超臨界機(jī)組發(fā)展概況

超臨界機(jī)組發(fā)展概況第一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五硫資源化脫硫高效、綠色發(fā)電技術(shù)高效發(fā)電超臨界機(jī)組聯(lián)合循環(huán)多聯(lián)產(chǎn)煤炭加工與轉(zhuǎn)化流化床FBC整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)IGCC可再生能源發(fā)電及核電煙氣凈化灰渣及廢水資源化空冷機(jī)組煙氣循環(huán)流化床脫硫其它節(jié)水技術(shù)燃料電池微型燃?xì)廨啓C(jī)太陽光發(fā)電風(fēng)力發(fā)電潔凈發(fā)電節(jié)水發(fā)電分布式電源新型發(fā)電以煤氣化為核心以發(fā)電為核心第二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五各種煤清潔利用方式相對評分比較表注：10分為滿分利用方式環(huán)保節(jié)能運行投資成熟總和順次型煤78101010451原煤加工洗選煤879910432CFBC

95989404流化床PFBC98658367超（超）臨界機(jī)組799710423IGCC108668385氣化86656318CMW86878376燃料轉(zhuǎn)化液化85455279其他清潔技術(shù)9

第三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五高效火力發(fā)電技術(shù)

1.提高循環(huán)效率的超（超）臨界和聯(lián)合循環(huán)機(jī)組

2.以發(fā)電為核心的總能利用多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)

3.以煤氣化為核心的發(fā)電、煤化工等綜合能源利用系統(tǒng)

第四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五高效發(fā)電技術(shù)之一----提高循環(huán)效率超臨界及超超臨界參數(shù)大容量機(jī)組蒸汽-燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電第五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五4947454341393735102015253035蒸汽參數(shù)MPa(初溫℃/再熱溫℃/再熱溫℃)

不同蒸汽參數(shù)、再熱次數(shù)和參數(shù)對發(fā)電廠供電熱效率的影響亞臨界540℃/540℃

超臨界566℃/566℃

高超臨界593℃/593℃

600℃/600℃/600℃

566℃/566℃/566℃

700℃/720℃/720℃

%

率效熱電供廠電發(fā)

第六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五超臨界、超超臨界機(jī)組定義水的臨界壓力：22.12MPa，臨界溫度：374.15℃超臨界機(jī)組：一般主汽壓力24MPa及以上,主汽和再熱汽溫度540-560℃

（效率比亞臨界機(jī)組高約2%）超超臨界機(jī)組：一般主汽壓力28MPa及以上或主汽和再熱汽溫度580℃以上（效率比超臨界機(jī)組高約4%）第七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五超超臨界機(jī)組的熱效率日本對蒸汽壓力、溫度與機(jī)組熱效率的關(guān)系表示如圖。常規(guī)的亞臨界機(jī)組參數(shù)

16.7MPa，溫度為538/538℃，發(fā)電效率為38%；常規(guī)超臨界機(jī)組的效率為40%左右；目前燃煤機(jī)組效率最高為47%(海水冷卻)。歐洲計劃用10年至15年的時間將發(fā)電效率提高到52～55%。第八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五部分超(超）臨界機(jī)組經(jīng)濟(jì)性舉例電廠

項目蒸汽參數(shù)機(jī)組效率,%投運年份丹麥Vesk電廠407

MW25.1MPa,560℃/560℃45.31992法國STAUDINGE廠550MW25MPa,540℃/560℃42.51992德國ROSTOCK電廠559MW25MPa,540℃/560℃42.51994韓國500MW24MPa,538℃/538℃41石洞口二廠600MW24.2MPa,538℃/566℃41.091992日本松蒲電廠1000

MW25.2MPa,598℃/596℃441997丹麥Nordjylland電廠

410

MW28.5MPa,580℃/580℃/580℃471998西門子設(shè)計400-1000MW27.5MPa,589℃/600℃>451999歐洲FutureⅠ33.5MPa,610℃/630℃>502005歐洲FutureⅡ40.0MPa,700℃

/720℃52-552015平圩電廠600MW

(亞臨界)17MPa,537℃/537℃36.91989第九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五超(超）臨界機(jī)組經(jīng)濟(jì)性估算我國火電機(jī)組平均煤耗比超臨界機(jī)組高70～80g/kW.h，比超超臨界機(jī)組高104g/kW.h。1998年火電發(fā)電量938.8TW.h，如一半由超（超）鄰界機(jī)組發(fā)出，則每年可節(jié)約約3000～4000（5000）萬噸（標(biāo)準(zhǔn)煤）。計劃關(guān)停小火電30GW（煤耗高達(dá)550g/kW.h以上），如其中的一半用超超臨界機(jī)組替代，每年可節(jié)煤2000萬噸，節(jié)能、節(jié)水、節(jié)資源和環(huán)保效益十分顯著。第十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五超超臨界機(jī)組的可靠性美國初期蒸汽參數(shù)過高，當(dāng)時冶金工業(yè)難以提供滿足31MPa，621/566/566℃的合理鋼材，投運后事故頻繁，可靠性、可用率低，后降低參數(shù)運行，取得了比較滿意的業(yè)績。原蘇聯(lián)在發(fā)展超臨界機(jī)組的初期，因缺少經(jīng)驗和選用參數(shù)過高，使其可靠性低。經(jīng)改進(jìn)和完善，超臨界機(jī)組的可用率與亞臨界機(jī)組差別不大。1980年美國公布的71臺超臨界機(jī)組和27臺亞臨界機(jī)組運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，兩類機(jī)組可用率已沒有差別。第十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五1.30GW超臨界機(jī)組創(chuàng)造過連續(xù)安全運行607天的記錄。日本早期的超臨界機(jī)組可用率大多數(shù)在99%以上。德國機(jī)組的可靠性數(shù)據(jù)表明，機(jī)組可靠性與可用率與參數(shù)之間沒有必然的聯(lián)系。我國華能石洞口二廠兩臺600MW超臨界機(jī)組投運后第二年可用系數(shù)可達(dá)到90.8%和93.97%。目前超臨界機(jī)組的可用率與亞臨界機(jī)組相當(dāng)。第十二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五部分超臨界機(jī)組可靠性舉例電廠

項目機(jī)組容量，MW可用率，%馬歇爾電廠2×63088.7(1985年)勃魯斯電廠2×112094(1985年)蒙太爾電廠2×1300連續(xù)運行607天美

國AEP電力公司7×1300平均EAF=83.3韓國保寧電廠50088.92(1994)石洞口二廠2×60091.47(1994)中

國華能南京電廠2×300連續(xù)運行1700多天(到1998年底)第十三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五超(超)臨界機(jī)組的特點運行效率高，可靠性好，環(huán)保指標(biāo)先進(jìn)可復(fù)合滑壓或純滑壓運行，調(diào)峰性能好超(超)臨界機(jī)組最佳適用條件:大容量:≥600MW燃料價格較高時,技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能更佳；第十四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五超臨界機(jī)組發(fā)展概況第十五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五國外發(fā)展超超臨界機(jī)組的概況

1957年在美國投運第一臺試驗性超超臨界125MW機(jī)組（31MPa，621/566/538℃）,1959年在美國投運第二臺超超臨界325MW機(jī)組（34.4MPa,649/566/566℃）。單機(jī)容量最大為1300MW。第十六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五1953年前蘇聯(lián)首期5臺超臨界300MW機(jī)組投運；1967年和1968年相繼投運500MW和800MW機(jī)組，1981年單軸1200MW投運。日本、德國和丹麥相繼于70和90年代迅速發(fā)展超（超）臨界機(jī)組,已成為當(dāng)今世界發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)領(lǐng)先的國家。第十七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五時間壓力（bar)溫度（℃）耐高溫鋼材70～80年代亞、超臨界540～560

Mo或Cr-Mo90年代初250560X20CrMoV121或T2290年代末期275～290580～600P91/T91(9Cr1Mo)2000～2005300～310600P92/T92(CrMoW)2005～2010320～350610～630T/P122(CrMoWCuNb)2005～2010350～400650奧氏體鋼中合金馬氏體新鋼種超（超）臨界機(jī)組的主要運行參數(shù)變遷第十八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五國外超超臨界機(jī)組發(fā)展中的主要問題

——蒸汽參數(shù)的選擇與金屬材料發(fā)展的匹配

50年代：1949年原蘇聯(lián)29.4MPa,600℃,12t/h;1956年德國34MPa,610/570/570℃,88MW;1957年美國31MPa,621/566/538℃,125MW;1959年美國34.3，649/566/566℃,325MW

60年代：降為24MPa,538-566℃。當(dāng)時生產(chǎn)的奧氏體綱熱膨脹系數(shù)大、導(dǎo)熱系數(shù)低、抗應(yīng)力腐蝕差及加工能力差等，其零部件高溫腐蝕、焊接不良、疲勞裂紋、高壓轉(zhuǎn)子熱裂紋等。設(shè)計、制造質(zhì)量問題較多；超臨界參數(shù)下300MW機(jī)組容量較小，汽輪機(jī)效率低；鍋爐不能變壓運行，負(fù)荷適應(yīng)性和靈活性差。

第十九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五80年代：新型鐵素體耐鋼熱開發(fā)應(yīng)用和改進(jìn)奧氏體綱，及環(huán)保的日趨嚴(yán)格。90年代：末期蒸汽溫度提高到580～600℃,相應(yīng)的電廠成功投入了商業(yè)運行。現(xiàn)在：新型鐵素體-馬氏體耐鋼熱（6-12%Cr）開發(fā)應(yīng)用未來的5～10年：主蒸汽溫度可達(dá)610～630℃。今后的10～20年：現(xiàn)代化電廠將是650℃的機(jī)組，運行效率50%左右。那時的上限溫度預(yù)計為700℃，效率52～55%。第二十頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五超臨界機(jī)組概況國家美國前蘇聯(lián)日本首臺機(jī)組1957年125MW31.03MPa621℃/565℃/538℃總?cè)萘浚菏澜绲谝唬?982年166臺112898MW主力機(jī)組500~800MW參數(shù)：24MPa,538℃/538℃為主蒸氣參數(shù)最高：費城電力公司艾迪斯頓電廠NO.1機(jī)34.4MPa,649℃/566℃/566℃單機(jī)容量最大：9×1300MW（雙軸）1953年300MW>300MW，幾乎全為超臨界機(jī)組最大容量機(jī)組：1200MW（單軸）1989年222臺，占火電裝機(jī)50%主力機(jī)組250MW~800MW蒸氣參數(shù)：25.2MPa,545℃/545℃1967年600MW1985年77臺，占火電裝機(jī)51%蒸氣參數(shù)：24.12MPa,538℃/566℃復(fù)合變壓運行>450MW，全為超臨界機(jī)組概況第二十一頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五超臨界機(jī)組概況（續(xù)）國家首臺機(jī)組12×500MW1962年600MW現(xiàn)在運行與在建各12臺。(300MW,500MW,600MW，800MW，900MW)

石洞口電廠2×600MW南京、營口電廠4×300MW伊敏、盤山電廠4×500M綏中電廠2×800MW阜陽電廠2×600MW外高橋電廠2×900MW王曲電廠2×600MW陡河電廠2×600MW沁北電廠2×600MW（國產(chǎn)化示范）玉環(huán)電廠800-1000MW（超超臨界機(jī)組）概況韓國意大利中國22×600MW第二十二頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五我國現(xiàn)運行的超臨界機(jī)組機(jī)組投運年出力P主汽t主汽t再熱備注

MWbar℃℃石洞口二廠#1、21991/92600242538566ABB-CE/SULZER華能南京電廠#1、21994300250545545俄羅斯華能營口電廠#1、21996300250545545俄羅斯綏中電廠#1、22000800250545545俄羅斯華能伊敏電廠#1、21998/99500250545545俄羅斯盤山電廠#1、21995/96500250545545俄羅斯薊縣電廠#1、2500250545545俄羅斯第二十三頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五我國在建的超臨界機(jī)組機(jī)組計劃投產(chǎn)年份出力P主汽t主汽t再熱備注

MWbar℃℃河南沁北電廠#1、22005600242571571國產(chǎn)化依托工程上海石洞口二廠二期900250538538阿爾斯通上海外高橋電廠二期2003/04900250538560福建華陽后石電廠600254542568日本三菱重工臺山電廠#1、2660第二十四頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五國家電廠功率/MW燃料容量t/h參數(shù)MPa·℃鍋爐制造廠投運日期日

本川越700液化天然氣215031/566/566/566三菱1989.1990三隅1000煙煤290024.5/600/600三菱1998原町1000煙煤289024.5/600/600B＆W-日立1998七尾大田700煙煤212024.1/593/593石川島播磨1998苓北700煙煤212024.1/593/593三菱1999桔灣1050煙煤/油300025.0/600/600石川島播磨2000敦賀700煙煤212024.1/593/593三菱2000碧南1000煙煤305024.1/593/593石川島播磨2001丹

麥Skarbk415天然氣97229/582/580/580FLSmiljφ1997Nordiyland415煙煤/油97229/582/580/580FLSmiljφ1998Avedφre400天然氣/油106730.5/582/600FLSmiljφ2001德國Lippendorf933褐煤242026.7/554/583Alstom1999NiederauBem1012褐煤266826.9/580/600Alstom2000美國第一臺試驗性超臨界125

31MPa621/566/538

1957第二臺超臨界325

34.4MPa,649/566/566

1956

世界上已投運的超超臨界電廠第二十五頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五

從2002年開始，美國能源部開始了一個用于燃煤電廠超臨界和超超臨界機(jī)組的高溫高強(qiáng)度合金材料研究項目。主要研究用于燃煤電廠超臨界和超超臨界機(jī)組的高溫高強(qiáng)度合金材料。該研究項目的五個主要目標(biāo)是:確定哪些材料影響了燃煤電廠的運行溫度和效率:定義并實現(xiàn)能使鍋爐運行于760℃的合金材料的生產(chǎn)、加工和涂層工藝;參與ASME的認(rèn)證過程并積累數(shù)據(jù)為成為ASME規(guī)范批準(zhǔn)的合金材料做好基礎(chǔ)工作:確定影響運行溫度為871℃的超超臨界機(jī)組設(shè)計和運行的因素:與合金材料生產(chǎn)商、設(shè)備制造商和電力公司一起確定成本目標(biāo)并提高合金材料和生產(chǎn)工藝的商業(yè)化程度。第二十六頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五

日本電力(J-Power，原為EPDC)在日本通商產(chǎn)業(yè)省支持下，從政府得到50%的補助金，與其它單位共同組織超超臨界技術(shù)的開發(fā)。第一階段目標(biāo)是:第一步用鐵素體鋼達(dá)到593C，第二步用奧氏體鋼達(dá)到649℃。第二階段目標(biāo)是用新型鐵素體鋼達(dá)到630℃。日本三大設(shè)備制造公司對轉(zhuǎn)子、汽缸、法蘭、螺栓等主要部件進(jìn)行了相應(yīng)參數(shù)下的實物中間試驗，5OMW功率的中間實驗機(jī)組己經(jīng)投運。第二十七頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五國內(nèi)發(fā)展超超臨界機(jī)組的條件和基礎(chǔ)1國內(nèi)制造能力己建設(shè)成一支以哈爾濱、上海、東方三大制造集團(tuán)為主體的、具有相當(dāng)規(guī)模、水平和實力的發(fā)電設(shè)備制造基地，形成了一支經(jīng)驗豐富、素質(zhì)較高的科研、設(shè)計和制造的隊伍，擁有一批制造工藝和裝備較先進(jìn)、生產(chǎn)廠房條件好的制造企業(yè)，尤其通過對300MW、600MW亞臨界火電機(jī)組的技術(shù)引進(jìn)和消化吸收、國產(chǎn)化研制和優(yōu)化設(shè)計，同時相關(guān)制造企業(yè)進(jìn)行了大規(guī)模的技術(shù)改造，目前已形成了自主設(shè)計、制造15000MW/年大機(jī)組的生產(chǎn)能力。第二十八頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五我國300MW、600MW亞臨界機(jī)組產(chǎn)品水平和制造企業(yè)的裝備水平已與世界先進(jìn)水平相接近，現(xiàn)配300MW、600MW亞臨界機(jī)組的大型鍛件(汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子）、大型鑄件(汽缸)基本上可以做到由國內(nèi)供給。在耐熱鋼研發(fā)和生產(chǎn)方面，我國對電站用鋼研究很少，目前發(fā)電設(shè)備用鋼的30%需要從國際上采購。即國內(nèi)的耐熱鋼研發(fā)和生產(chǎn)尚不能滿足發(fā)展超超臨界機(jī)組的需求，其水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于電力工業(yè)的發(fā)展和需要。目前從國際市場采購先進(jìn)和成熟的材料是發(fā)展我國超超臨界發(fā)電技術(shù)最現(xiàn)實的途徑。但為了保證設(shè)備部件的制造加工性能以及考慮到機(jī)組安全運行和維護(hù)的需要，還應(yīng)當(dāng)對材料的工藝性能和服役性能(蠕變、疲勞、腐蝕、氧化性能等)開展相關(guān)的試驗和研究工作。第二十九頁，共三十三頁，編輯于2023年，星期五

從制造百萬千瓦級超超臨界機(jī)組的制造裝備上看，我國三大發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)已接近世界先進(jìn)水平，對于制造超臨界、超超臨界機(jī)組來