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1、xx电力集团公司超超临界机组设备选型对经济性影响专题研究超超临界机组主机设备选型研究文件编号版号0状态DES超超临界机组主机设备选型研究批 准： 审 核： 校 核： 编 制： 本文件历次修改记录版号日期状态章节页码修改内容摘要 超超临界机组主机设备选型研究版号：0 第 081 页目 录1前言12超超临界机组发展情况22.1总述22.2美国大容量超(超)临界发电机组的发展现状及趋势32.3日本大容量超超临界发电机组的发展现状及趋势52.4欧洲大容量超超临界发电机组的发展现状及趋势82.5我国大容量超超临界发电机组的发展现状及趋势102.6超超临界机组二次再热机组发展情况123.国内超超临界机组特
2、点163.1锅炉部分173.2汽机部分214 国内超超临界机组工程实施情况334.1国内1000MM等级超超临界机组工程实施情况334.2国内600MM等级超超临界机组工程实施情况347.二次再热机组517.1二次再热技术517.2我国二次再热技术的发展及应用528.超超临界机组主机技术分析论证578.1锅炉主要技术条件分析论证578.2汽轮机主要技术条件分析论证1018.3发电机主要技术条件分析论证1109机、炉、电容量及参数匹配1189.1锅炉和汽轮机主蒸汽、再热蒸汽参数匹配关系分析论证1189.2锅炉BMCR与汽机VWO之间的容量匹配关系1269.3机、炉、电参数及容量匹配原则12710
3、.主机主要技术条件的选择总结12910.1锅炉主要技术条件12910.2汽机主要技术条件13010.3 汽轮发电机主要技术条件1322013年11月【内容摘要】 根据xx电力集团公司设备选型对超超临界机组经济性的影响研究提纲的要求，对国内外超超临界燃煤机组主机设备的应用业绩、运行性能指标、性能考核试验、投运后存在的问题等方面进行深入广泛地收资调研、对比分析、总结出各种主机设备配置方案及设计和实际运行的差异，提炼出满足电力集团绿色电站设计导则主机设备选型的建议。1.前言主机选型分析中，一方面考虑机组的参数优化，在材料和运行许可的范围内达到优异的热耗经济指标；另一方面，结合目前国内主机厂的设备引进
4、、消化、制造、投运、煤种适应性、以及投资等方面的实际情况，选用指标先进、电厂全寿命周期综合收益性最优、可靠性高的机组。1 本专题研究超超临界机组主机主要技术条件，包括炉型选择分析、主机设备参数选择及匹配原则等内容进行了全面的技术分析论证，重点对机炉匹配，机组功率，汽机进汽初参数，以及工况选择进行了详细分析；研究超超临界机组主机设备选型对机组经济性的影响，将涉及超超临界燃煤发电机组设备设计及制造、工程设计、运行等方面内容。通过本课题的研究，将为电力集团公司超超临界燃煤机组建设设备选型及系统优化设计提供指导性的参考意见，为在役机组节能技术改造提供依据。同时通过本课题研究成果的应用，进一步提高新建机
5、组的经济性、可靠性。2. 超超临界机组发展情况2.1总述蒸汽动力装置的发展一直是沿着提高参数和发展大容量机组相结合的方向前进，提高蒸汽参数与发展大容量机组相结合是提高常规火电厂效率及降低单位容量造价最有效的途径。 火电机组的发展经历了由低压机组、高压机组、超高压机组、亚临界机组、超临界机组到超超临界机组的历程，单机容量已发展到超过1000MW。世界上超(超)临界发电技术的发展过程大致可以分成三个阶段：第一个阶段，从上个世纪50年代开始，以美国和德国等为代表。当时的起步参数就是超超临界参数，但随后由于电厂可靠性的问题，在经历了初期超超临界参数后，从60年代后期开始，美国超临界机组大规模发展时期所
6、采用的参数均降低到常规超临界参数。直至80年代，美国超临界机组的参数基本稳定在这个水平。第二个阶段，大约是从上个世纪80年代初期开始。由于材料技术的发展，尤其是锅炉和汽轮机材料性能的大幅度改进，及对电厂水化学方面的认识的深入，克服了早期超临界机组所遇到的可靠性问题。同时，美国对已投运的机组进行了大规模的优化及改造，可靠性和可用率指标已经达到甚至超过了相应的亚临界机组。通过改造实践，形成了新的结构和新的设计方法，大大提高了机组的经济性、可靠性、运行灵活性。其间，美国又将超临界技术转让给日本(GE向东芝、日立，西屋向三菱)，联合进行了一系列新超临界电厂的开发设计。这样，超临界机组的市场逐步转移到了
7、欧洲及日本，涌现出了一批新的超临界机组。第三个阶段，大约是从20世纪九十年代开始进入了新一轮的发展阶段。这也是世界上超超临界机组快速发展的阶段，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。其主要原因在于国际上环保要求日益严格，同时新材料的开发成功和和常规超临界技术的成熟也为超超临界机组的发展提供了条件。主要以日本(三菱、东芝、日立)、欧洲(西门子、阿尔斯通)的技术为主。据统计，目前全世界(除xx外)已投入运行的超临界及以上参数的发电机组大约有600多台。其中在美国有170多台，日本和欧洲各约60台，俄罗斯及原东欧国家280余台。目前发展超超临界技术领先的国家主要是日本、德国
8、等。世界范围内(除xx外)属于超超临界参数的机组大约有60余台。在xx超超临界技术的应用起步较晚，但发展速度迅猛。据不完全统计，自2007年以来xx订货的1000MW 超超临界机组已超过100台，至2013年1月底已建成投产53台。xx已是世界上1000MW超超临界机组发展最快、数量最多、容量最大和运行性能最先进的国家之一。为进一步降低能耗和减少污染物排放，改善环境，在材料工业发展的支持下，各国的超（超）临界机组都在朝着更高参数的技术方向发展。2.2美国大容量超(超)临界发电机组的发展现状及趋势2.2.1 发展现状上世纪90年代以来，美国高效火电机组的发展较为缓慢。现在美国没有任何投运的超过6
9、00的超超临界机组，唯一的AEP Turk电厂 25MPa/601/610 超超临界机组正在建造。目前美国拥有9台世界上单机容量最大的1300MW超临界双轴机组，见表2-1。这些机组均为上世纪70年代至90年代初投入运行的，虽然机组容量为目前世界最大，但是技术水平与目前世界先进的高效火电水平有较大差距。表2-1 美国现役单机容量最大的1300MW超临界双轴机组电站锅炉制造商锅炉蒸发量(t/h)汽机制造商运行方式主汽压力(MPa)主/再汽温()投运时间Cumberland 1#B&W4535ABB定压24.2538/5381972Cumberland 2#B&W4535ABB定压24.2538/
10、5381973Amos 3#B&W4433ABB定压24.2538/5381973.10Gavin 1#B&W4433ABB定压24.2538/5381974Gavin 2#B&W4433ABB定压24.2538/5381975Mountaineer 1#B&W4433ABB定压24.2538/5381980.9Rockport 1#B&W4433ABB定压24.2538/5381984Rockport 2#B&W4433ABB定压24.2538/5381989ZimmerB&W4433ABB定压25.4538/5381991.032.2.2 发展趋势美国发电机组的技术发展重点在于燃煤电厂燃料
11、利用率和环境指数的提高。1999年美国能源部(DOE)提出了火电新技术发展的Vision21计划。Vision21 计划包括目前正在发展的低污染燃烧技术，煤气化技术，高效率炉膛和换热器技术，先进燃气轮机，燃料合成技术，超临界和系统合成技术。Vision 21 计划的目标见表2-2。表2-2 Vision 21 计划的目标项 目内 容效率煤炭作为基本燃料的机组效率为5560%(HHV);天然气作为基本燃料的机组效率为75%(LHV)效率热/电联产的效率为85%以上燃料利用率从煤炭中生产氢气或液态燃料的电站燃料利用率为75%环境影响氮、硫氧化物，微粒的排放接近于零；二氧化碳的排放减少40-50%，
12、如果配备碳捕捉装置的话，二氧化碳的排放为零。美国能源部希望通过Vision 21 计划美国可以制造运行温度达到760C的锅炉钢管和各种部件；如果工程需要，也将规划制造运行温度为871C的超级合金钢。当今典型燃煤电站的效率为35%，如果开发耐高温材料获得成功，美国能源部希望将效率提高到52-55%。效率的提高将减少大约30%的二氧化碳和其它污染物排放。该计划的核心是5个方面：(1) 选定在指定热效率和运行温度的热电厂中使用的材料。(2) 确定制造运行温度为760C的锅炉钢管的工厂制造方法、流程、以及喷涂工艺。(3) 通过ASME的认证。(4) 确定运行蒸汽参数为35MPa/760/760/760
13、的大容量两次再热超超临界火电机组的设计和运行难点。(5) 促进新管材技术的商业化开发和应用。2.3日本大容量超超临界发电机组的发展现状及趋势2.3.1 发展现状20世纪80年代初，日本启动了超超临界发电技术的研究计划，由电源开发公司(EPDC)领衔，钢铁、锅炉、汽轮机制造厂和研究机构参加。由于日本当时已经开发出一系列的(912)%Cr铁素体耐热钢和奥氏体耐热钢，其蠕变强度和耐腐蚀性能都很好，因此，对USC机组的研究主要集中于这些耐热材料在现场应用中的性能数据和可靠性方面。日本投运容量1000MW以上的超超临界机组9台，其中7台双轴机组，2台单轴机组，见表2-3。80年代末，90年代初日本投运的
14、川越电厂二次再热机组参数见表2-4。2.3.2 发展趋势1997年起，日本国立金属研究所(NRIM)启动了一项用于35MPa/650参数级别的USC机组大直径管道和联箱的高级铁素体耐热钢的研究计划。目前日本还在进行所谓的“新阳光(NewSunshine)”的发电技术研究计划，建立运行温度为700的发电机组。该项目由日本电力公司(即以前的电源开发公司)牵头，得到了日本通产省的大力支持，目前正对所需材料进行研究。日本 A-USC（700超超临界）计划是日本政府2008年提出的“COOL Earth Program”的一部分，A-USC超超临界计划的分步走方案见表2-5。 计划时间：9年，2008-2016 计划
