【文章內(nèi)容簡介】 備 選型 研究 版號 ： 0 第 09 頁 2022 年 11 月 本文件的知識產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計院所有，任何單位或 個人未經(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 及以上超超臨界機組 國家 電廠名稱 機組容量 MW 投產(chǎn)日期 主汽壓力MPa 主 /再熱汽溫 ℃ 德國 Neurath F 1100 2022 600/605 德國 Neurath G 1100 2022 600/605 德國 Datteln ＃ 4 1100 2022 596/619 德國 Staudinger 6 1100 2022 598/619 德國 Karlsruhe＃ 8 912MW＋ 220MW 供熱 600/620 荷蘭 Maasvlakle＃ 3 1113 2022 596/619 英國 Ratcliffe 2 1000 2022 發(fā)展趨勢 歐洲于 1998 年 1 月啟動 ―AD700‖先進超超臨界發(fā)電計劃，歐洲 ―AD700‖的目標(biāo)是使下一代超超臨界機組的蒸汽參數(shù)達到 35MPa/700℃ /720℃ (二次再熱 )，從而發(fā)電效率可達 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。該計劃原預(yù)期在 2022 年完成。 歐洲發(fā)電集團 計劃投資 10 多億歐元在德國西北部的 Wilhelmshaven 建設(shè) 1 臺 550MW 示范火電機組，為進一步降低技術(shù)風(fēng)險，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，再進一步發(fā)展二次再熱提高發(fā)電效率。 從世界范圍上來看 (見圖 21)，歐洲、美國和日本先后啟動蒸汽溫度達到700℃ 以上的先進超超臨界發(fā)電技術(shù)研究計劃，為下一代火電裝備的更新提供技術(shù)，以進一步降低機組的煤耗，減少溫室氣體和其它污染物排放。國外高效超超臨界發(fā)展和研發(fā)計劃匯總表見圖 21。 ECEPDI 超超臨界機組主機設(shè)備 選型 研究 版號 ： 0 第 010 頁 2022 年 11 月 本文件的知識產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計院所有，任何單位或 個人未經(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、美國和日本高效超超臨界發(fā)展的研發(fā)計劃匯總表 我國大容量超超臨界發(fā)電機組的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 發(fā)展現(xiàn)狀 國家 “ 十五 ” 863 項目 “ 超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù) ” 極大促進了我國600℃ /600℃ 一次再熱超超臨界機組的引進和消化吸收， 國內(nèi)主機廠通過不同的合作方式引進、消化并吸收國外技術(shù)支持方技術(shù)，逐步實現(xiàn)了國產(chǎn)化。 我國東方電氣集團、哈電集團現(xiàn)有超超臨界機組汽輪機進口參數(shù)為 25 MPa、600/600 ℃ ， 相應(yīng)鍋爐的設(shè)計參數(shù)為 MPa、 605/603 ℃ 。上海電氣集團 超超臨界機組 汽輪機進口參數(shù)選用 ~27 MPa、 600/600℃ 的方案 ， 相 配套的鍋爐其主汽壓力約 ~ MPa。國產(chǎn) 1000MW 超超臨界鍋爐和汽輪機數(shù)據(jù)見表 28，表 29。 ECEPDI 超超臨界機組主機設(shè)備 選型 研究 版號 ： 0 第 011 頁 2022 年 11 月 本文件的知識產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計院所有，任何單位或 個人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責(zé)任 表 28 國內(nèi)制造的 660/1000MW 超超臨界鍋爐的爐型 項 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 單爐膛前后墻對沖燃燒 技術(shù)來源 CEMHI ALSTOM(CE) ALSTOM( EVT) Babcok 表 29 國內(nèi)制造的 1000MW 超超臨界汽輪機參數(shù) 項 目 哈爾濱汽輪機廠 上海汽輪機廠 東方汽輪機廠 進汽參數(shù) 25MPa， 600/600℃ ~27MPa， 600/600℃ 25MPa， 600/600℃ 型式 沖動式，四缸四排汽 反動式，四缸四排汽 沖動式，四缸四排汽 轉(zhuǎn)子支承方式 雙支承 (共 8 個 ) N + 1 支承 (共 5 個 ) 雙支承 (共 8 個 ) 技術(shù)支持 / 技術(shù)來源 日本東芝 德國西門子 / 西門子 ―HMN‖型 日本日立 / GE 技術(shù) 中國已是世界上 660MW、 1000MW 超超臨界機組發(fā)展最快、數(shù)量最多、容量最大和運行性能最先進的國家，我國 25~27MPa， 600℃ /600℃ 等級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 1000MW 超超臨界機組的最高發(fā)電效率達到 45％，發(fā)電煤耗達到 268g/kwh，處于世界先進水平之列。 我國的發(fā)展趨勢 隨著我國經(jīng)濟的高速增長，我國能源和資源短缺、環(huán)境不斷惡化等方面的制約因素逐步體現(xiàn)出來。為了應(yīng)對全球氣候變化，我國提出了 2020 年非化石能源消費比重達到 15％左右及 2020 年單位 GDP 的二氧化碳排放強度比 2022 年下降40％－ 45％的目標(biāo)，以發(fā)展低碳經(jīng)濟，實現(xiàn)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。 煤炭是 我國的主要能源，我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國。我國的ECEPDI 超超臨界機組主機設(shè)備 選型 研究 版號 ： 0 第 012 頁 2022 年 11 月 本文件的知識產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計院所有，任何單位或 個人未經(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)中煤炭作為我國的能源消費的主力在今后幾十年中不會產(chǎn)生大的變化。2022 年我國共消費 噸原煤，其中 53％用于火力發(fā)電。 為進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。我國于2022 年 6 月 24 日正式啟動 700℃ 超超臨界燃 煤發(fā)電技術(shù)研發(fā)計劃，同日召開了國家 700℃ 超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟第一次理事會和技術(shù)委員會會議。700℃ 超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟的宗旨是，通過對 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，提高中國超超臨界機組的技術(shù)水平，實現(xiàn) 700℃ 超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)的自主化，帶動國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為電力行業(yè)的節(jié)能減排開辟新路徑。 分析國內(nèi)外正在進行的 700℃ 計劃，其核心為開發(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)、長期的開發(fā)計劃。 700℃ 火電機組的實施首先需要開 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、汽輪機葉片材料、汽輪機轉(zhuǎn)子和汽缸材料、以及高溫蒸汽閥門材料，并使采用這些材料的主機和主要管道、閥門在壽命和成本上能夠滿足商業(yè)機組的要求。 研發(fā)適用于 700℃ 機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)過程中由于 Ni 基耐熱鋼材料在掛爐試驗中出現(xiàn)裂紋，因此該計劃已向后拖延至少 5 年。而我國目前對這些合金的實驗室研究、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，我國能源消耗的現(xiàn)狀及環(huán)境保護承受的巨大壓力，促使我國應(yīng)盡 快開發(fā)成熟的、更高效率的清潔燃燒的火電機組，以便在 700℃ 技術(shù)成熟之前建造比現(xiàn)有超超臨界機組效率大幅提高，污染物和二氧化碳排放大幅降低的超超臨界火電機組。 ECEPDI 超超臨界機組主機設(shè)備 選型 研究 版號 ： 0 第 013 頁 2022 年 11 月 本文件的知識產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計院所有，任何單位或 個人未經(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 機組二次再熱機組 發(fā)展情況 二次再熱技術(shù)及發(fā)展 為了提高大容量機組的經(jīng)濟性，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 末級的排汽濕度，提高汽輪機效率和延長末級葉片壽命。目前國內(nèi)外投運的超臨界或超超臨界機組均采用中間再熱，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。理論上再熱級數(shù)多則熱力循環(huán)效率高， 二次再熱可以達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組的熱力性能，但同時必須評估由于鍋爐受熱面、蒸汽管道的增加以及汽輪機的設(shè)備復(fù)雜性和材料價格而引起的電廠造價的增加。如果燃料價格較低，熱效率提高獲得的收益將有相當(dāng)長時間用于抵沖增加的造價。因此，出于性價比的原因，近 20 年來，除 1989 年東芝 2 臺31MPa/566℃ ， 以及 1998 年 丹麥 Nordjylland 電廠 2 臺 ℃ 機組外，國際上并無其他二次再熱 機組 的應(yīng)用業(yè)績。但技術(shù)經(jīng)濟問題具有動態(tài)性，國際上對二次再熱技術(shù)的看法會隨著燃料價格及對環(huán)境保護方面壓力的增加而變化。 由于 二 次再熱機組在汽輪機、鍋爐和熱力系統(tǒng)的配置上比一次再熱機組復(fù)雜，因而投資增加。另外，對低參數(shù)機組，機組效率提高不多。因此二次再熱機組在相當(dāng)長一段時間內(nèi)不被主流的發(fā)電企業(yè)和主機制造商所看好，國際上只有少數(shù)機組為了解決循環(huán)水溫度過低、防止汽機低壓缸排汽濕度過大而采用了兩次再熱的熱力系統(tǒng)。 然而近年來隨 著技術(shù)的提高，機組的參數(shù)達到主汽壓力 28～ 35 MPa、溫度600℃ ，再熱汽溫 620℃ 的等級，采用兩次再熱的汽輪機熱耗可在目前超超臨界機組的基礎(chǔ)上降低 3%，汽機熱耗率可降低 180～ 200 kJ/。同時，隨著一次能源價格的不斷上升，節(jié)能減排的動力將促使更多的國家 (包括我國 )投入 二 次再熱機組的開發(fā)和建設(shè)。 熱耗 降低率（ %） ECEPDI 超超臨界機組主機設(shè)備 選型 研究 版號 ： 0 第 014 頁 2022 年 11 月 本文件的知識產(chǎn)權(quán)為華東電力設(shè)計院所有，任何單位或 個人未經(jīng)許可不得復(fù)制和使用，違者將被追究法律責(zé)任 國外二次再熱機組發(fā)展情況 據(jù)不完全統(tǒng)計， 國外 至少有 52 臺二次再熱超（超）臨界機組投入運行。大多數(shù)二次再熱機組都在上世紀(jì)六，七時年代投運。 出于性價比的原因，近 20 年來，除 1989 年東芝 2 臺以 及 1998 年丹麥 Nordjylland 電廠 2 臺機組外，國際上并無其他二次再熱 機組 的應(yīng)用業(yè)績。 但技術(shù)經(jīng)濟問題具有動態(tài)性，國際上對二次再熱技術(shù)的看法會隨著燃料價格及對環(huán)境保護方面壓力的增加而變化。 近年來隨著技術(shù)的提高，機組的參數(shù)達到主汽壓力 28～ 35 MPa、溫度 600℃ ，再熱汽溫 620℃ 的等級，采用兩次再熱的汽輪機熱耗可在目前超超臨界機組的基礎(chǔ)上降低 3%，汽機熱耗率可降低 180～ 200 kJ/。同時，隨著一次能源價格的不斷上升，節(jié)能減排的動力將促使更多的國家 （ 包括我國 ） 投入 二 次再熱機組的開發(fā)和建設(shè) 。 國外最“新”的二次再熱機組丹麥 Nordjylland 電廠＃ 3 機組位于丹麥 Aalb附近，屬于丹麥 Vattenfall 公司。該電廠于 1992 年開始建設(shè)， 1998 年竣工，除了提供電力外，還為當(dāng)?shù)毓?，機組發(fā)電熱效率（不供熱時）為 47％。汽輪機為超超臨界兩次再熱，五缸四排汽，十級抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)。 日本川越電廠 2 號機組 1987 年 7 月開工，是當(dāng)時作為世界上首臺大容量超超臨界壓力機組而設(shè)計、制造的。首臺機組于 1988 年 11 月鍋爐點火， 1989年正式投入商業(yè)運行。 機組 出力 MW 燃料 主汽 壓力 蒸汽溫度 投運 時間 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