灣（ Tachibanawan）電站分別于 2020 年和 2020 年相繼投運了二臺1050MW 單軸超超臨界機組，其蒸汽參數(shù)為 25MPa/600℃ /610℃ ，凈效率分別為 %和 %。近年來國外大量超 超 臨界機組成功的材料應用經(jīng)驗證明，低鉻耐熱鋼和新高溫鐵素體 馬氏體 9%～ 12%Cr材料已可用于壓力為 31MPa、溫度為 610℃ /625℃ 參數(shù)等級 的機組 。 從超超臨界 發(fā)電技術 發(fā)展趨勢來看， 30MPa 參數(shù)以下機組 將更多采用一次再熱，以降低 系統(tǒng) 復雜程度，提高可靠性 。同時在末級長葉片高度相同的情況下，單軸 機組 的效率高，但單軸方案存在電機大型化及隨之帶來的運輸問題。 主蒸汽壓力：目前投運的大 容量 （ 700MW）機組的 汽輪機進汽壓力均不大于 。目前高參數(shù)的超超臨界機組最大容量已達1300MW，最高效率達 49%，充分顯示了超超臨界發(fā)電技術的成熟性和推廣前景。預計，采用新材料和改進設計的超超臨界示范電廠將在2020 年建成，到 2017 年這些材料和設計技術將能得到廣泛應用。 歐洲目前的 “Thermie 700”計劃中正在支持一項 旨在 推動歐洲發(fā)展超 超 臨界 發(fā)電 技術的項目 ，其目的是論證和準備發(fā)展具有先進蒸汽參數(shù)的未來的燃煤電廠型式，其中關鍵部件 將采用鎳基高溫合金。 第一階段的費用由歐盟及瑞士政府提供，其余部分由 40 家參與項目的公司投資。 14 二、 我國發(fā)展超超臨界發(fā)電技術的必要性 1. 我國電力工業(yè)的發(fā)展狀況 1) 電力工業(yè)的整體現(xiàn)狀 電力工業(yè)是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎產(chǎn)業(yè)，電氣化程度是衡量一個國家現(xiàn)代化水平的一個重要標志?！熬盼濉逼陂g，全國火電廠基本實現(xiàn)了煙塵和廢水達標排放。 SO2的排放主要依靠高煙囪排放、限制燃煤含硫量、關停老機組和小機組，以及采用煙氣脫硫技術等措施加以控制。 目前國際上發(fā)達國家火電機組的參數(shù)在超臨界的基礎上進一步提高，已經(jīng)進入了超超臨界的范圍，而且機組的容量也在不斷增加，機組的熱效率比超臨界機組提高了 1～ 4 個百分點，同時機組的可用率、可靠性以及機組壽命等方面已經(jīng)可以與亞臨界機組相媲美。盡管煤炭在一次能源消費中所占的比例逐年下降，但是發(fā)電用煤的總量有所上升，這一客觀現(xiàn)實在今后很長一段時間內(nèi)還將繼續(xù)保持。全國還有 574 萬戶家庭沒 有用上電，電力工業(yè)任重而道遠。目前我國的主力機組為超高壓和亞臨界參數(shù)，機組的供電煤耗分別為 360g/kWh 和 324g/kWh，低于發(fā)達國家普遍采用的超臨界和超超臨界機組的 256～ 300g/kWh 的水平。 ? 火電機 組的環(huán)境現(xiàn)狀不容樂觀 我國燃煤火電機組的 SO2 治理起步較晚， SO2污染問題日益突出，大部分電廠難以達到總量控制要求。 表 21 幾種潔凈煤發(fā)電方式在現(xiàn)階段的技術經(jīng)濟比較 19 潔凈煤發(fā)電 技術 效率 容量 (MW) 環(huán)保性能 可靠性 技術成熟程度 設備投資 /電價 業(yè)績 超超臨界 43～47% 1000 較優(yōu) 最高 成熟 中等 /中等 批量化 循環(huán)流化床（ CFBC） 38～40% 300 一般 中等 基本 成熟 較低 /較高 初步可批量化 增壓流化床 聯(lián)合循環(huán)（ PFBCCC） 41～42% 360 一般 低 尚待 成熟 次高 /較高 大容量僅一臺 整體煤氣化 聯(lián)合循環(huán)（ IGCC） 43～45% 300 優(yōu) 低 尚待 成熟 最高 /最高 示范階段，少量商業(yè)運行 數(shù)據(jù)來源：國家“十五” 863 計劃“超超臨界燃煤發(fā)電技術”子課題 1“超超臨界發(fā)電機組技術選型研究”驗收報告之技術報告 從表 21 中的比較可以看出： ? 效率 超超臨界發(fā)電技術和 IGCC 的效率相當，均超過 43%； IGCC的效率高于 PFBC。 ? 設備投資 /電價 IGCC 和 PFBCCC 的設備投資和電價都處于較高的水平。超超臨界機組在潔凈煤技術的發(fā)展歷史最長，最具有技術繼承性，技術相對成熟，超超臨界與煙氣污染控制技術結合將是未來十年至二十年潔凈煤發(fā)電技術的主流技術，預計未來在火電市場的份額可達到 70%以上。 90 年代，國內(nèi)的大型鍋爐制造企業(yè)開始了循環(huán)流化床鍋爐的大型化 工作。目前我國利用 IGCC 發(fā)電技術的項目尚處于起步階段。 鑒于我國電力市場的多樣化需求，超超臨界發(fā)電技術、整體燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術、循環(huán)流化床發(fā)電技術等潔凈煤發(fā)電技術都會占有自己的一席之地。為了使我國電力工業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，在選擇潔凈煤發(fā)電技術時，必須考慮到技術的成熟度，因此最現(xiàn)實、最可行的途徑就是加快建設超超臨界機組?？梢钥闯?， 選擇超超臨界機組作為我國火電的主力機組將使我國的供電煤耗率大幅度降低。而超超臨界和 CFB 相對來說，較易于實現(xiàn)高的國產(chǎn)化率，這樣會降低建設電廠的投資，并且超超臨界在國產(chǎn)化的同時更容易實現(xiàn)大型化。因此，發(fā)展超超臨界發(fā)電技術符合我國能源產(chǎn)業(yè)政策，超超臨界發(fā)電技術是我國目前最有條件發(fā)展的一項潔凈煤發(fā)電技術。煤價越高的地區(qū)，超超臨界機組的經(jīng)濟性越能充分的顯現(xiàn)出來。表 22 列出了采用超超臨界機組后的節(jié)煤量