超超臨界

超超臨界機(jī)組的技術(shù)繼承性和可行性最高，同時(shí)高效超超臨界發(fā)電具有最高的效率和最低的建設(shè)成本，具有最優(yōu)性價(jià)比。除了20世紀(jì)五六十年代投運(yùn)的幾臺(tái)超超臨界機(jī)組外， 從90年代初到全世界已經(jīng)新建超超臨界機(jī)組超過100臺(tái)，其參數(shù)還在不斷提高。提高參數(shù)，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)性，降低價(jià)格性能比，降低單位能量的排放是現(xiàn)今火電汽輪機(jī)的發(fā)展方向。

日本、歐洲及美國正在政府和各大公司的支持下進(jìn)行下一步更高參數(shù)超超臨界技術(shù)的研發(fā)，將燃煤電廠的蒸汽初參數(shù)提高到700℃以上，同步采取大幅提高蒸汽初壓力以及二次再熱循環(huán)技術(shù)，大幅度地提高電廠熱能利用率。

煤炭仍然是我國能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，在整個(gè)電網(wǎng)中燃煤火力發(fā)電占70%以上，電力工業(yè)以燃煤發(fā)電為主的格局在相當(dāng)長一段時(shí)期內(nèi)難以改變。

燃煤發(fā)電在創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)電力的同時(shí)，也造成了大量的排放污染。因而在我國發(fā)展700℃高效超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)具有更為重要的戰(zhàn)略意義?？萍疾恳呀?jīng)把“700℃以上高參數(shù)超超臨界發(fā)電”列入新技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域2012年度國家科技計(jì)劃，國家能源局已經(jīng)成立“700℃超超臨界發(fā)電”聯(lián)盟，計(jì)劃2015年建立示范電廠 。

中國一次能源結(jié)構(gòu)中煤炭占到約70%，在整個(gè)電力結(jié)構(gòu)中， 火電占到了絕對多數(shù)。根據(jù)中電聯(lián)2011 年公布的數(shù)據(jù)，截至2010 年底，中國的火電裝機(jī)比例高達(dá)73.4%，而西方國家的比例大多在20%左右。并且中國是全球600℃超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組運(yùn)用最多的國家。

我國已經(jīng)投運(yùn)近80臺(tái)600℃、壓力超過25MPa 的超超臨界機(jī)組。通過600℃超超臨界機(jī)組的技術(shù)研發(fā)及工程實(shí)踐，除鍋爐、汽輪機(jī)部分高溫材料及部分泵和閥門尚未實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化以外，其他已基本形成了600℃超超臨界機(jī)組整體設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行能力，已建立起完整的設(shè)計(jì)體系，擁有了相應(yīng)的先進(jìn)制造設(shè)備及加工工藝。

我國超臨界和超超臨界發(fā)電技術(shù)比發(fā)達(dá)國家起步晚，但憑借國內(nèi)巨大的市場，通過前期的技術(shù)轉(zhuǎn)讓和后期的自主開發(fā)， 600℃超超臨界發(fā)電建成機(jī)組居世界首位。擁有了先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)平臺(tái)、全球最多的600℃超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，這些為我國發(fā)展700℃高效超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組奠定了良好的基礎(chǔ)。

根據(jù)700℃高效超超臨界發(fā)電技術(shù)的難點(diǎn)以及與國外的差距，我國已初步擬定了其技術(shù)發(fā)展路線(2010～2015)，確定的目標(biāo)參數(shù)為：壓力≥35MPa、溫度≥700℃、機(jī)組容量≥60×104kW，并初步制定了研發(fā)進(jìn)度，爭取在“十二五”末建立示范電廠 。

隨著全球溫室效應(yīng)的日益加劇以及煤炭等化石燃料的日漸緊缺，如何進(jìn)一步提高燃煤發(fā)電效率和減少CO₂排放成為亟待解決的問題。

火力發(fā)電行業(yè)面臨著兩方面的壓力，一方面市場競爭的加劇需要降低成本，提高發(fā)電效率；另一方面社會(huì)對環(huán)境問題日益關(guān)注，要求電廠降低SO₂、NO_x、CO₂等的排放，滿足嚴(yán)格的環(huán)保要求。發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電技術(shù)是解決這些問題的關(guān)鍵，其一是開發(fā)利用新的高效發(fā)電技術(shù)，如整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)發(fā)電等；其二是基于常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)，提高機(jī)組的蒸汽參數(shù)，即機(jī)組的超超臨界化(USC)，發(fā)展高經(jīng)濟(jì)性、高效率的高參數(shù)、大容量機(jī)組。提高機(jī)組參數(shù)成為常規(guī)燃煤電廠增效減排的重要途徑，也是燃煤發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的主要方向 。

水的臨界參數(shù)為：tc=374.15℃，Pc=22.129MPa。在臨界點(diǎn)以及超臨界狀態(tài)時(shí)，將看不見蒸發(fā)現(xiàn)象，水在保持單相的情況下從液態(tài)直接變成汽態(tài)。一般將壓力大于臨界點(diǎn)Pc的范圍稱為超臨界區(qū)，壓力小于Pc的范圍稱為亞臨界區(qū)。

從物理意義上講，水的狀態(tài)只有超臨界和亞臨界之分；而超超臨界一般是應(yīng)用在火電廠方面的概念，在物理學(xué)中沒有這個(gè)分界點(diǎn)，只表示超臨界技術(shù)發(fā)展的更高階段，是常規(guī)蒸汽動(dòng)力火電機(jī)組的自然發(fā)展和延伸。由于超超臨界參數(shù)機(jī)組在我國投運(yùn)的數(shù)量最多，超超臨界是我國人為的一種區(qū)分，也稱為優(yōu)化的或高效的超臨界參數(shù)。

超超臨界與超臨界的劃分界限尚無國際統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。我國電力百科全書認(rèn)為主蒸汽壓力≥27MPa為超超臨界機(jī)組。2003年，我國“國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（'863'計(jì)劃）”項(xiàng)目“超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)”中，定義超超臨界參數(shù)為蒸汽壓力≥25MPa，蒸汽溫度≥580℃。

高效超超臨界機(jī)組相對于超超臨界機(jī)組，蒸汽溫度和壓力參數(shù)的提高，對關(guān)鍵部件材料帶來了更高和更新的要求，尤其是材料的熱強(qiáng)性能、抗高溫腐蝕和氧化能力、冷加工和熱加工性能等，因此材料和制造技術(shù)成為發(fā)展先進(jìn)機(jī)組的關(guān)鍵。

已經(jīng)運(yùn)營或處于設(shè)計(jì)建設(shè)階段的超超臨界機(jī)組， 溫度參數(shù)大多在566～610℃，壓力則分為25MPa、27MPa 和30～31MPa 三個(gè)級(jí)別。新高溫鐵素體-馬氏體9%~12%鉻材料已成功應(yīng)用于31MPa、600℃/610℃參數(shù)。經(jīng)過各高溫高壓部件近10多年的應(yīng)用，該材料系列已相當(dāng)成熟，并形成了標(biāo)準(zhǔn)的市場采購規(guī)范。高效超超臨界技術(shù)采用更高的蒸汽溫度700℃以及更高的蒸汽初壓力，對材料提出了更苛刻的要求。

發(fā)達(dá)國家對于先進(jìn)發(fā)電技術(shù)所需的材料均有相應(yīng)的研究戰(zhàn)略，對電廠材料的蠕變、疲勞等長時(shí)性能研究也有長期規(guī)劃，并建立了數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，積累了大量的材料性能數(shù)據(jù)。如歐洲蠕變合作委員會(huì)(ECCC)和日本材料所的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，多數(shù)常用材料的持久強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)間均超過100000h，最長的達(dá)到20～30年。這些數(shù)據(jù)為機(jī)組的合理設(shè)計(jì)和安全可靠運(yùn)行提供了有力的技術(shù)支持。

我國的高溫材料基礎(chǔ)研究較為薄弱，缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高溫材料數(shù)據(jù)庫，這成為制約700℃高效超超臨界發(fā)電技術(shù)發(fā)展的瓶頸。在材料方面有兩大問題：第一，如何按照汽輪機(jī)使用間隔長的要求選擇現(xiàn)有的鎳材料，包括在補(bǔ)充長期高溫性能試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對材料進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化；第二，汽輪機(jī)部件大型化，要求對鑄鍛、焊接、熱處理等工藝性能進(jìn)行研究，例如單個(gè)鍛件的尺寸加大，質(zhì)量達(dá)到8～10t。

可選擇的材料有轉(zhuǎn)子及閥門汽缸的617、625；高溫管道的617、740、263；螺栓的M252等。根據(jù)汽輪機(jī)的強(qiáng)度要求，材料的長期高溫性能以達(dá)到100MPa 為目標(biāo)，長期性能試驗(yàn)(從20000h、30000h到100000h)的代價(jià)非常大。上述材料在長期性能以及鍛件大型化的基礎(chǔ)上是否要進(jìn)行成分的優(yōu)化調(diào)整(例如日本對用于轉(zhuǎn)子的617 材料、用于螺栓的M252 材料都進(jìn)行了微量元素的調(diào)整)，調(diào)整必將增加研究的周期及資金和人力投入。大型化鑄鍛件(閥門、轉(zhuǎn)子鍛件、汽缸)工藝、熱處理規(guī)范的研究投入以及實(shí)物的運(yùn)行試驗(yàn)研究周期長、投入大，根據(jù)AD700 的報(bào)道，僅這方面的投入費(fèi)用就達(dá)到近6000萬歐元。同時(shí)，鎳基高溫合金的機(jī)械加工切削性能比較差，而汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和汽缸的結(jié)構(gòu)型式復(fù)雜，必須經(jīng)過大量的切削加工過程，因此必須針對加工制造工藝進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)研究，建立合適的加工方法和加工參數(shù)，選擇合適的加工制造設(shè)備廠，設(shè)計(jì)合適的加工切削刀具、切削工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)制造裝夾工具、質(zhì)量檢驗(yàn)工具等。

由于電廠耐熱材料與影響國計(jì)民生的能源和環(huán)境兩大問題均關(guān)系密切，有必要制定相應(yīng)的研究和開發(fā)戰(zhàn)略，通過加大材料研發(fā)的力度，加大試驗(yàn)研究裝置的建設(shè)和研究力量的投入。同時(shí)不放棄向國外吸取經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，通過參與國際研發(fā)項(xiàng)目掌握新型耐熱鋼的特性，通過建立材料性能數(shù)據(jù)庫和共享機(jī)制，并與國際數(shù)據(jù)平臺(tái)合作，形成完整的材料技術(shù)支撐體系，促進(jìn)高效超超臨界等先進(jìn)火力發(fā)電技術(shù)在我國的發(fā)展。

開發(fā)700℃高效超超臨界火力發(fā)電技術(shù)對我國電力事業(yè)、環(huán)境保護(hù)具有十分重要的意義。機(jī)組的蒸汽參數(shù)是決定機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的重要因素，亞臨界機(jī)組的供電效率一般為36%～38%，設(shè)計(jì)供電煤耗為340～320g/(kW·h)左右；超臨界機(jī)組的供電效率為41%～43%，設(shè)計(jì)供電煤耗為300～286g/(kW·h)左右；采用先進(jìn)的700℃高效超超臨界火力發(fā)電機(jī)組，通過提高參數(shù)、優(yōu)化系統(tǒng)可使供電效率達(dá)到46%以上，供電煤耗可進(jìn)一步降至250g/(kW·h)以下?？梢?，700℃高效超超臨界火力發(fā)電機(jī)組的節(jié)能效果顯著，同時(shí)由于煤耗下降，還大大降低了粉塵、SO₂、NO_x及CO₂等的排放量。

700℃高效超超臨界火力發(fā)電技術(shù)對節(jié)約煤炭資源、提高發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性以及改善環(huán)境都顯示出相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性。發(fā)展700℃高效超超臨界發(fā)電技術(shù)，可以滿足新增機(jī)組、替換低效機(jī)組的需求，有效節(jié)約能源，改善環(huán)境，降低CO₂排放，實(shí)現(xiàn)高層次的產(chǎn)業(yè)升級(jí) 。2100433B

前言

第一章超臨界及超超臨界機(jī)組的技術(shù)性能

第一節(jié)超臨界及超超臨界機(jī)組的發(fā)展概況

第二節(jié)超臨界和超超臨界機(jī)組的容量及參數(shù)

第三節(jié)超臨界機(jī)組的熱效率及煤耗

第四節(jié)超臨界機(jī)組與亞臨界機(jī)組的主要區(qū)別

第五節(jié)超臨界鍋爐的性能要求

第六節(jié)超臨界直流鍋爐的主要特點(diǎn)

第七節(jié)新一代超臨界鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)

第八節(jié)部分超臨界鍋爐燃用的典型煤質(zhì)

第二章超臨界及超超臨界鍋爐的型式及系統(tǒng)

第一節(jié)X電廠600MW超臨界鍋爐

第二節(jié)B電廠600MW超臨界鍋爐

第三節(jié)Q電廠600MW超臨界鍋爐

第四節(jié)C電廠600MW超超臨界鍋爐

第五節(jié)典型的1000MW超超臨界鍋爐

第六節(jié)塔型超臨界和超超臨界鍋爐

第七節(jié)上海石洞口　第二電廠600MW超臨界鍋爐

第八節(jié)800MW超臨界鍋爐

第三章超臨界鍋爐水冷壁的傳熱及水動(dòng)力特性

第一節(jié)超臨界壓力下水和水蒸氣的熱物理特性

第二節(jié)超臨界壓力下水冷壁管的傳熱特性

第三節(jié)水冷壁型式與質(zhì)量流速優(yōu)化設(shè)計(jì)

第四節(jié)螺旋管圈水冷壁的特點(diǎn)及水動(dòng)力特性

第五節(jié)光管垂直管屏水冷壁的特點(diǎn)及水動(dòng)力特性

第六節(jié)內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁的變壓運(yùn)行特性

第七節(jié)30MPa以上壓力水冷壁的水動(dòng)力及傳熱特性

第八節(jié)超臨界鍋爐水冷壁工質(zhì)溫度控制

第九節(jié)超臨界鍋爐水冷壁傳熱惡化的判據(jù)

第十節(jié)1000MW超超臨界鍋爐的水冷壁系統(tǒng)

第四章超臨界鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)及啟動(dòng)特性

第一節(jié)超臨界直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的主要任務(wù)

第二節(jié)帶循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)

第三節(jié)帶循環(huán)泵和擴(kuò)容器的啟動(dòng)系統(tǒng)

第四節(jié)簡化型啟動(dòng)系統(tǒng)

第五節(jié)帶快速啟動(dòng)旁路的啟動(dòng)系統(tǒng)

第六節(jié)帶三級(jí)旁路的啟動(dòng)系統(tǒng)

第七節(jié)帶大氣式擴(kuò)容器的啟動(dòng)系統(tǒng)

第八節(jié)超臨界機(jī)組的啟動(dòng)特性

第九節(jié)超臨界機(jī)組的旁路系統(tǒng)與啟動(dòng)方式

第五章超臨界機(jī)組的金屬材料

第一節(jié)超臨界機(jī)組金屬材料的類型和性能

第二節(jié)超臨界機(jī)組鍋爐的金屬材料

第三節(jié)超臨界機(jī)組汽輪機(jī)的金屬材料

第六章超臨界鍋爐的中間點(diǎn)溫度控制和汽溫調(diào)節(jié)

第一節(jié)超臨界鍋爐的中間點(diǎn)溫度控制

第二節(jié)超臨界鍋爐的汽溫特性

第三節(jié)超臨界鍋爐的汽溫調(diào)節(jié)

第四節(jié)500和800MW超臨界機(jī)組的運(yùn)行特性

第五節(jié)上海石洞口　第二電廠600MW超臨界鍋爐的運(yùn)行特性

第六節(jié)超臨界機(jī)組的變壓運(yùn)行

第七章煤粉燃燒新技術(shù)及超臨界鍋爐爐型結(jié)構(gòu)分析

第一節(jié)低負(fù)荷運(yùn)行無油穩(wěn)燃技術(shù)

第二節(jié)燃燒過程N(yùn)O2控制新技術(shù)

第三節(jié)超臨界鍋爐燃燒器及配風(fēng)技術(shù)

第四節(jié)超臨界和超超臨界鍋爐的爐型結(jié)構(gòu)分析

第八章亞臨界參數(shù)鍋爐的類型及性能

第一節(jié)亞臨界參數(shù)鍋爐的主要類型

第二節(jié)亞臨界參數(shù)鍋爐的汽包裝置

第三節(jié)自然循環(huán)鍋爐的技術(shù)性能

第四節(jié)控制循環(huán)鍋爐的技術(shù)性能

第五節(jié)復(fù)合循環(huán)鍋爐的技術(shù)性能

第九章亞臨界參數(shù)鍋爐的運(yùn)行特性

第一節(jié)給水壓力與溫度變化的靜態(tài)特性

第二節(jié)過熱蒸汽壓力與溫度變化的靜態(tài)特性

第三節(jié)再熱蒸汽壓力與溫度變化的靜態(tài)特性

第四節(jié)蒸汽流量、燃料量及過量空氣系數(shù)

第五節(jié)亞臨界機(jī)組的啟動(dòng)特性

第十章亞臨界鍋爐受熱面布置及傳熱特性

第一節(jié)亞臨界鍋爐受熱面布置的特點(diǎn)

第二節(jié)汽溫調(diào)節(jié)方式與受熱面?zhèn)鳠崽匦?

第三節(jié)亞臨界鍋爐過熱器和再熱器系統(tǒng)

第十一章W型火焰鍋爐的燃燒技術(shù)和綜合性能

第一節(jié)W型火焰鍋爐的整體布置

第二節(jié)W型火焰鍋爐的技術(shù)特點(diǎn)

第三節(jié)W型火焰鍋爐的燃燒技術(shù)

第四節(jié)W型火焰鍋爐的汽溫特性

第五節(jié)變負(fù)荷過程的動(dòng)態(tài)特性

第六節(jié)配置W火焰鍋爐的660MW機(jī)組的啟動(dòng)特性

第十二章亞臨界鍋爐的水動(dòng)力及傳熱特性

第一節(jié)亞臨界鍋爐水動(dòng)力特性概述

第二節(jié)亞臨界自然循環(huán)鍋爐的水動(dòng)力及傳熱特性

第三節(jié)控制循環(huán)鍋爐的水動(dòng)力特性

第四節(jié)循環(huán)特性參數(shù)之間的關(guān)系

第十三章調(diào)峰機(jī)組的變壓運(yùn)行

第一節(jié)調(diào)峰機(jī)組變壓運(yùn)行的特點(diǎn)

第二節(jié)調(diào)峰鍋爐運(yùn)行中的主要問題

第三節(jié)調(diào)峰鍋爐的變壓運(yùn)行特性

第四節(jié)幾種典型鍋爐的調(diào)峰性能

第十四章大容量鍋爐熱力計(jì)算的改進(jìn)方法

第一節(jié)現(xiàn)行方法的特點(diǎn)與問題

第二節(jié)前蘇聯(lián)的爐膛換熱計(jì)算校準(zhǔn)方法

第三節(jié)分隔屏過熱器傳熱計(jì)算的改進(jìn)方法

第四節(jié)屏式過熱器傳熱計(jì)算的改進(jìn)方法

第五節(jié)大容量鍋爐爐膛溫度分布計(jì)算的改進(jìn)方法

第六節(jié)煤的灰污特性與受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

第十五章大容量鍋爐的火焰探測技術(shù)

第一節(jié)火焰探測技術(shù)的發(fā)展及類型

第二節(jié)紅外動(dòng)態(tài)火焰探測原理及系統(tǒng)組成

第三節(jié)紅外光譜火焰動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性

第四節(jié)可見光火焰探測系統(tǒng)組成及運(yùn)行原理

參考文獻(xiàn)2100433B

《超超臨界及亞臨界參數(shù)鍋爐》重點(diǎn)闡述了包括超臨界機(jī)組的新技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性；各種型式的超臨界和超超臨界鍋爐的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及系統(tǒng)布置；超臨界鍋爐螺旋管圈水冷壁與內(nèi)螺紋管垂直管屏水冷壁的流動(dòng)特性和傳熱特性，以及優(yōu)化設(shè)計(jì)；超臨界鍋爐中間點(diǎn)溫度和水煤比的優(yōu)化控制；超臨界鍋爐的汽溫特性和汽溫調(diào)節(jié)；超臨界直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)及啟動(dòng)特性；超臨界機(jī)組的金屬材料；煤粉燃燒新技術(shù)。書中內(nèi)容還包括亞臨界參數(shù)鍋爐的設(shè)計(jì)理論和運(yùn)行特性；調(diào)峰機(jī)組的變壓運(yùn)行以及火焰檢測技術(shù)等。

本書適用于從事超臨界和超超臨界以及亞l臨界機(jī)組鍋爐設(shè)計(jì)、運(yùn)行的工程技術(shù)人員、科研人員及管理人員，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)的研究生和本科生參考。