超超臨界機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和可靠性

1、中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)科技服務(wù)中心中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)科技服務(wù)中心 全國(guó)火電機(jī)組競(jìng)賽秘書處全國(guó)火電機(jī)組競(jìng)賽秘書處 2010.11 美國(guó)是發(fā)展超美國(guó)是發(fā)展超（超超）臨界火力發(fā)電技術(shù)最早的國(guó)家。世界臨界火力發(fā)電技術(shù)最早的國(guó)家。世界 第一臺(tái)超超臨界參數(shù)機(jī)組第一臺(tái)超超臨界參數(shù)機(jī)組（125MW，31.03MPa、621/566/538）于于 1957年年在美國(guó)的在美國(guó)的PhiloPhilo電廠投入運(yùn)行。世界第二臺(tái)超超臨界參數(shù)電廠投入運(yùn)行。世界第二臺(tái)超超臨界參數(shù) 機(jī)組機(jī)組（325MW，34.3MPa/649/566/566）于于19581958年在美國(guó)的年在美國(guó)的 EddystoneEddystone電廠投入運(yùn)

2、行，后來因?yàn)椴馁|(zhì)問題將參數(shù)下降為（電廠投入運(yùn)行，后來因?yàn)椴馁|(zhì)問題將參數(shù)下降為（ 31.0MPa/610/577/577）運(yùn)行，該機(jī)組至今仍在運(yùn)行。美國(guó)在現(xiàn)運(yùn)行，該機(jī)組至今仍在運(yùn)行。美國(guó)在現(xiàn) 役的火電機(jī)組中，投運(yùn)的超役的火電機(jī)組中，投運(yùn)的超（超）（超）臨界機(jī)組占大型火電機(jī)組的臨界機(jī)組占大型火電機(jī)組的 30%以上，容量以以上，容量以500800 MW為主。為主。 前前 言言 1963年年，前蘇聯(lián)第一臺(tái)，前蘇聯(lián)第一臺(tái)300MW超臨界機(jī)組投入運(yùn)行，機(jī)組超臨界機(jī)組投入運(yùn)行，機(jī)組 參數(shù)為參數(shù)為23.5MPa/580/565?，F(xiàn)在共有超臨界機(jī)組?，F(xiàn)在共有超臨界機(jī)組200多臺(tái)，多臺(tái)， 占總裝機(jī)容量的占總裝機(jī)容

3、量的50%以上，其以上，其300MW以上容量機(jī)組全部采用超以上容量機(jī)組全部采用超 臨界參數(shù)。目前，俄羅斯研制的新一代大型超超臨界機(jī)組采用參臨界參數(shù)。目前，俄羅斯研制的新一代大型超超臨界機(jī)組采用參 數(shù)為數(shù)為2830Mpa/580600。前蘇聯(lián)發(fā)展超臨界技術(shù)主要依靠。前蘇聯(lián)發(fā)展超臨界技術(shù)主要依靠 本國(guó)力量，以自主開發(fā)為主，初期也走過不少?gòu)澛?，但?jīng)過長(zhǎng)期本國(guó)力量，以自主開發(fā)為主，初期也走過不少?gòu)澛罚?jīng)過長(zhǎng)期 試驗(yàn)研究已具有一套比較完整的超臨界技術(shù)和產(chǎn)品系列，但效率試驗(yàn)研究已具有一套比較完整的超臨界技術(shù)和產(chǎn)品系列，但效率 普遍較低。普遍較低。 1993年后日本采用引進(jìn)、仿制、創(chuàng)新的技術(shù)發(fā)展路線研發(fā)年

4、后日本采用引進(jìn)、仿制、創(chuàng)新的技術(shù)發(fā)展路線研發(fā) 超（超）臨界機(jī)組。目前日本的超臨界機(jī)組占常規(guī)火電機(jī)組裝超（超）臨界機(jī)組。目前日本的超臨界機(jī)組占常規(guī)火電機(jī)組裝 機(jī)容量的機(jī)容量的60%以上，其以上，其450MW以上機(jī)組全部采用超臨界參數(shù)，以上機(jī)組全部采用超臨界參數(shù)， 最初投運(yùn)的兩套超超臨界機(jī)組由最初投運(yùn)的兩套超超臨界機(jī)組由三菱公司三菱公司設(shè)計(jì)，裝機(jī)容量設(shè)計(jì)，裝機(jī)容量 700MW、蒸汽參數(shù)、蒸汽參數(shù)34.5MPa/620/650。日本發(fā)展超超臨界。日本發(fā)展超超臨界 機(jī)組起步較晚，但很快由仿制過渡到應(yīng)用自己的科研成果，同機(jī)組起步較晚，但很快由仿制過渡到應(yīng)用自己的科研成果，同 時(shí)建立了自己的試驗(yàn)臺(tái)，發(fā)展速

5、度很快、收效顯著。時(shí)建立了自己的試驗(yàn)臺(tái)，發(fā)展速度很快、收效顯著。 19921992年年6 6月月1212日，我國(guó)首臺(tái)進(jìn)口超臨界日，我國(guó)首臺(tái)進(jìn)口超臨界600MWe600MWe機(jī)組在華能上機(jī)組在華能上 海石洞口二廠投入運(yùn)行。該機(jī)組的汽輪機(jī)由海石洞口二廠投入運(yùn)行。該機(jī)組的汽輪機(jī)由ABBABB公司制造，為公司制造，為D54D54 型四缸四排汽、一次中間再熱、反動(dòng)式凝汽機(jī)組。其參數(shù)為型四缸四排汽、一次中間再熱、反動(dòng)式凝汽機(jī)組。其參數(shù)為 24.2MPa/538/56624.2MPa/538/566。機(jī)組末級(jí)葉片長(zhǎng)度為。機(jī)組末級(jí)葉片長(zhǎng)度為867mm867mm，高、中、，高、中、 低壓轉(zhuǎn)子均為焊接結(jié)構(gòu)。到目前

6、為止，該機(jī)組已經(jīng)運(yùn)行低壓轉(zhuǎn)子均為焊接結(jié)構(gòu)。到目前為止，該機(jī)組已經(jīng)運(yùn)行1818年，運(yùn)年，運(yùn) 行狀況總體良好。行狀況總體良好。20092009年度華能上海石洞口二廠年度華能上海石洞口二廠1 1機(jī)組的供電機(jī)組的供電 煤耗為煤耗為309.90 309.90 gcegce/kWh/kWh；2 2機(jī)組的供電煤耗為機(jī)組的供電煤耗為301.90 301.90 gcegce/kWh/kWh ，供電煤耗在國(guó)內(nèi)，供電煤耗在國(guó)內(nèi)600MWe600MWe極超臨界機(jī)組中的處于較低水平，標(biāo)志極超臨界機(jī)組中的處于較低水平，標(biāo)志 著我國(guó)超臨界機(jī)組的運(yùn)行已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平著我國(guó)超臨界機(jī)組的運(yùn)行已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。 此后，

7、我國(guó)先后從前蘇聯(lián)、日本、德國(guó)此后，我國(guó)先后從前蘇聯(lián)、日本、德國(guó) 等國(guó)家進(jìn)口了一批等國(guó)家進(jìn)口了一批300MWe300MWe以上容量的超臨界以上容量的超臨界 機(jī)組，分別在華能營(yíng)口、華能南京、華能內(nèi)機(jī)組，分別在華能營(yíng)口、華能南京、華能內(nèi) 蒙伊敏電廠、國(guó)華天津盤山電廠、國(guó)華綏中蒙伊敏電廠、國(guó)華天津盤山電廠、國(guó)華綏中 電廠、上海外高橋二廠、華能沁北電廠等電電廠、上海外高橋二廠、華能沁北電廠等電 廠投入運(yùn)行。廠投入運(yùn)行。 2001年開始，我國(guó)各電站制造公司通過技術(shù)引進(jìn)、項(xiàng)目年開始，我國(guó)各電站制造公司通過技術(shù)引進(jìn)、項(xiàng)目 合作的方式開始發(fā)展超臨界和超超臨界技術(shù)合作的方式開始發(fā)展超臨界和超超臨界技術(shù)。2004年

8、年4月由西月由西 門子公司制造的兩臺(tái)門子公司制造的兩臺(tái)900MW超臨界機(jī)組在上海外高橋二廠投超臨界機(jī)組在上海外高橋二廠投 入運(yùn)行，入運(yùn)行，2009年度的年度的5機(jī)組供電煤耗為機(jī)組供電煤耗為303.84 g/kWh；6 機(jī)組的供電煤耗為機(jī)組的供電煤耗為301.84 g/kWh 。 2004年年11月，哈爾濱汽輪機(jī)廠首批月，哈爾濱汽輪機(jī)廠首批2臺(tái)臺(tái)600MWe超臨界機(jī)超臨界機(jī) 組（日本進(jìn)口樣機(jī)）在華能河南沁北電廠正式投入運(yùn)行，組（日本進(jìn)口樣機(jī)）在華能河南沁北電廠正式投入運(yùn)行， 2009年度年度1機(jī)組的供電煤耗為機(jī)組的供電煤耗為303.9g/kWh；2機(jī)組的供電機(jī)組的供電 煤耗為煤耗為302.65g

9、/kWh 2006年年11月我國(guó)首臺(tái)國(guó)產(chǎn)月我國(guó)首臺(tái)國(guó)產(chǎn)1000MWe 超超臨界機(jī)組在華能超超臨界機(jī)組在華能 玉環(huán)電廠正式投入商業(yè)運(yùn)行，其中玉環(huán)電廠正式投入商業(yè)運(yùn)行，其中2009年度年度1機(jī)組的供電煤耗機(jī)組的供電煤耗 為為292.99gce/kWh；2機(jī)組的供電煤耗為機(jī)組的供電煤耗為288.43gce/kWh ，它，它 標(biāo)志著我國(guó)火力發(fā)電設(shè)備的加工制造水平進(jìn)入了世界的前列。標(biāo)志著我國(guó)火力發(fā)電設(shè)備的加工制造水平進(jìn)入了世界的前列。 2009年上海外高橋三廠的年上海外高橋三廠的7機(jī)組的供電煤耗達(dá)到了機(jī)組的供電煤耗達(dá)到了 282.49gce/kWh；8機(jī)組的供電煤耗達(dá)到了機(jī)組的供電煤耗達(dá)到了281.84

10、gce/kWh ， 它標(biāo)志著我國(guó)它標(biāo)志著我國(guó)1000MWe 超超臨界機(jī)組的供電煤耗達(dá)到了世界的超超臨界機(jī)組的供電煤耗達(dá)到了世界的 水平。水平。 目前，哈爾濱汽輪機(jī)廠有限公司、上海汽輪機(jī)廠、東方汽輪目前，哈爾濱汽輪機(jī)廠有限公司、上海汽輪機(jī)廠、東方汽輪 機(jī)廠和北重機(jī)廠和北重-ALSTOM汽輪機(jī)廠均具備了制造汽輪機(jī)廠均具備了制造6001000MWe 超超 （超）臨界汽輪機(jī)的能力。（超）臨界汽輪機(jī)的能力。 在在600MWe級(jí)級(jí) 超（超）臨界汽輪機(jī)的制造方面，哈爾濱汽超（超）臨界汽輪機(jī)的制造方面，哈爾濱汽 輪機(jī)廠有限公司采用日本三菱公司技術(shù)，東方汽輪機(jī)廠采用日立輪機(jī)廠有限公司采用日本三菱公司技術(shù)，東方汽

11、輪機(jī)廠采用日立 公司技術(shù)，上海汽輪機(jī)廠采用西門子公司和西屋公司技術(shù)，而北公司技術(shù)，上海汽輪機(jī)廠采用西門子公司和西屋公司技術(shù)，而北 重重-ALSTOM則采用則采用ALSTOM公司技術(shù)。公司技術(shù)。 在在1000MWe 超超臨界汽輪機(jī)的制造方面，上海汽輪機(jī)廠采超超臨界汽輪機(jī)的制造方面，上海汽輪機(jī)廠采 用西門子公司技術(shù)、哈爾濱汽輪機(jī)廠采用日本東芝公司技術(shù)、東用西門子公司技術(shù)、哈爾濱汽輪機(jī)廠采用日本東芝公司技術(shù)、東 方汽輪機(jī)廠采用日本日立公司技術(shù)方汽輪機(jī)廠采用日本日立公司技術(shù)。 大力發(fā)展超（超）臨界機(jī)組是今后我國(guó)火電建設(shè)大力發(fā)展超（超）臨界機(jī)組是今后我國(guó)火電建設(shè)比較成熟比較成熟 的技術(shù)路線之一的技術(shù)路線

12、之一。截止目前為止，我國(guó)已有。截止目前為止，我國(guó)已有29臺(tái)（兩臺(tái)空冷機(jī)臺(tái)（兩臺(tái)空冷機(jī) 組）組）1000 MWe超超臨界機(jī)組投入運(yùn)行，我國(guó)超超臨界機(jī)組投入運(yùn)行，我國(guó)2009年度年度 1000MW e超超臨界機(jī)組完成供電煤耗超超臨界機(jī)組完成供電煤耗290.57g/cekWh，達(dá)到，達(dá)到 了國(guó)際先進(jìn)水平。到了國(guó)際先進(jìn)水平。到2009年底，我國(guó)已有年底，我國(guó)已有252臺(tái)臺(tái)600 1000MWe級(jí)超（超）燃煤機(jī)組投入運(yùn)行。國(guó)產(chǎn)超（超）機(jī)組的級(jí)超（超）燃煤機(jī)組投入運(yùn)行。國(guó)產(chǎn)超（超）機(jī)組的 加工制造和運(yùn)行水平已接近國(guó)際先進(jìn)水平。加工制造和運(yùn)行水平已接近國(guó)際先進(jìn)水平。 2009年納入統(tǒng)計(jì)的超（超）臨界機(jī)組年納

13、入統(tǒng)計(jì)的超（超）臨界機(jī)組 共共252 臺(tái)，裝機(jī)容量之和臺(tái)，裝機(jī)容量之和158720MW，占，占 火電總裝機(jī)容量的火電總裝機(jī)容量的24.34%。 各國(guó)超（超）臨界機(jī)組發(fā)展?fàn)顩r各國(guó)超（超）臨界機(jī)組發(fā)展?fàn)顩r 美美 國(guó)：發(fā)展時(shí)間國(guó)：發(fā)展時(shí)間1957年、所占比例年、所占比例33%； 前蘇聯(lián)：前蘇聯(lián)：發(fā)展時(shí)間發(fā)展時(shí)間1963年、所占比例年、所占比例52%； 日日 本：本：發(fā)展時(shí)間發(fā)展時(shí)間1993年、所占比例年、所占比例61%； 中中 國(guó)：國(guó)：發(fā)展時(shí)間發(fā)展時(shí)間2004年、所占比例年、所占比例25%； 二二、 超（超）臨界機(jī)組的優(yōu)化設(shè)計(jì)超（超）臨界機(jī)組的優(yōu)化設(shè)計(jì) 20世紀(jì)世紀(jì)80年代末、年代末、90年代初世界

14、上開始了超臨年代初世界上開始了超臨 界機(jī)組的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)改進(jìn)工作。世界上第一界機(jī)組的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)改進(jìn)工作。世界上第一 個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的火力發(fā)電廠是個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的火力發(fā)電廠是1992年投入運(yùn)行丹麥的年投入運(yùn)行丹麥的 Vestkraft電廠的電廠的407MWe超臨界機(jī)組（超臨界機(jī)組（25.1MPa， 566/566），通過優(yōu)化設(shè)計(jì)該機(jī)組的供電效率達(dá)），通過優(yōu)化設(shè)計(jì)該機(jī)組的供電效率達(dá) 到了到了45.3%，供電煤耗實(shí)現(xiàn)了，供電煤耗實(shí)現(xiàn)了272gce/kWh的水平。的水平。 上海外高橋三廠上海外高橋三廠2臺(tái)臺(tái)1000MWe 超超臨超超臨 界機(jī)組界機(jī)組通過給水泵單列配置、采用彎管取通過給水泵單列配置、采

15、用彎管取 代彎頭、加裝脫硫低溫省煤器、直流鍋爐代彎頭、加裝脫硫低溫省煤器、直流鍋爐 整體加熱啟動(dòng)等優(yōu)化設(shè)計(jì)整體加熱啟動(dòng)等優(yōu)化設(shè)計(jì)的的方案實(shí)現(xiàn)了方案實(shí)現(xiàn)了 282gce/kWh 供電煤耗達(dá)到的水平。供電煤耗達(dá)到的水平。 布連電廠布連電廠2660MWe超超臨界燃煤空超超臨界燃煤空 冷機(jī)組冷機(jī)組采用了采用了鍋爐輔機(jī)單列鍋爐輔機(jī)單列配配置置、給水泵單、給水泵單 列配置等一系列列配置等一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案方案。設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)供電煤供電煤 耗耗為為300gce/kWh，廠用電率，廠用電率為為5%以內(nèi)，以內(nèi)，發(fā)發(fā) 電耗水率為電耗水率為0.12 kg/kWh。 三、超（超）臨界機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性三、超（超）臨界機(jī)組

16、的經(jīng)濟(jì)性 序號(hào)分類條件 統(tǒng)計(jì) 臺(tái)數(shù) 供電煤耗（gce/kWh） 平均值前20%前40% 11000MWe超超臨界機(jī)組010290.57- 2600MWe級(jí)超超臨界機(jī)組004311.40- 3600MWe級(jí)超臨界機(jī)組106 312.12303.12305.82 5俄制（東歐）機(jī)組006330.72321.00323.27 6600MWe超臨界空冷機(jī)組002326.16- 超臨界機(jī)組裝機(jī)容量占火電總裝機(jī)容量分布超臨界機(jī)組裝機(jī)容量占火電總裝機(jī)容量分布 機(jī)組容量機(jī)組容量 機(jī)組臺(tái)數(shù)機(jī)組臺(tái)數(shù) 320320MWe（俄制）（俄制）4 4 500500MWe（俄制）（俄制）4 4 600600670670MWe

17、230230 800800MWe（俄制）（俄制）2 2 90090010001000MWe1212 超（超）臨界機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)總體情況超（超）臨界機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)總體情況 對(duì)83臺(tái)超（超）臨界機(jī)組可靠性進(jìn)行統(tǒng)計(jì) ，共發(fā)生非計(jì)劃停運(yùn)116次，非計(jì)劃停運(yùn)總時(shí)間 為7076.05小時(shí)，臺(tái)年平均分別為1.39次和90.15 小時(shí)。其中持續(xù)時(shí)間超過150小時(shí)的非計(jì)劃停運(yùn) 共11次，前三類非計(jì)劃停運(yùn)即強(qiáng)迫停運(yùn)發(fā)生88次 。 超（超）臨界機(jī)組主設(shè)備非停情況超（超）臨界機(jī)組主設(shè)備非停情況 三大主設(shè)備中，鍋爐引起的非計(jì)劃停運(yùn)三大主設(shè)備中，鍋爐引起的非計(jì)劃停運(yùn) 臺(tái)年平均為臺(tái)年平均為0.640.64次和次和50.51

18、50.51小時(shí)，占非計(jì)劃小時(shí)，占非計(jì)劃 停運(yùn)總時(shí)間的停運(yùn)總時(shí)間的59.41%59.41%。鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電。鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電 機(jī)三大主設(shè)備引發(fā)的非計(jì)劃停運(yùn)占到了全部機(jī)三大主設(shè)備引發(fā)的非計(jì)劃停運(yùn)占到了全部 非計(jì)劃總時(shí)間的非計(jì)劃總時(shí)間的87.63%87.63%。 超臨界機(jī)組主設(shè)備非計(jì)劃停運(yùn)比重超臨界機(jī)組主設(shè)備非計(jì)劃停運(yùn)比重 序號(hào)序號(hào)主設(shè)備主設(shè)備停運(yùn)次數(shù)停運(yùn)次數(shù) （次（次/ /臺(tái)年）臺(tái)年） 停運(yùn)時(shí)間停運(yùn)時(shí)間 （小時(shí)（小時(shí)/ /臺(tái)年）臺(tái)年） * *百分比百分比 01鍋爐鍋爐0.6450.5159.41 02汽輪機(jī)汽輪機(jī)0.1323.2327.33 03發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)0.040.760.89 * *百分比：占機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間的