本帖最后由 华年 于 2013-5-22 16:18 编辑
700℃超超临界燃煤发电机组发展情况概述
国家能源局能源节约和科技装备司
一、概念
燃煤发电机组是将煤燃烧产生的热能通过发电动力装置(电厂锅炉、汽轮机和发电机及其辅助装置等)转换成电能。燃煤发电机组主要由燃烧系统(以锅炉为核心)、汽水系统(主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成)、发电系统(汽轮机、汽轮发电机)和控制系统等组成。燃烧系统和汽水系统产生高温高压蒸汽,发电系统实现由热能、机械能到电能的转变,控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。
燃煤发电机组运行过程中,锅炉内工质都是水,水的临界点压力为22.12兆帕,温度374.15℃;在这个压力和温度时,水和蒸汽的密度是相同的,就叫水的临界点。超临界机组是指主蒸汽压力大于水的临界压力22.12兆帕的机组,而亚临界机组是指主蒸汽压力低于这个临界压力的机组,通常出口压力在15.7~19.6兆帕。习惯上,又将超临界机组分为两个类型:一是常规超临界燃煤发电机组,其主蒸汽压力一般为24兆帕左右,主蒸汽和再热蒸汽温度为566~593℃;二是超超临界燃煤发电机组,其主蒸汽压力为25~35 兆帕及以上,主蒸汽和再热蒸汽温度一般600℃以上,700℃超超临界燃煤发电机组是超超临界发电技术发展前沿。在超临界与超超临界状态,水由液态直接成为汽态,即由湿蒸汽直接成为过热蒸汽、饱和蒸汽,热效率较高,因此,超超临界机组具有煤耗低、环保性能好和技术含量高的特点,且温度越高,热效率越高,煤耗越少。例如,与600℃超超临界发电技术相比,700℃超超临界燃煤发电技术的供电效率将提高至50%,每千瓦时煤耗可再降低近70克,二氧化碳排放减少14%。
二、700℃超超临界燃煤发电技术发展情况
1. 发展方向
我国自1993年开始研究超超临界发电技术,目前经历了17年的发展历程,成功开发了600℃和625℃两个温度等级的先进铁素体材料。与超临界相比,超超临界发电技术的热效率提高了2%,每千瓦时煤耗降低了16克。由于先进铁素体材料性能的限制,超超临界燃煤发电技术只是洁净燃煤发电技术发展的初级阶段,尚不能达到与IGCC竞争的目标。因此,以奥氏体及镍合金材料为基础的700℃超超临界燃煤发电技术是洁净燃煤发电技术和装备的根本出路。
2. 所用材料
按照参数和材料划分,燃煤发电技术和产品百年发展可划分为三个里程碑:①常规铁素体材料经历了近百年的发展历程,达到超临界参数——压力24.2兆帕,温度566℃;② 1993年以先进铁素体材料为基础的洁净燃煤技术发展起来,被视为600℃超超临界的发展阶段;③今后将迎来洁净燃煤发电技术发展最为关键的第三阶段,即奥氏体及镍合金材料为基础的700℃超超临界燃煤发电设备的产业化,起步参数压力≥35兆帕,温度≥700℃。
3. 参数选择
700℃超超临界燃煤发电机组三个国际研发计划中,设定的最低起步参数为压力≥35兆帕,温度≥700℃/720℃。以欧盟AD700的17年计划为例,其发展目标为37.5兆帕/705℃/700℃,西门子样板示范机组的参数为35兆帕/700℃/720℃;日本2008年开始的九年发展700℃超超临界计划中确定2016年完成35兆帕/700℃/720℃/720℃产品的设计,2020年达到750℃,及进一步800℃的目标;美国AD760计划确定的起步参数更高,为37.9兆帕/732℃/760℃。我国确定的起步压力参数为35~37.5兆帕,温度为700℃/720℃。
4. 机组容量
由于汽缸排气能力等因素,700℃超超临界机组的单机容量将受到限制。例如,日本确立的机组容量为650兆瓦,欧洲超临界机组采用单轴承支撑,可采用更多汽缸,机组的容量在400~1000兆瓦。
5. 技术难点
燃煤电厂蒸汽参数达到700℃需要解决一系列的技术问题:高温材料的研发及长期使用的性能;大口径高温材料管道的制造及加工工艺;高温材料大型铸、锻件的制造工艺;锅炉、汽轮机设计、制造技术;高温部件焊接材料研发及焊接工艺;高温材料的检验技术;机组初参数选择、系统集成设计及减少高温管道用量的紧凑型布置设计。
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