超临界和超超临界的概念

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1、超临界和超超临界的概念火电厂超超临界机组和超临界机组指的是锅炉内工质的压力。锅炉内的工质 都是水，水的临界压力是:22.115MPa和347.15C ；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，炉内工质压力低于这个压力就叫亚临 界锅炉，大于这个压力就是超临界锅炉，炉内蒸汽温度不低于593 C或蒸汽压力 不低于 31 MPa 被称为超超临界。超临界、超超临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果，超超临界机 组与超临界机组相比，热效率要提高1.2%，一年就可节约6000 吨优质煤。未来 火电建设将主要是发展咼效率咼参数的超临界（SC）和超超临界（USC）火电机 组，它们在发达

2、国家已得到广泛的研究和应用。*汽轮机发电的理论基础是蒸汽的朗肯循环，按朗肯循环理论，蒸汽的初参数 （即蒸汽的压力与温度）愈咼，循环效率就愈咼。目前蒸汽压力已超过临界压力 （大于22. 2MPa），即所谓的超临界机组。进一步提高超临界机组的效率，主要 从提咼初参数上做文章，主要受金属材料在咼温下性能是否稳定的限制，目前超 临界机组初温可达538C576C。新设计的机组目标在近600C附近，其供电煤 耗已降至280-300 g/kWh。另外在汽轮机制造方面，从增加末级叶片的环形排 汽面积，采用减少二次流损失的叶栅，减少汽轮机内部漏汽损失等方面也在不断 发展。众所周知，在标准大气压下，水一旦升高到1

3、00摄氏度，就会达到沸点并从 液态变为气态。然而，在火力发电机组的锅炉中，水由液态变为气态的温度远高 于100摄氏度，压强也随温度升高同步增加。当温度达到347摄氏度时，压强达 到220个标准大气压（22mpa兆帕）,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。温度低于这个数值称作亚临界，高于这个数值称作超 临界；温度超过580摄氏度（此时压强为270个标准大气压）则称为超超临界。 在超临界机组中，蒸汽从湿蒸汽直接成为过热蒸汽、饱和蒸汽，热效率也会大大 提高。一般超临界机组的热效率，比亚临界机组的高 23，超超临界机组 的热效率又比超临界机组要高出 4左右。换言之，同等质量的

4、煤，亚临界发动 机组发1度电，要耗煤370克至400克，超临界耗310克，而超超临界只耗280 克。以2007 年 11 月全部建成投产的华能玉环电厂四 台 100万千瓦超超临界机 组为例，热效率超过 45，供电煤耗只有283.2 克/千瓦时，比 2006 年全国平 均供电煤耗要低 22.6。 因而超临界技术是提高火力发电机组最为有效的技 术。同时，我国水资源匮乏，特别是煤炭主产区位于北方干旱缺水地区，煤质适 于就地发电，在这些地区建立大型空冷电站是不二的选择，超临界空冷火电机组 则是最完美的资源节约组合。正因为如此，“九五”末期国家组织了重大技术装备研制项目60 万千瓦超 临界和空冷火电机组

5、成套设备研制600MW超临界火电机组成套设备研制依托 华能河南沁北电厂一期，直到2000年才落实；而空冷火电机组成套设备研制为 结合大同第二发电厂，但没有落实，最终采用 gea 空冷设备。我国首台 600MW 国产超临界火电机组华能沁北电厂2X 600mw机组于2004-12-13通过试运行。我 国首台超临界直接空冷机组华能上安电厂三期2X600MW机组（gea空冷岛）200 8-06-03投入运行。由哈空调供货的我国首台国产300MW级双排管直接空冷机组 华能北方联合电力乌拉山电厂三期2X300MW机组2006-07-25投入商业运营，国 家首台双排管直接空冷国产化示范项目中电投通辽三期1X

6、 600MW机组2007-10 建成（08-06-18并网），我国首台国产600MW亚临界单排管直接空冷机组华能铜 川电厂一期2 X 600MW机组2007-11-08试运行，我国首台国产600MW级超临界单 排管直接空冷机组华电蒲城电厂三期2 X 66万千机组计划2008-07-10投入运行。超超临界机组也称为高参数超临界机组，是当今世界最先进的火电技术。目 前世界上超超临界机组的最高热效率已达47%,最大的单机容量为1300mw。根据 国家发改委要求，今后 60 万千瓦以上燃煤机组，都必须达到超超临界机组的能 耗指标。开发超超临界技术2002年被列为国家8 6 3重大项目攻关计划，20 0

7、 3年被列入国家重大技术装备研制计划，并将华能玉环电厂4台海水淡化和华 电邹县电厂四期2台超超临界机组作为设备国产化依托工程。超临界和超超临界 燃煤发电机组由于在高温高压的条件下运行，所以对设备的性能和质量提出了比 亚临界机组更高的要求，因而工程造价也会相应提高。设备的性能和质量的提高 则有赖于新材料的使用和设计工艺技术的改进和创新。已经投产的机组表明，通 过引进技术，我国国内设计院所和主机设备生产商已经能够独立提供符合百万千 瓦级超超临界水冷机组要求的产品。根据国家发改委要求，今后60万千瓦以上 燃煤机组，都必须达到超超临界机组的能耗指标。随着煤炭价格提高，超临界和 超超临界燃煤发电机组不仅

8、技术可行，环保优势明显，而且经济效益优势开始显 现。几年来，我国超临界和超超临界燃煤发电机组得到超常规发展。目前我国拟 在建30 万千瓦级机组多为亚临界热电联产或煤矸石综合利用机组，少数拟建机 组为超临界机组；拟在建 60万千瓦级机组为超临界机组或超超临界机组；拟建 100 万千瓦级机组则均为超超临界机组。这就意味着我国的火力发电技术已经进 入了超临界和超超临界时代。目前服役的100 万千瓦超超临界机组有 10台，其中华能玉环电厂分别于 20 06-11-28，2006-12-30，2007-11-11，2007-11-24 投产；华电邹县电厂四期分 别于2006-12-04，2007-07-

9、05 投产；国电江苏泰州电厂分别于2007-11-04，20 08-03-31投产；国电上海外高桥第三发电厂分别于2008-03-26，2008-06-07 投 产。目前服役的60 万千瓦超超临界机组有 6台，其中国内首台华能营口电厂二 期2 台分别于2007-08-01 和 2007-10-14 投产，中电投上海电力江苏阚山一期 2 台分别于2007-10-22 和 2008-01-23 试运行。华电芜湖电厂 1 台 2008-05-29 投 产，国电铜陵电厂 1 台 2008-06-19投产。经国家发改委核准的在建超超临界火 电机组如下：60 万千瓦级有，华电芜湖电厂，华电上海望亭电厂和国

10、电铜陵电 厂各1 台，大唐禹州电厂二期，深能源河源电厂各2台；100 万千瓦级有，国电 浙江北仑电厂三期，国华宁海电厂二期，国华辽宁绥中电厂二期，华能广东海门 电厂，国投天津北疆电厂，中电投河南平顶山第二电厂各 2台，即将投产的皖能 铜陵电厂六期和华电芜湖电厂各 1 台。但是无论是超临界还是超超临界水冷机组，他们在节约煤炭资源提高效率的 同时并不能够节约水资源，即使汽轮机和汽轮发电机采用空冷形式也无明显效 果。于是建设超临界特别是超超临界燃煤空冷机组便提到议事日程。2008-06-0 3投入运行的超临界直接空冷机组华能上安电厂三期2 X 600mw机组（gea空冷岛） 和计划2008-07-1

11、0投入运行的由哈空调供货的我国600mw级超临界单排管直接 空冷机组华电蒲城电厂三期机组表明，现有空冷技术可以成功应用于600mw级超 临界空冷机组。现有空冷技术在600mw级超临界空冷机组的成功应用，激发了人 们对60 万千瓦级和百万千瓦级超超临界空冷机组的向往。60 万千瓦级和百万千瓦级超超临界空冷机组尚无建设的先例，它对主机的 要求与同级别水冷相同，而对空冷设备的要求则比 60万千瓦级亚临界和超临界 机组明显提高。据有关专家分析，超超临界空冷机组宜采用单排管直接空冷器。 尽管有许多技术上的问题需要解决，但百万千瓦级超超临界机组空冷技术的解决 已无重大障碍。 *煤炭是我国主要的能源资源，在

12、一次能源中所占比例超过70%，为世界上比 例最高者。仅 2005 年，我国煤炭消费就超过 21亿吨。笔者从日前召开的第二届 中国国际脱硫脱硝技术与设备展览会暨技术研讨会上了解到，在我国消费的煤炭 中，70%以上是以燃烧方式消耗的，其中火力发电厂是主力军，这造成我国酸雨 和二氧化硫污染十分严重。到 2010 年，我国的火电机组总容量将超过 4 亿千瓦，届时，煤炭仍将是我 国的主要能源资源。不过，煤电的发展始终面临着煤炭、水、土地等资源的制约 及环境容量的限制。其中，日益严格的环保要求将是煤电发展的最大障碍。近年 来，我国政府连续颁布了二三十个文件，制定了明确的二氧化硫减排目标，因此 以燃煤为主的

13、中国必须发展符合国情的煤电技术。煤电发展新趋势目前，我国煤电机组平均发电煤耗为374 克/千瓦时，高于世界先进水平55 克，因此，提高煤转化效率，节约煤炭资源，是未来煤电发展的重要目标，是实 现煤电可持续发展的重要保障。提高电厂煤炭利用效率的途径，主要是提高发电设备的蒸汽参数。随着科技 的进步，煤电的蒸汽参数已由低压、中压、高压、超高压、亚临界、超临界、高 温超临界，发展到了超超临界和高温超超临界；发电净效率也由低压机组的 20%， 增加到了超超临界机组的 48%；发电煤耗从500 克/千瓦时下降到了 250克/千瓦 时。机组运行压力、温度的提高带来的变化是连锁的，电站锅炉、汽轮机蒸汽参 数的

14、提高使汽轮机带动发电机效率提高，同时又要求辅机技术相应提升，这样， 锅炉、汽轮机、发电机与辅机的连动提升了整个机组的效率。通常机组效率每提 高 1% ，二氧化碳的排放就会减少 2% 。如果超超临界机组能比常规亚临界机组效 率提高7%，二氧化碳的排放量就可以减少 14%。因此，我国发电设备行业应大力 发展百万千瓦级超超临界发电机组技术与产品，并切实加强煤电厂的优化设计， 将节能降耗前移。现今，我国运行的发电机组，平均发电效率在35%左右，发电煤耗在374克 /千瓦时左右；国产亚临界机组的发电效率在 38%左右，发电煤耗在 350 克/千瓦 时左右；引进的 60 万千瓦超临界机组的发电效率在 39

15、%左右，发电煤耗在 310 克/千瓦时左右；超超临界机组的发电效率在44%左右，发电煤耗在256 克/千瓦 时左右。由此可见，提高超临界、超超临界机组的比例，是整体提高煤电机组效率的 有效途径之一。据预测，到 2020年，我国煤电装机容量将新增 2.4 亿千瓦，如 果新增煤电机组的 90%都采用超超临界发电技术，那么我国每年可减少二氧化硫 排放180 万吨左右，减少氮氧化物排放 90万吨左右，这相当于 2001 年我国发电 企业排放总量的 23%。群雄发力超大容量高参数超超临界机组开发需要投入大量资金、设备和人力，对金融、 钢铁、煤炭、运输等行业也会产生明显的影响。目前，欧盟正在执行发展下一代

16、 高效超超临界机组的研发计划“Thermie700计划”），一旦成功，机组的供电效 率可相应提高到 52.5%左右。我国也在探索并推广应用大容量、高参数、高效率、 低污染、高可*性、经济性的先进发电技术。截至今年 6月底，上海电气集团、 哈尔滨电站集团、东方电气集团已签订 16套 100万千瓦超超临界机组合同，哈 尔滨电站集团已签订10套60万66万千瓦超超临界机组合同。小火电机组一般煤耗比较高，污染排放也比较重，小火电发一度电要消耗4 00克以上煤炭，有的可能更高达到500克、600克，现在大型的先进的发电机组， 有超超临界的百万千瓦机组发一度电是280克的煤耗，这个差距很大，多消耗煤 必然要产生更多的排放和