超临界锅炉技术的发展

卡卡西 · 发表于 2008-2-1 16:59:59

<table cellspacing="0" cellpadding="0" width="98%" align="center" border="0"><tbody><tr><td class="lan" align="center" height="30">陈听宽 (西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室，陕西西安 710049) </td></tr><tr><td class="lan" align="center" height="8"> </td></tr><tr><td class="hei11">摘要： 阐述了当前国际上超临界及超超临界火电机组的发展情况和趋势，以及超临界锅炉变压运行、汽温调节，超临界流体的热物性特点，超临界锅炉水冷壁、本体型式，超临界锅炉材料、燃烧器等技术的发展；提出了开发超超临界锅炉的研究课题；介绍了西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室在超临界锅炉方面的研究进展；指出我国应加快超临界机组的发展及超超临界机组的开发。 </td></tr><tr><td class="hei11">关键词： 超临界；超超临界；火电厂；锅炉 </td></tr></tbody></table>0 前言 　　 　　我国一次能源以煤为主，因此电力工业的发展也是以煤电为主。到2000年末，我国发电设备的装机容量为3.16亿kW，其中火力发电的容量为2.368亿kW，约占75%。2000年总发电量为13 500亿kWh，其中火力发电量为10 920亿kWh，约占81%，而6 MW以上电厂的平均供电煤耗为394 g/(kWh)，比工业先进国家高60～80　g/(kWh)。如以60 g/(kWh)计算，一年多耗煤达6 000多万t，不仅浪费能源，还造成环境污染严重，使烟尘、SOX、NOX及CO2的排放量大大增加。随着国民经济的发展及人民生活水平的提高，预计到2020年，我国发电设备的装机容量将达7.5亿kW，20年将新增发电机组4.5亿kW，其中约3亿kW为煤电[1]，此外还将更新6 000多万kW单机容量为100 MW以下的小型机组及部分更新200 MW和125 MW的超高压机组，因此可以预计，在这20年中，我国每年新增火电机组将为1 500～2 000万kW，这将使我国成为电力建设增长最快的国家，将为我国国民经济的持续发展提供有力的保证。在这样的形势下，我国在电力建设中加速采用供电煤耗在300 g/(kWh)以下国际上最先进的高效超临界机组，对节约能源、减少污染无疑具有非常重要的意义[2]。我国不仅应该成为电力建设增长最快的国家，还应成为电力技术最先进的国家。   1 超临界机组参数的发展　　　　火电机组随着蒸汽参数的提高，机组效率不断上升。根据实际运行的燃煤机组的经验，亚临界机组(17MPa、538/538 ℃)的净效率约为37%～38%，一般超临界机组(24MPa、538/538 ℃)的净效率约为40%～41%，超超临界机组(30 MPa、566/566/566 ℃)的净效率约为44%～45%。从供电煤耗来看，亚临界机组约为330～340 g/(kWh)，超临界机组约为310～320 g/(kWh)，超超临界机组则为290～300 g/(kWh)[3]。由于机组效率提高，污染物的排放也相应减少，经济效益十分明显。 　　一般超临界机组的技术已十分成熟，美国于1957年投运第一台125 MW超临界试验机组，在六七十年代投运了一大批超临界机组，到1986年，共有166台机组投入运行，总功率达1.1亿kW，其中800 MW以上的机组107台，1 300 MW机组至今已有9台投入运行，蒸汽参数大多为24.1 MPa、538/538 ℃。原苏联从1963年投运第一台300 MW超临界机组以来，到1985年即有187台超临界机组投入运行，总功率达6 800万kW，单机功率为300，500，800和1 200 MW，蒸汽参数为23.5 MPa、540/540 ℃。日本自1967年从美国引进第一台600 MW超临界机组以来，到1984年共有73台超临界机组投入运行，其中600 MW31台，700 MW9台，1000 MW5台，蒸汽参数一般为24.1 MPa、538/566 ℃，在新增的火电机组中，大约80%为超临界机组。在欧洲如德国、意大利等也有一批超临界机组投入运行。

卡卡西 · 发表于 2008-2-1 17:00:47

到90年代，各国开始进一步提高蒸汽参数。日本投运的超临界机组蒸汽温度逐步由538/566 ℃提高到538/　593 ℃，566/593 ℃及600/600 ℃，蒸汽压力则保持24～25 MPa，容量以1 000 MW为多。参数为31 MPa，566　/566/566 ℃的2台700 MW二次再热的超超临界燃液化天然气的机组于1989年和1990年在川越电厂投入运行，机组净效率达44%。目前日本正在研究参数为31.4 MPa、593/593/593 ℃，34.3 MPa、649/593/593 ℃及30 MPa、630/630 ℃的机组，净效率将达到44%～45%，在近期内会有投入运行。 　　欧洲超临界机组参数大多为25 MPa、540/540℃，机组容量中等，440～660 MW。德国Lippendorf电站2台930 MW，蒸汽温度为550/580 ℃的机组于1999年投入运行。丹麦Nordjyllands vaerker电站1台容量为411 MW，参数为28.5 MPa、580/580/580℃，二次再热的燃煤超超临界机组于1998年投入运行，由于汽轮机排汽的冷却水温降到10 ℃，锅炉排烟温度降到100 ℃，锅炉效率达95%，厂用电率为7.6%，机组的净效率达到47%，是当今世界上效率最高的超临界火电机组。目前，欧共体制定了“THERMIE”700 ℃先进燃煤火电机组的发展计划，联合欧洲40家公司于1998年开始，计划用17年时间，开发35MPa、700/720(/720) ℃的超超临界火电机组，其净效率将达到50%以上，第一阶段的6年计划正在执行之中[4]，美国电力研究院(EPRI)从1986年起就一直致力于开发32 MPa、593/593/593℃带中间负荷的燃煤火电机组。 　　我国从80年代后期起开始重视发展超临界火电机组。上海石洞口二厂引进的2台600 MW，24.2 MPa、538/　566 ℃超临界变压运行机组于1991和1992年投入运行。从俄罗斯引进的南京热电厂2×300 MW，营口电厂2×300 MW，天津盘山电厂2×500 MW，内蒙伊敏电厂2×500 MW，辽宁绥中电厂2×800 MW共480万kW的超临界机组已陆续投运。 　　目前，上海外高桥电厂正在建设引进的2台900MW机组，福建后石电厂正在建设4台600 MW机组，并已确定河南沁北电厂作为国产化的依托工程，我国高技术研究发展计划已列入超超临界燃煤发电技术的研究项目，计划开发30 MPa、600/600 ℃，600 MW以上的超超临界机组，供电效率达43%～45%。预期在不远的将来，我国超临界机组将会有一个迅速的发展。但是从电力建设的规模来看，我国超临界技术的发展还是过于缓慢。在90年代，我国新增火电机组1.3亿kW，而超临界机组仅有600万kW，所占比例实在太少。国外先进国家在70～80年代已大多以超临界机组作为主力机组，特别是在电力建设快速发展的阶段，基本上都是以先进的超临界机组为主。目前我国正处于电力建设的快速期，每年新增火电机组1 500～2 000万kW，如果还不以超临界机组为主，则将造成很大的能源浪费。综上所述，我国电力工业应尽快地发展24 MPa、538/566 ℃及538/593 ℃机组，接着发展566/593 ℃、600/600 ℃的超临界火电机组，然后在进一步研究工作的基础上，加快发展30 MPa、600/600 ℃的超超临界机组，尽快以最先进的火电机组装备我国电力工业。 2 超临界锅炉技术的发展

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