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700℃级别超超临界发电技术 所谓的 700℃级别超超临界发电技术是指主蒸汽温度和再热蒸汽温度达到700℃及以上的高参数超超临界燃煤发电技术。参考其他国际的研究计划，蒸汽温度达到 700℃以上水平，那么其主蒸汽压力也相应的会达到 36MPa 左右。 随着超超临界机组蒸汽参数的提高，其热效率也响应增大。根据热力循环分析得知，在超超临界范围内，锅炉主蒸汽温度每增加 10 ℃ ，可使其热耗率降低大约 0.25 个百分点；锅炉主蒸汽压力每增加 1MPa，其热耗率可相应降低大概 0.3 个百分点；再热蒸汽温度每提高 10℃，可使机组热耗率减少 0.2个百分点左右。 目前，郎肯循环蒸汽动力机组的效率随蒸汽参数的提高而不断上升，如表 1-1 所示。亚临界机组效率比常规超临界机组效率低 2 个百分点，而常规超临界机组效率比超超临界机组效率还要低 4 个百分点. 通过计算估测，容量为 600MW 级别的 700℃先进超超临界锅炉发一度电煤耗约 210g，比容量为 600MW 级别的 600℃水平的超超临界机组减少 25g 左右标准煤。 1 国外研究现状 700℃超超临界燃煤发电技术的推进会全方位促进燃煤发电设备的设计和制造能力，进一步推动能源电力产业的经济性发展。 为此，欧盟、日本和美国均采取由政府组织电力用户、毛坯和原材料供应商及设备制造公司联合开发的方式，制定了长期的 700℃超超临界发电技术和设备产业的发展计划，使超超临界机组参数不停留于现状，而是奔着更高参数的技术路径发展。目前，世界上研发 700℃超超临界燃煤发电技术的主要路线有以下三个：欧洲 AD700 的 17 年规划(1998-2014)；美国的 AD760 的15 年计划(2001-2015)；日本的 A-USC 的 9 年计划(2008-2016)。 (1) 欧盟的 AD700 规划研发动态 早在 1998 年 1 月，欧洲联盟已部署了AD700 超超临界发电技术研究计划，其目标是建造 35MPa/700℃/720℃、50 万千瓦级别的示范电厂，并采用提高给水焓、锅炉余热利用、改善管路阻力特性、降低背压等技术方法，将机组效率提高到 50%以上。并在示范电站的试运行和修改完善的基础上，计划在 2020年前后实现机组的商业化运营。欧盟的计划主要有四个时期，第一时期进行方案可行性研究和新材料性能试验；第二阶段时期完成初期研发和材料验证，并已经在 2005 年前完成；第三阶段是主要部件的检验，并已经在 2010 年前完毕；目前正处于第四阶段，关键部件的现场测试和示范电厂的建设[16-28]。 (2) 美国的 AD760 规划研发动态 美国 700℃超超临界机组研究课题，计划对的设计参数为 732℃ / 760℃ / 37.9MPa，参数远高于欧盟的设计参数，主要是更适合美国的高硫煤种。目前，美国已经完成机组的可行性分析、锅炉材料和汽轮机材料等研究，正处于示范电厂设计建造阶段[16-18]。 (3) 日本的 A-USC 规划研发动态 日本 A-USC 计划 2008 年 8 月启动，A-USC 计划 9 年完成，分为系统设计，锅炉、汽轮机和阀门技术开发，锅炉部件及小型汽轮机试验等几部分同步实施。A-USC 计划的材料研发、主要部件制造和测试工作预计 2016 年完成，目前正在开展主要部件材料的测试工作。以上国外项目计划中以欧盟的 AD700 计划启动最早，研究内容最为全面，实施进度最快。
2 国内研究现状 随着各大厂家对超超临界锅炉技术的消化和吸收，中国已经有一大批超超临界燃煤发电机组在运，尤其是近期，国电泰州电厂、华能莱芜和华能安源等二次再热机组示范工程的开展，我国已掌握了丰厚的运行、调试和设计建设经验。 这充分说明中国在超超临界发电范畴的研发设计、整体设备制造、建设、运行调试水平已接近全球领先水平，这些为我国 700℃超超临界燃煤发电机组的发展奠定了良好的基础。 近年来，国内企业和相关科研院所也展开了相关研究。 西安热工研究院，王春昌等研究表明 700℃超超临界锅炉并不能简单地采用 600℃级超超临界锅炉结构数据，前者必须在炉侧或锅内侧做出改变，即必须降低燃烧产物在炉膛内的纯辐射放热，以使烟气侧放热比例与蒸汽侧的吸热比例匹配。锅炉炉膛内的辐射换热有所降低，需要在锅炉侧进行改变，这样才能使过热蒸汽和再热参数达到设计值。 王春昌等自主设计的“带二次再热的 700℃以上参数超超临界锅炉”专利通过了国家专利申请。其中提出了一种 700℃超超临界锅炉机组的水蒸气受热面的设计方式，为了减小炉内辐射换热，并使蒸汽参数达到设计值，在现役的 600℃级的超超临界锅炉中加装壁挂式辐射换热面，过热器系统新增的受热面位于屏式过热器前，再热器系统新增的受热面位于末级高温再热器前。并通过计算将该技术应用到1000MW 的机组上发现，采用二次再热的机组比采用一次再热的超超临界机组供电煤耗减少 12g/k W·h，大概减低到 272g/k W·h，根据每台机组 6000 小时的年利用小时数计算，每台机组能直接减少 CO2的排放量约为 2×105t，具有良好的经济和环保效益。 刘旭冉等通过建立 700℃超超临界锅炉炉内燃烧与水冷壁传热数学模型，得知：600℃和700℃下炉内烟温和热负荷分布规律基本相同；对不同机组负荷下的烟温水平和热负荷分布进行对比发现，烟温和热负荷随着负荷的降低而依次降低；由于水冷壁管子进口工质温度的提高，在相同炉型相同负荷下，700℃的炉内传热能力要弱于 600℃，导致炉内烟温和壁面热负荷比 600℃高。 蒋敏华等设计了两种突破传统炉型的新型锅炉布置方式，称之为倒置型和M 型。其中 M 型燃煤锅炉尾部布置三烟道，在满足汽温参数要求的基础上，利用下行烟道将炉膛出口的高温烟气引至高度较低的标高处；另外一种倒置型燃煤锅炉布置方式是将常规П型燃煤锅炉布置方式倒置过来，这样可使末级再热器和末级过热器布置在较低标高水平上。这两种炉型均可降低末级过热器和末级再热器的高度，改善管路的散热情况和沿程阻力损失。缩短过热蒸汽和再热蒸汽与汽轮机之间的距离，降低成本，适合布置二次再热系统和高参数锅炉提高了机组效率。 陈瑞雨等通过比较Π型和塔式布置锅炉布置方案得出：从炉膛出口到低温受热面入口，塔式布置锅炉保守估计可以多争取 40℃至 60℃或更多高温烟气热量加热高温区段的介质，对提高换热温压，节约换热设备管道耗材量是极为有利的；塔式布置锅炉的包覆受热面系统要简单得多；塔式锅炉的各受热面传热温压大，排烟温度高，因而Π型锅炉的㶲效率比较高；二次再热系统的㶲效率高于一次再热系统。 根据国家700℃联盟技术委员会的计划要求，结合本公司超超临界汽轮机设计制造方面的经验和国外 700℃超超临界机组研制资料，哈汽提出了 700℃超超临界机组初参数、容量选择和主要设备总体方案的开发构想。总结了其取得的经验和成果，并结合自身超超临界技术和设计习惯，提出了 700℃及其以上等级超超临界汽轮机方案，分别为两个一次再热方案：600MW - 35MPa / 700℃ / 620℃、600MW - 35MPa / 700℃/ 720℃，以及一个二次再热方案：600MW- 38MPa / 700℃ / 720℃ / 720℃。
目前已初步选择了采用的锅炉炉型、各个换热器的布置方式以及各辅机的选型等等工作。在材料方面选用方面，尤其是主要高温高压原件，已经确定了主要受热面的表面温度，为设计材料提供选择参数。目前正处于前期技术试验储备阶段，并引进了 ALLOY617镍基合金材料进行长久性能检测评定。 END 来源：电力圈 |
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