超臨界壓力火力發(fā)電站發(fā)展及原因

超臨界壓力火力發(fā)電站經(jīng)濟(jì)效益

美國從40年代起就開始采用了亞臨界壓力機(jī)組，經(jīng)過多年的發(fā)展，取得了豐富設(shè)計(jì)，制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。并從1955年正式開始在大機(jī)組中采用亞臨界壓力機(jī)組。亞臨界壓力機(jī)組的裝機(jī)容量迅速增長，如1955年投運(yùn)了5臺(tái)，共90萬千瓦；到1956年機(jī)組的數(shù)量不增加到了16臺(tái)，裝機(jī)容量達(dá)到300萬千瓦；1957年，又增加40臺(tái)，共866萬千瓦。初步嘗到了提高蒸汽參數(shù)的甜頭。因?yàn)閬喤R界壓力機(jī)組比高壓或超高壓機(jī)組的電站熱效率高得多。美國當(dāng)時(shí)并沒有滿足于現(xiàn)狀。當(dāng)他們從情報(bào)資料中得知，西德正在加緊研制一臺(tái)8萬千瓦，250噸/時(shí)，300大氣壓，600/560/560°C的超臨界壓力工業(yè)背壓機(jī)組時(shí)，美國也立即組織力量，投入了超臨界壓力機(jī)組的研制工作。在西德許爾斯化工廠第二自備電廠N。1的世界首臺(tái)超臨界壓力工業(yè)背壓機(jī)組投運(yùn)的第二年（1957年），美國菲洛電站世界公共電站第一臺(tái)超臨界壓力機(jī)組也順利投運(yùn)。理論研究和工業(yè)實(shí)踐均表明，超臨界壓力機(jī)組比亞臨界的更優(yōu)越，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果更好。

超臨界壓力火力發(fā)電站節(jié)約能源

由于超臨界壓力機(jī)組的熱耗和煤耗低，一般情況裝機(jī)容量100萬千瓦的電站，與亞臨界壓力機(jī)組相比，每年可節(jié)約燃料6-9萬噸。

超臨界壓力火力發(fā)電站適應(yīng)大機(jī)組發(fā)展的需要

美國火電設(shè)備的單機(jī)容量上升很快，這和蒸汽參數(shù)的提高有直接的關(guān)系。1962年以前，50萬千瓦以上的機(jī)組主要為亞臨界壓力機(jī)組。但在獲得第一批投運(yùn)的另外4臺(tái)超臨界壓力機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)后（指：阿逢，愛迪斯頓，布里德和菲利普斯蓬電站），電力公司便中止了對亞臨界壓力機(jī)組的訂購量。如在1963—1964年，除2臺(tái)機(jī)組外，另外28臺(tái)機(jī)組全部訂購了超臨界壓力機(jī)組。在1963-----1964年還有9臺(tái)單機(jī)容量小于50萬千瓦的機(jī)組（30-40萬千瓦）也訂購了超臨界壓力機(jī)組。在美國1964年以來投運(yùn)的單機(jī)容量在30萬千瓦以上的機(jī)組中，亞臨界壓力的有43臺(tái)，合計(jì)容量1982.9萬千瓦；超臨界壓力的有42臺(tái)，合計(jì)容量2410.1萬千瓦。超臨界壓力機(jī)組占美國1964年以來預(yù)定運(yùn)行總火力發(fā)電量的75---80%。美國當(dāng)時(shí)選擇蒸汽參數(shù)的原則是，超過50萬千瓦的機(jī)組用超臨界，30萬千瓦以下的用亞臨界；30---50萬千瓦之間的，可根據(jù)燃料價(jià)格和發(fā)電成本來決定所采用的蒸汽參數(shù)等級。2100433B

在超臨界鍋爐中，各區(qū)段工質(zhì)的比熱、比容變化劇烈，工質(zhì)的傳熱與流動(dòng)規(guī)律復(fù)雜。變壓運(yùn)行時(shí)隨著負(fù)荷的變化，工質(zhì)壓力將在超臨界到亞臨界的廣泛壓力范圍內(nèi)變化，隨之工質(zhì)物性變化巨大，這些都使得超臨界機(jī)組表現(xiàn)出嚴(yán)重非線性。具體體現(xiàn)為汽水的比熱、比容、熱焓與它的溫度、壓力的關(guān)系是非線性的，傳熱特性、流量特性度、壓力的關(guān)系是非線性的，各參數(shù)間存在非相關(guān)的多元函數(shù)關(guān)系是非線性的，使得受控對象的增益和時(shí)間常數(shù)等動(dòng)態(tài)特性參數(shù)在負(fù)荷變化時(shí)大幅度變化。

超臨界、超超臨界火電機(jī)組具有顯著的節(jié)能和改善環(huán)境的效果，超超臨界機(jī)組與超臨界機(jī)組相比，熱效率要提高1.2%-4%，一年就可節(jié)約6000噸優(yōu)質(zhì)煤。未來火電建設(shè)將主要是發(fā)展高效率高參數(shù)的超臨界（SC）和超超臨界（USC）火電機(jī)組，它們在發(fā)達(dá)國家已得到廣泛的研究和應(yīng)用。

水的臨界參數(shù)為：t_c=374.15℃，P_c=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P_c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℃。

超臨界火力發(fā)電站是指主蒸汽壓力大于水的臨界壓力22.12兆帕的火力發(fā)電站，而亞臨界火力發(fā)電站通常指出口壓力在15.7～19.6兆帕的火力發(fā)電站。習(xí)慣上，又將超臨界火力發(fā)電站分為兩個(gè)層次：一是常規(guī)超臨界參數(shù)火力發(fā)電站，其主蒸汽壓力一般為24兆帕左右，主蒸汽和再熱蒸汽溫度為540～560℃；二是超超臨界火力發(fā)電站，其主蒸汽壓力為25～35兆帕及以上，主蒸汽和再熱蒸汽溫度一般580℃以上。

蒸汽溫度不低于593℃或蒸汽壓力不低于31 MPa被稱為超超臨界。在1985～1990年，美、蘇、日、德、法等國已著手研制開發(fā)可實(shí)際運(yùn)行的超超臨界火力發(fā)電站，并制定了超超臨界火力發(fā)電站的兩步發(fā)展計(jì)劃，其中第一步目標(biāo)是主蒸汽參數(shù)為30 MPa，593℃；第二步目標(biāo)是主蒸汽參數(shù)為34.5 MPa，649℃。第二步目標(biāo)比常規(guī)的蒸汽參數(shù)為24.1MPa，538/566℃的超臨界火力發(fā)電站（國內(nèi)火力發(fā)電站）凈效率提高8.8%。

我國超臨界、超超臨界火力發(fā)電站發(fā)展較晚。我國于上世紀(jì)80年代后期開始從國外引進(jìn)30萬千瓦、60萬千瓦亞臨界火力發(fā)電站，第一臺(tái)超臨界機(jī)組于1992年6月投產(chǎn)于上海石洞口二廠（2×600MW，25.4MPa，541/569℃）。從引進(jìn)到完全消化吸收，用了近20年時(shí)間。國產(chǎn)超臨界發(fā)電技術(shù)從新世紀(jì)元年起步，到投入商業(yè)化運(yùn)行，只用了3年時(shí)間。而國產(chǎn)百萬千瓦超超臨界技術(shù)從項(xiàng)目研發(fā)到2006年玉環(huán)電廠首臺(tái)機(jī)組投運(yùn)，僅用了4年時(shí)間。應(yīng)當(dāng)說，這種跨越式的發(fā)展正是發(fā)電業(yè)和電站裝備制造業(yè)共同進(jìn)步、共同發(fā)展的必然結(jié)果。在“超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)”的研發(fā)和應(yīng)用下，我國發(fā)電業(yè)及電站裝備制造業(yè)的整體水平躍上了一個(gè)新臺(tái)階。2100433B

在超臨界與超超臨界狀態(tài)，水由液態(tài)直接成為汽態(tài)，即由濕蒸汽直接成為過熱蒸汽、飽和蒸汽，熱效率較高，因此超超臨界火力發(fā)電站具有煤耗低、環(huán)保性能好、技術(shù)含量高的特點(diǎn)，機(jī)組熱效率能夠達(dá)到45%左右。節(jié)煤是超超臨界技術(shù)的最大優(yōu)勢，它比國內(nèi)現(xiàn)有最先進(jìn)的超臨界火力發(fā)電站的熱效率提高2%到3%。以熱效率提高1%計(jì)算，對一臺(tái)30萬千瓦的火電火力發(fā)電站來說，一年就可以節(jié)約6000噸優(yōu)質(zhì)煤。超超臨界火力發(fā)電站發(fā)展的方向是在保持其可用率、可靠性、運(yùn)行靈活性和火力發(fā)電站壽命等的同時(shí)，進(jìn)一步提高蒸汽參數(shù)，從而獲得更高的效率和環(huán)保性能。