【正文】 ....................... 128 ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)備 選型 研究 版號 ： 0 第 02 頁 2022 年 11 月 本文件的知識產(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 汽機(jī) 主要技術(shù)條件 ....................................................................................... 129 汽輪發(fā)電機(jī)主要技術(shù)條件 .......................................................................... 131 ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)備 選型 研究 版號 ： 0 第 01 頁 2022 年 11 月 本文件的知識產(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 【內(nèi)容 摘要 】 根據(jù) 中國國電集團(tuán)公司 《設(shè)備選型對超超臨界機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響研究》 提綱的要求 ， 對國內(nèi)外超超臨界燃煤機(jī)組主機(jī)設(shè)備的應(yīng)用業(yè)績、運(yùn)行性能指 標(biāo)、性能考核試驗(yàn)、投運(yùn)后存在的問題等 方面進(jìn)行深入廣泛地收資調(diào)研 、 對比分析 、總結(jié)出各種主機(jī)設(shè)備配置方案及設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行的 差異， 提煉出滿足國電集團(tuán)綠色電站設(shè)計(jì)導(dǎo)則 主機(jī)設(shè)備選型 的建議 。 本 專題研究 超超臨界機(jī)組主機(jī)主要技術(shù)條件，包括爐型選擇分析、主機(jī)設(shè)備參數(shù)選擇及匹配原則等內(nèi)容進(jìn)行了全面的技術(shù)分析論證，重點(diǎn)對機(jī)爐匹配，機(jī)組功率，汽機(jī)進(jìn)汽初參數(shù)，以及工況選擇進(jìn)行了詳細(xì)分析 ；研究超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)備選型對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響，將涉及超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組設(shè)備設(shè)計(jì)及制造、工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行等方面內(nèi)容。同時(shí)通過本課題研究成果的應(yīng)用，進(jìn)一步提高新建機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、可靠性。 火電機(jī)組的發(fā)展經(jīng)歷了由低壓機(jī)組、高壓機(jī)組、超高壓機(jī)組、亞臨界機(jī)組、超臨界機(jī)組到超超臨界機(jī)組的歷程，單機(jī)容量已發(fā)展到超過 1000MW。當(dāng)時(shí)的起步參數(shù)就是超超臨界參數(shù) ，但隨后由于電廠可靠性的問題，在經(jīng)歷了初期超超臨界參數(shù)后，從 60 年代后期開始，美國超臨界機(jī)組大規(guī)模發(fā)展時(shí)期所采用的參數(shù)均降低到常規(guī)超臨界參數(shù)。 第二個(gè)階段，大約是從上個(gè)世紀(jì) 80 年代初期開始。同時(shí)，美國對已投運(yùn)的機(jī)組進(jìn)行了大規(guī)模的優(yōu)化及改造，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。其間，美國又將超臨界技術(shù)轉(zhuǎn)讓給日本 (GE 向東芝、日立，西屋向三菱 )，聯(lián)合進(jìn)行了一系列新超臨界電廠的開發(fā)設(shè)計(jì)。 第三個(gè)階段，大約是從 20 世紀(jì)九十年代開始進(jìn)入了新一輪的發(fā)展階段。其主要原因在于國際上環(huán)保要求日益嚴(yán)格，同時(shí)新材料的開發(fā)成功和和常規(guī)超臨界技術(shù)的成熟也為超超臨界機(jī)組的發(fā)展 提供了條件。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全世界 (除中國外 )已投入運(yùn)行的超臨界及以上參數(shù)的發(fā)電機(jī)組ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)備 選型 研究 版號 ： 0 第 03 頁 2022 年 11 月 本文件的知識產(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 大約有 600 多臺。目前發(fā)展超超臨界技術(shù)領(lǐng)先的國家主要是日本、德國等。 在中國超超臨界技術(shù)的應(yīng)用起步較晚，但發(fā)展速度迅猛。中國已是世界上 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)的國家之一。 美國大容量超 (超 )臨界發(fā)電機(jī)組的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 發(fā)展現(xiàn)狀 上世紀(jì) 90 年代以來，美國高效火電機(jī)組的發(fā)展較為緩慢。 目前美國擁有 9 臺世界上 單機(jī)容量最大的 1300MW 超臨界雙軸機(jī)組，見表 21。 表 21 美國現(xiàn)役單機(jī)容量最大的 1300MW 超臨界雙軸機(jī)組 電站 鍋爐 制造商 鍋爐蒸發(fā)量 (t/h) 汽機(jī) 制造商 運(yùn)行方式 主汽壓力(MPa) 主 /再汽溫(℃ ) 投運(yùn)時(shí)間 Cumberland 1 Bamp。W 4535 ABB 定壓 538/538 1973 Amos 3 Bamp。W 4433 ABB 定壓 538/538 1974 Gavin 2 Bamp。W 4433 ABB 定壓 538/538 ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)備 選型 研究 版號 ： 0 第 04 頁 2022 年 11 月 本文件的知識產(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 電站 鍋爐 制造商 鍋爐蒸發(fā)量 (t/h) 汽機(jī) 制造商 運(yùn)行方式 主汽壓力(MPa) 主 /再汽溫(℃ ) 投運(yùn)時(shí)間 Rockport 1 Bamp。W 4433 ABB 定壓 538/538 1989 Zimmer Bamp。1999 年美國能源部 (DOE)提出了火電新技術(shù)發(fā)展的 Vision21 計(jì)劃。 Vision 21 計(jì)劃的目標(biāo)見表 22。天然氣作為基本燃料的機(jī)組效率為 75%(LHV) 效率 熱 /電聯(lián)產(chǎn)的效率為 85%以上 燃料利用率 從煤炭中生產(chǎn)氫氣或液態(tài)燃料的電站燃料利用率為 75% 環(huán)境影響 氮、硫氧化物，微粒的排放接近于零；二氧化碳的排放減少 4050%，如果配備碳捕捉裝置的話，二氧化碳的排放為零。當(dāng)今典型燃煤電站的效率為 35%，如果開發(fā)耐高溫材料獲得成功，美國能源部希望將效率提高到 5255%。 該計(jì)劃的核心是 5 個(gè)方面： ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)備 選型 研究 版號 ： 0 第 05 頁 2022 年 11 月 本文件的知識產(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 (1) 選定在指定熱效率和運(yùn)行溫度的熱電廠中使用的材料。 (3) 通過 ASME 的認(rèn)證。 (5) 促進(jìn)新管材技術(shù)的商業(yè)化開發(fā)和應(yīng)用。由于日本當(dāng)時(shí)已經(jīng)開發(fā)出一系列的 (9～ 12)%Cr 鐵素體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼，其蠕變強(qiáng)度和耐腐蝕性能都很好，因此，對 USC 機(jī)組的研究主要集中于這些耐熱材料在現(xiàn)場應(yīng) 用中的性能數(shù)據(jù)和可靠性方面。 80 年代末， 90 年代初日本投運(yùn)的川越電廠二次再熱機(jī)組參數(shù)見表 24。目前日本還在進(jìn)行所謂的“新陽光 (NewSunshine)” 的發(fā)電技術(shù)研究計(jì)劃，建立運(yùn)行溫度為 700℃ 的發(fā)電機(jī)組。 日本 AUSC（ 700℃ 超超臨界）計(jì)劃是日本政府 2022 年提出的“ COOL Earth Program” 的一部分， AUSC 超超臨界計(jì)劃的分步走方案見表 25。 凈效率： 46% ? 日本 AUSC 示范廠工程， 包括容量、參數(shù)、地點(diǎn)和時(shí)間表現(xiàn)在還未最后確定。此機(jī)組為德國實(shí)施火電優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)劃 (簡稱 ―BoA‖計(jì)劃 )第一期的依托工程。同時(shí)，新建機(jī)組開始實(shí)施在現(xiàn)有材料基礎(chǔ)上，主蒸汽壓力進(jìn)一步提高，再熱蒸汽溫度提升到 620℃ 的方案。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) 2022 年后歐洲開工建設(shè)的 1000MW 以上機(jī)組有 7 臺， 其中，3 臺機(jī)組的再熱汽溫提高為 619℃ ， 1 臺機(jī)組 的再熱汽溫提高為 620℃ ，見表 27。該計(jì)劃原預(yù)期在 2022 年完成。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。國外高效超超臨界發(fā)展和研發(fā)計(jì)劃匯總表見圖 21。 我國東方電氣集團(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 ℃ 。國產(chǎn) 1000MW 超超臨界鍋爐和汽輪機(jī)數(shù)據(jù)見表 28，表 29。目前，我國 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。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(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。我國的ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)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(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)中煤炭作為我國的能源消費(fèi)的主力在今后幾十年中不會產(chǎn)生大的變化。 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。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(jì)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。 分析國內(nèi)外正在進(jìn)行的 700℃ 計(jì)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(jì)劃。 研發(fā)適用于 700℃ 機(jī)組的材料是世界性的難題。而我國目前對這些合金的實(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。 ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)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(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。目前國內(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。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(dá)到比一次再熱更高的熱力循環(huán)效率。如果燃料價(jià)格較低，熱效率提高獲得的收益將有相當(dāng)長時(shí)間用于抵沖增加的造價(jià)。但技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jià)格及對環(huán)境保護(hù)方面壓力的增加而變化。另外，對低參數(shù)機(jī)組，機(jī)組效率提高不多。 然而近年來隨 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，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/。 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 ： 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(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 國外二次再熱機(jī)組發(fā)展情況 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)， 國外 至少有 52 臺二次再熱超（超）臨界機(jī)組投入運(yùn)行。 出于性價(jià)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(jī)組外，國際上并無其他二次再熱 機(jī)組 的應(yīng)用業(yè)績。 近年來隨著技術(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，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/。 國外最“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。汽輪機(jī)為超超臨界兩次再熱，五缸四排汽，十級抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)。首臺機(jī)組于 1988 年 11 月鍋爐點(diǎn)火， 1989年正式投入商業(yè)運(yùn)行。rb230。 (2) 降低再熱器的溫升。 (3) 降低了高壓缸的焓降。因此，二次再熱循環(huán)使得高壓缸更短，剛性更好，提高了轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。同時(shí)隨著近年來國際國內(nèi)一次能源價(jià)格的節(jié)節(jié)攀升，發(fā)電企業(yè)對現(xiàn)有超超臨界機(jī)組進(jìn)一步提升經(jīng)濟(jì)性有迫切要求。 2022 年 5 月 31 日，國家能源局下發(fā)了國能電力【 2022】 164 號文《同意江蘇國電泰州電廠二期百萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電示范項(xiàng)目開展前期工作的復(fù)函 》。課題目標(biāo)為積極應(yīng)用各種先進(jìn)發(fā)電技術(shù)和已有的設(shè)計(jì)優(yōu)化成果，提高經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，提高機(jī)組的安全性和可靠性，降低建設(shè)成本。歐 盟、美國和日本的 700℃ 及以上參數(shù)的火電機(jī)ECEPDI 超超臨界機(jī)組主機(jī)設(shè)備 選型 研究 版號 ： 0 第