【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 備 選型 研究 版號(hào) ： 0 第 09 頁(yè) 2022 年 11 月 本文件的知識(shí)產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計(jì)院所有，任何單位或 個(gè)人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責(zé)任 表 27 歐洲正在建設(shè)的 1000MW 及以上超超臨界機(jī)組 國(guó)家 電廠名稱 機(jī)組容量 MW 投產(chǎn)日期 主汽壓力MPa 主 /再熱汽溫 ℃ 德國(guó) Neurath F 1100 2022 600/605 德國(guó) Neurath G 1100 2022 600/605 德國(guó) Datteln ＃ 4 1100 2022 596/619 德國(guó) Staudinger 6 1100 2022 598/619 德國(guó) Karlsruhe＃ 8 912MW＋ 220MW 供熱 600/620 荷蘭 Maasvlakle＃ 3 1113 2022 596/619 英國(guó) Ratcliffe 2 1000 2022 發(fā)展趨勢(shì) 歐洲于 1998 年 1 月啟動(dòng) ―AD700‖先進(jìn)超超臨界發(fā)電計(jì)劃，歐洲 ―AD700‖的目標(biāo)是使下一代超超臨界機(jī)組的蒸汽參數(shù)達(dá)到 35MPa/700℃ /720℃ (二次再熱 )，從而發(fā)電效率可達(dá) 50%以上 (海水冷卻方式 %，內(nèi)陸地區(qū)和冷卻塔方式%)，使溫室氣體 CO2 的排放降低 15%，并降低燃煤電廠投資。該計(jì)劃原預(yù)期在 2022 年完成。 歐洲發(fā)電集團(tuán) 計(jì)劃投資 10 多億歐元在德國(guó)西北部的 Wilhelmshaven 建設(shè) 1 臺(tái) 550MW 示范火電機(jī)組，為進(jìn)一步降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，起步為一次再熱路線，主蒸汽溫度為 700℃ ，壓力為 35MPa，再熱 熱段蒸汽溫度為 720℃ ，壓力為 7MPa。待該示范工程高溫耐熱鋼應(yīng)用成功后，再進(jìn)一步發(fā)展二次再熱提高發(fā)電效率。 從世界范圍上來(lái)看 (見(jiàn)圖 21)，歐洲、美國(guó)和日本先后啟動(dòng)蒸汽溫度達(dá)到700℃ 以上的先進(jìn)超超臨界發(fā)電技術(shù)研究計(jì)劃，為下一代火電裝備的更新提供技術(shù)，以進(jìn)一步降低機(jī)組的煤耗，減少溫室氣體和其它污染物排放。國(guó)外高效超超臨界發(fā)展和研發(fā)計(jì)劃匯總表見(jiàn)圖 21。 ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)備 選型 研究 版號(hào) ： 0 第 010 頁(yè) 2022 年 11 月 本文件的知識(shí)產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計(jì)院所有，任何單位或 個(gè)人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責(zé)任 圖 21 歐洲、美國(guó)和日本高效超超臨界發(fā)展的研發(fā)計(jì)劃匯總表 我國(guó)大容量超超臨界發(fā)電機(jī)組的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)家 “ 十五 ” 863 項(xiàng)目 “ 超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù) ” 極大促進(jìn)了我國(guó)600℃ /600℃ 一次再熱超超臨界機(jī)組的引進(jìn)和消化吸收， 國(guó)內(nèi)主機(jī)廠通過(guò)不同的合作方式引進(jìn)、消化并吸收國(guó)外技術(shù)支持方技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。 我國(guó)東方電氣集團(tuán)、哈電集團(tuán)現(xiàn)有超超臨界機(jī)組汽輪機(jī)進(jìn)口參數(shù)為 25 MPa、600/600 ℃ ， 相應(yīng)鍋爐的設(shè)計(jì)參數(shù)為 MPa、 605/603 ℃ 。上海電氣集團(tuán) 超超臨界機(jī)組 汽輪機(jī)進(jìn)口參數(shù)選用 ~27 MPa、 600/600℃ 的方案 ， 相 配套的鍋爐其主汽壓力約 ~ MPa。國(guó)產(chǎn) 1000MW 超超臨界鍋爐和汽輪機(jī)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 28，表 29。 ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)備 選型 研究 版號(hào) ： 0 第 011 頁(yè) 2022 年 11 月 本文件的知識(shí)產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計(jì)院所有，任何單位或 個(gè)人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責(zé)任 表 28 國(guó)內(nèi)制造的 660/1000MW 超超臨界鍋爐的爐型 項(xiàng) 目 哈鍋 上鍋 上鍋 東鍋、北京巴威 鍋爐爐型 П 型 П 型 塔式爐 П 型爐 燃燒方式 單爐膛八角切圓燃燒 單爐膛八角切圓燃燒 單爐膛四角切圓燃燒 單爐膛前后墻對(duì)沖燃燒 技術(shù)來(lái)源 CEMHI ALSTOM(CE) ALSTOM( EVT) Babcok 表 29 國(guó)內(nèi)制造的 1000MW 超超臨界汽輪機(jī)參數(shù) 項(xiàng) 目 哈爾濱汽輪機(jī)廠 上海汽輪機(jī)廠 東方汽輪機(jī)廠 進(jìn)汽參數(shù) 25MPa， 600/600℃ ~27MPa， 600/600℃ 25MPa， 600/600℃ 型式 沖動(dòng)式，四缸四排汽 反動(dòng)式，四缸四排汽 沖動(dòng)式，四缸四排汽 轉(zhuǎn)子支承方式 雙支承 (共 8 個(gè) ) N + 1 支承 (共 5 個(gè) ) 雙支承 (共 8 個(gè) ) 技術(shù)支持 / 技術(shù)來(lái)源 日本東芝 德國(guó)西門(mén)子 / 西門(mén)子 ―HMN‖型 日本日立 / GE 技術(shù) 中國(guó)已是世界上 660MW、 1000MW 超超臨界機(jī)組發(fā)展最快、數(shù)量最多、容量最大和運(yùn)行性能最先進(jìn)的國(guó)家，我國(guó) 25~27MPa， 600℃ /600℃ 等級(jí)一次再熱超超臨界發(fā)電技術(shù)已經(jīng)逐步成熟。目前，我國(guó) 1000MW 超超臨界機(jī)組的最高發(fā)電效率達(dá)到 45％，發(fā)電煤耗達(dá)到 268g/kwh，處于世界先進(jìn)水平之列。 我國(guó)的發(fā)展趨勢(shì) 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，我國(guó)能源和資源短缺、環(huán)境不斷惡化等方面的制約因素逐步體現(xiàn)出來(lái)。為了應(yīng)對(duì)全球氣候變化，我國(guó)提出了 2020 年非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到 15％左右及 2020 年單位 GDP 的二氧化碳排放強(qiáng)度比 2022 年下降40％－ 45％的目標(biāo)，以發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。 煤炭是 我國(guó)的主要能源，我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。我國(guó)的ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)備 選型 研究 版號(hào) ： 0 第 012 頁(yè) 2022 年 11 月 本文件的知識(shí)產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計(jì)院所有，任何單位或 個(gè)人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責(zé)任 能源結(jié)構(gòu)中煤炭作為我國(guó)的能源消費(fèi)的主力在今后幾十年中不會(huì)產(chǎn)生大的變化。2022 年我國(guó)共消費(fèi) 噸原煤，其中 53％用于火力發(fā)電。 為進(jìn)一步降低能耗和減少污染物排放，改善環(huán)境，在材料工業(yè)發(fā)展的支持下，常規(guī)火電技術(shù)中的超超臨界機(jī)組正朝著更高參數(shù)的超超臨界的技術(shù)方向發(fā)展。 因此，提高火電廠的發(fā)電效率，減少發(fā)電煤耗，是從源頭上降低煙氣污染物和二氧化碳排放的有效手段，是世界上高效清潔燃煤發(fā)電的發(fā)展方向。我國(guó)于2022 年 6 月 24 日正式啟動(dòng) 700℃ 超超臨界燃 煤發(fā)電技術(shù)研發(fā)計(jì)劃，同日召開(kāi)了國(guó)家 700℃ 超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟第一次理事會(huì)和技術(shù)委員會(huì)會(huì)議。700℃ 超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟的宗旨是，通過(guò)對(duì) 700℃ 超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)的研究，有效整合各方資源，共同攻克技術(shù)難題，提高中國(guó)超超臨界機(jī)組的技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn) 700℃ 超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)的自主化，帶動(dòng)國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為電力行業(yè)的節(jié)能減排開(kāi)辟新路徑。 分析國(guó)內(nèi)外正在進(jìn)行的 700℃ 計(jì)劃，其核心為開(kāi)發(fā)選擇耐熱鋼材料，以設(shè)備產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)，并制定完整、系統(tǒng)、長(zhǎng)期的開(kāi)發(fā)計(jì)劃。 700℃ 火電機(jī)組的實(shí)施首先需要開(kāi) 發(fā)出能夠承受 700℃ 蒸汽溫度的鍋爐受熱面材料、主蒸汽和再熱蒸汽熱段管道材料、汽輪機(jī)葉片材料、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和汽缸材料、以及高溫蒸汽閥門(mén)材料，并使采用這些材料的主機(jī)和主要管道、閥門(mén)在壽命和成本上能夠滿足商業(yè)機(jī)組的要求。 研發(fā)適用于 700℃ 機(jī)組的材料是世界性的難題。歐盟原定的研發(fā)周期為 18年，在研發(fā)過(guò)程中由于 Ni 基耐熱鋼材料在掛爐試驗(yàn)中出現(xiàn)裂紋，因此該計(jì)劃已向后拖延至少 5 年。而我國(guó)目前對(duì)這些合金的實(shí)驗(yàn)室研究、商業(yè)化生產(chǎn)和工程化應(yīng)用的研發(fā)工作還剛剛起步。 然而，我國(guó)能源消耗的現(xiàn)狀及環(huán)境保護(hù)承受的巨大壓力，促使我國(guó)應(yīng)盡 快開(kāi)發(fā)成熟的、更高效率的清潔燃燒的火電機(jī)組，以便在 700℃ 技術(shù)成熟之前建造比現(xiàn)有超超臨界機(jī)組效率大幅提高，污染物和二氧化碳排放大幅降低的超超臨界火電機(jī)組。 ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)備 選型 研究 版號(hào) ： 0 第 013 頁(yè) 2022 年 11 月 本文件的知識(shí)產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計(jì)院所有，任何單位或 個(gè)人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責(zé)任 超超臨界 機(jī)組二次再熱機(jī)組 發(fā)展情況 二次再熱技術(shù)及發(fā)展 為了提高大容量機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，通常采用中間再熱的辦法提高熱力循環(huán)的平均吸熱溫度，降低熱耗。采用中間再熱，還可以減小低壓 缸 末級(jí)的排汽濕度，提高汽輪機(jī)效率和延長(zhǎng)末級(jí)葉片壽命。目前國(guó)內(nèi)外投運(yùn)的超臨界或超超臨界機(jī)組均采用中間再熱，通常再熱溫度與蒸汽初溫選在同一水平，在中壓缸進(jìn)汽壓力較低的情況下， 為了降低排汽濕度，也有將再熱溫度提高到高于初溫水平的情況。 再熱可以提高熱力循環(huán)的效率。理論上再熱級(jí)數(shù)多則熱力循環(huán)效率高， 二次再熱可以達(dá)到比一次再熱更高的熱力循環(huán)效率。 二 次再熱并不是新的技術(shù)，采用 二 次再熱循環(huán)能比一次再熱更能提高機(jī)組的熱力性能，但同時(shí)必須評(píng)估由于鍋爐受熱面、蒸汽管道的增加以及汽輪機(jī)的設(shè)備復(fù)雜性和材料價(jià)格而引起的電廠造價(jià)的增加。如果燃料價(jià)格較低，熱效率提高獲得的收益將有相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間用于抵沖增加的造價(jià)。因此，出于性價(jià)比的原因，近 20 年來(lái)，除 1989 年?yáng)|芝 2 臺(tái)31MPa/566℃ ， 以及 1998 年 丹麥 Nordjylland 電廠 2 臺(tái) ℃ 機(jī)組外，國(guó)際上并無(wú)其他二次再熱 機(jī)組 的應(yīng)用業(yè)績(jī)。但技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題具有動(dòng)態(tài)性，國(guó)際上對(duì)二次再熱技術(shù)的看法會(huì)隨著燃料價(jià)格及對(duì)環(huán)境保護(hù)方面壓力的增加而變化。 由于 二 次再熱機(jī)組在汽輪機(jī)、鍋爐和熱力系統(tǒng)的配置上比一次再熱機(jī)組復(fù)雜，因而投資增加。另外，對(duì)低參數(shù)機(jī)組，機(jī)組效率提高不多。因此二次再熱機(jī)組在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不被主流的發(fā)電企業(yè)和主機(jī)制造商所看好，國(guó)際上只有少數(shù)機(jī)組為了解決循環(huán)水溫度過(guò)低、防止汽機(jī)低壓缸排汽濕度過(guò)大而采用了兩次再熱的熱力系統(tǒng)。 然而近年來(lái)隨 著技術(shù)的提高，機(jī)組的參數(shù)達(dá)到主汽壓力 28～ 35 MPa、溫度600℃ ，再熱汽溫 620℃ 的等級(jí)，采用兩次再熱的汽輪機(jī)熱耗可在目前超超臨界機(jī)組的基礎(chǔ)上降低 3%，汽機(jī)熱耗率可降低 180～ 200 kJ/。同時(shí)，隨著一次能源價(jià)格的不斷上升，節(jié)能減排的動(dòng)力將促使更多的國(guó)家 (包括我國(guó) )投入 二 次再熱機(jī)組的開(kāi)發(fā)和建設(shè)。 熱耗 降低率（ %） ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)備 選型 研究 版號(hào) ： 0 第 014 頁(yè) 2022 年 11 月 本文件的知識(shí)產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計(jì)院所有，任何單位或 個(gè)人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責(zé)任 國(guó)外二次再熱機(jī)組發(fā)展情況 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)， 國(guó)外 至少有 52 臺(tái)二次再熱超（超）臨界機(jī)組投入運(yùn)行。大多數(shù)二次再熱機(jī)組都在上世紀(jì)六，七時(shí)年代投運(yùn)。 出于性價(jià)比的原因，近 20 年來(lái)，除 1989 年?yáng)|芝 2 臺(tái)以 及 1998 年丹麥 Nordjylland 電廠 2 臺(tái)機(jī)組外，國(guó)際上并無(wú)其他二次再熱 機(jī)組 的應(yīng)用業(yè)績(jī)。 但技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題具有動(dòng)態(tài)性，國(guó)際上對(duì)二次再熱技術(shù)的看法會(huì)隨著燃料價(jià)格及對(duì)環(huán)境保護(hù)方面壓力的增加而變化。 近年來(lái)隨著技術(shù)的提高，機(jī)組的參數(shù)達(dá)到主汽壓力 28～ 35 MPa、溫度 600℃ ，再熱汽溫 620℃ 的等級(jí)，采用兩次再熱的汽輪機(jī)熱耗可在目前超超臨界機(jī)組的基礎(chǔ)上降低 3%，汽機(jī)熱耗率可降低 180～ 200 kJ/。同時(shí)，隨著一次能源價(jià)格的不斷上升，節(jié)能減排的動(dòng)力將促使更多的國(guó)家 （ 包括我國(guó) ） 投入 二 次再熱機(jī)組的開(kāi)發(fā)和建設(shè) 。 國(guó)外最“新”的二次再熱機(jī)組丹麥 Nordjylland 電廠＃ 3 機(jī)組位于丹麥 Aalb附近，屬于丹麥 Vattenfall 公司。該電廠于 1992 年開(kāi)始建設(shè)， 1998 年竣工，除了提供電力外，還為當(dāng)?shù)毓?，機(jī)組發(fā)電熱效率（不供熱時(shí)）為 47％。汽輪機(jī)為超超臨界兩次再熱，五缸四排汽，十級(jí)抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)。 日本川越電廠 2 號(hào)機(jī)組 1987 年 7 月開(kāi)工，是當(dāng)時(shí)作為世界上首臺(tái)大容量超超臨界壓力機(jī)組而設(shè)計(jì)、制造的。首臺(tái)機(jī)組于 1988 年 11 月鍋爐點(diǎn)火， 1989年正式投入商業(yè)運(yùn)行。 機(jī)組 出力 MW 燃料 主汽 壓力 蒸汽溫度 投運(yùn) 時(shí)間 日本川越電廠 1 700 天然氣 566/566/566 1989 日本川越電廠 2 700 天然氣 566/566/566 1990 丹麥 Sk230。rb230。k 電廠 3 415 天然氣 582/582/582 1997 丹麥 Nordjylland 電廠 3 385 煤 582/582/582 1998 ECEPDI