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1、超临界火电技术发展状况一、综述水的临界状态参数为22.1MPa，374.15，在水的参数达到该临界点时，水的完全汽化会在一瞬间完成，即在临界点时，在饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区存在，二者参数不再有分别。当机组参数高于这一临界状态参数时，通常称其为超临界参数机组。对蒸汽动力装置循环的理论分析结果表明，提高初参数和降低循环的终参数都可以提高循环的热效率。实际上，蒸汽动力装置的发展和进步就是一直沿着提高参数的方向前进的。超临界火电技术经几十年的发展，目前是世界上唯一的先进、成熟和达到商业化规模应用的洁净煤发电技术，在不少国家推广应用并取得了显著的节能和改善环境的效果。当前，在实际应用
2、中机组的主蒸汽压力最高已达到了31 MPa，主汽温度最高已达到610，容量等级在300MW1300MW内均有业绩。与同容量亚临界火电机组的热效率比较，在理论上采用超临界参数可提高效率22.5，采用更高的超临界参数可提高约45。目前世界上先进的超临界机组效率已达到4749，同时先进的大容量超临界机组具有良好的运行灵活性和负荷适应性；超临界机组大大降低了CO2、粉尘和有害气体（主要SOX、NOX等）等污染物排放，具有显著环保、洁净的特点。实际运行业绩表明，超临界机组的运行可靠性指标已经不低于亚临界机组，有的甚至还要高。另外还有一个很重要的因素是，相对其它洁净煤发电技术来说，超临界技术具有良好的技术
3、继承性。正因如此超临界发电技术得到各国电力界的重视，又进入了新一轮的发展时期，进一步发展的方向是保证其可用率，可靠性、运行灵活性和机组寿命等的同时，进一步提高蒸汽的参数，从而获得更高的效率和环保性。我国电力工业总体与国外先进水平相比有较大差距，能耗高、环境污染严重是目前我国火电厂中存在的两大突出问题，并成为制约我国电力工业乃至整个国民经济的重要因素。二、超临界机组的技术发展状况世界上超临界发电技术的发展过程大致上可分为两个阶段：第一阶段大致从上个世纪50年代80年代，主要以美国、德国、日本等国为技术代表。初期技术发展的起步参数就是超临界参数。但由于所采用的过高蒸汽参数超越了当时材料的实际发展水
4、平，导致了诸如机组运行可靠性差等问题的发生。在经历了初期过高的参数后，从上世纪60年代后期开始美国超临界机组大规模发展时期所采用的参数均降低到常规超临界参数。直至上世纪80年代，美国超临界机组的参数基本稳定在这个水平。从上世纪80年代初期开始 ，由于材料的进步和发展，以及对电厂水化学方面认识的深入，克服了早期超临界机组所遇到的问题。期间对已投运的机组进行了优化改造，大大提高了机组的经济性、可靠性、运行灵活性，其可靠性和可利用指标已经达到甚至超过相应的亚临界机组。超临界机组的市场逐步转移到欧洲及日本，并涌现出一批新超临界机组。第二个阶段大致是从20世纪90年代开始的，这时候国际上高效超临界机组进
5、入了快速发展的阶段，其背景原因在于环保要求日益严格，同时新材料的开发成功和常规超临界技术的成功也为高效超临界机组的发展提供了必要的条件。在这个阶段，技术主要以日本为代表，进入新一轮发展阶段：即在保证机组高可靠性、高可用率的前提下采用更高的蒸汽温度和压力。在这个阶段机组发展有以下三个方面的趋势：1）蒸汽压力取得的并不高，多为25MPa左右，而蒸汽温度取得的相对较高，这种方案可以降低造价、结构简单、增加可靠性，通过提高温度来获得机组热效率更有效。近期欧洲及日本生产的新机组，大多数的压力保持在25MPa左右，温度提高到580 610左右。2）蒸汽压力和温度同时都取较高值（28 Mpa30 MPa，6
6、00左右），从而获得更高的效率，主要以欧洲的技术发展为代表。部分机组采用高温的同时，压力也提高到27 MPa以上，压力的提高不仅关系到材料强度及结构设计，而且由于汽轮机排汽湿度的原因，压力提高到某一等级后，必须采用更高再热汽温或二次再热循环。3）更大容量等级的超临界机组的开发。决定机组容量的关键之一是低压缸的排汽能力，与蒸汽参数无直接关系。为尽量减少汽缸数，大容量机组的发展更注重大型低压缸的开发和应用。经过四十多年的不断完善和发展，目前超临界机组的发展已进入成熟和实际应用阶段，具有更高参数的高效超临界机组已经成功地投入商业运行。三、超临界火电技术展望为进一步降低能耗和减少CO2排放，改善环境，
7、在材料工业发展的支持下，超临界机组正朝着更高参数的超临界技术方向发展。目前高参数的超临界机组已是成熟、高效、商业化的技术，超超临界技术已经成熟，且容量已经达到1300MW，最高效率达49，充分显示了超临界和超超临界技术的成熟性和推广前景。国外超超临界机组发展的近期目标为1000MW级机组，参数为31 MPa，600/600/600，并正在向更高的水平发展。一些国家和制造商已经公布了发展下一代高效超临界机组的计划，蒸汽初参数将提高到700，再热汽温达720，相应的压力将从目前的30 MPa左右提高到35 MPa40 MPa，机组供电效率可达到5055 。根据世界上先进的超临界电站的发展经验，机组
8、效率的提高可能来源于许多方面的因素，如：较低的锅炉排烟温度，高效的主、辅设备，煤的良好燃烧，较高的给水温度，较低的凝汽器压力，较低的系统损失，蒸汽的再热级数等等。据研究报告估计，仅由于提高蒸汽参数而提高的效率最多为效率总提高量的一半左右。因此，发展高效超临界机组和超超临界机组的工作不仅仅是简单地提高蒸汽参数就可以实现，还必须同时注重其它相关技术的开发和研究工作。由于煤发电技术有两个重要的优势：煤可以远距离的运输，煤可以大量储存。所以在煤的供应上具有极好的安全保证。随着超临界技术的不断发展和进步，在21世纪，在众多具有竞争力的先进发电技术中，超临界发电技术仍是一种极其重要的选择。超临界机组具有广
9、阔的发展前景。由于采用超临界参数，对机组的设计、制造和运行等方面提出了更高的要求和标准，当然也就带来了一些新的问题，需要在技术上进一步开展试验和研究工作。在这些问题中，有些是属于超临界机组本身所特有的技术问题如：超临界参数下部件的材料特性问题，工质流体热物性的变化对锅炉传热、水动力、热偏差和动态特性的影响分析，汽机缸体结构设计与转子的冷却技术等等；有些是属于火电技术在持续发展和技术进步过程中的一些共性问题如：机组轴系稳定性研究，叶片固体颗粒侵蚀的技术问题，汽轮机末级长叶片的开发设计技术等等，而还有些则是国产化条件下所需要解决的技术问题。此外，如果对于更大容量的超临界机组，还需要解决机组大型化而
10、带来的技术问题，同时也要在发电机的设计、制造、和大件运输等方面相应开展一系列的技术攻关工作。我国发展超临界火电机组的必要性和基础条件：1） 由于煤炭在我国一次能源结构中的主导地位，决定了电力生产中以煤电为主的格局。但是我国煤炭可采量及开采能力受到一定的限制，我国的煤炭供需矛盾仍很突出，并随着火电的发展进一步扩大，另外煤炭产地与高用电负荷地区相分隔，致使煤炭生产和运输一直是制约电力工业发展的重要因素。2） 为扭转我国火电机组煤耗居高不下的局面，缩小我国火电技术与国外先进技术水平的差距，采用先进的超临界火电技术对我国的现有火电结构进行改造，势在必行，发展国产大容量的超临界火电机组十分必要。3） 超
11、临界技术是我国电力工业升级换代、缩小与发达国家技术与装备差距的新一代技术，超超临界发电机组将是未来2030年我国电力工业生产的主要机组形式。发展超临界发电技术是目前在较短时间内形成我国电力工业提供新一代主体装备的能力，规范化地实现洁净煤发展的最现实、最快捷的途径。随着我国国民经济的不断迅速发展，对电力的需求越来越大，同时对环保和控制污染排放的要求越来越高，积极发展高效、节能、环保的超临界火力发电机组势在必行。4） 我国已经具备了发展国产化超临界机组的基础条件。我国已经具有设计、制造和运行大型亚临界火电机组的能力和经验。总之，国产化大型超临界机组，是提高机组热效率、改善环境状况和优化我国火电装机结构最现实、有效的途径，具有显著的社会和经济效益。因此，发展超临界和超超临界机组是我国目前发展洁净煤技术的必然选择。