超超临界机组参数和热力系统的优化分析－68

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1、超超临界机组参数和热力系统的优化分析沈邱农程钧培（上海发电设备成套设计研究所）摘要:本文概要叙述了国外超超临界技术的现状和发展趋势，研究各种因素对超超临界机组参数和热力系统选择的影响，对我国发展超超临界技术的可选方案和经济性作出了初步分析。关键词:超超临界参数热力系统经济性1超超临界技术的发展二十世纪五十年代超超临界技术开发初期，由于蒸汽参数选取过高，超越了当时的材料技术水平，很大程度上影响了超超临界机组的可靠性。其后的20余年，蒸汽参数被降至24.1MPa、538/566℃的超临界水平。但是，由于全球

2、性的节约能源和环境保护的原因，在此期间超超临界技术发展的研究一直在进行，首先重点解决的是高温高强度材料开发。八十年代欧洲以英国为中心进行了COST501项目，研制600℃级的珠光体钢。1998年开始，欧洲16个国家参加了COST522项目，启动了650℃级超超临界机组珠光体材料的开发，计划到2003年结束。日本从1981－2000年在通产省的支持下实施了珠光体钢和奥氏体钢材料研究计划，第一阶段将汽轮机的进汽参数提高到31.1MPa、593℃/593℃/593℃和34.3MPa、649℃/593℃/593

3、℃，发电端效率为44.2％—44.9％。第二阶段将汽轮机进汽参数提高到30MPa、630℃/630℃，发电机端效率达到44.16％。欧盟从1998年还启动了计划长达17年的700℃级超超临界参数的开发项目“AD700计划”（THERMIEPROGRKAM）。目标是开发先进蒸汽参数的超超临界火电机组，将供电效率提高到55％（深海水冷却）或52％（内陆电厂），并且使厂房结构更加紧凑，降低燃煤电厂的投资。“AD700计划”的核心技术是通过镍基超级合金材料的开发和应用，使汽轮机的主蒸汽温度由目前的600℃提高到

4、700℃。为了在将来的超超临界机组中减少使用价格昂贵的镍基超级合金，同时还确立相同温度等级奥氏体钢和铁素体钢的发展计划。“AD700计划”的战略意义是使欧盟成员国燃煤火电机组的技术水平始终处于世界领先水平，因为欧盟各成员国拥有大量亚临界机组到2010年运行寿命接近40年，采用700℃等级的超超临界机组替换老机组，可明显提高热效率。另外欧盟各成员国已批准了《联合国气候变化框架公约》京都议定书，大规模采用高效率的超超临界机组可以使CO2的减排满足“京都议定书”的要求。上述研究计划虽然还没有如期实现，但正在向

5、目标前进，在超超临界机组参数选择、机组设计制造以及运行方面已经取得了阶段成果。新材料的开发始终是超超临界技术发展的关键。国外超超临界技术的发展轨迹十分清楚，上世纪50年代已具有生产蒸汽参数达600℃～650℃机组的材料，但材料技术不成熟，且价格昂贵，影响了超超临界机组的可靠性，因而不得不降低温度参数。直到80年代研究出适用于600～650℃蒸汽参数的9%-12%Cr钢，成本远低于最初用的奥氏体钢和高温合金，且其物理性能与工艺性能都比奥氏体钢优越，给再度生产蒸汽参数为600～650℃的机组创造了条件，90

6、年代起又开始制造超超临界参数机组。目前国外已形成600°C等级的9%-12%Cr钢的材料标准系列，新型高温铁素体-马氏体9%-12%Cr材料已用于31MPa、600°C/610°125C参数的超超临界机组，经过汽轮机各高温高压部件近十多年的应用，这种材料技术已经相当成熟。600°C温度等级的超超临界机组也已经大批量生产和投运，价格越来越具有竞争力。由于世界发达国家用电量已趋于饱和，在新建机组中采用这种高效机组所占比例相当高。对世界近十年来大容量超超临界机组投运或订购情况的分析表明，由于9～12％Cr钢研

7、制成功，各大发电设备制造商正在迅速发展温度参数为600℃的机组。从总体情况分析，目前新建超超临界火电机组主要集中在日本和欧洲市场，汽轮机主蒸汽温度和再热蒸汽温度已普遍达到600°C。根据对日本新建电厂的统计，1998年以来所有新建超超临界机组均已采用600°C等级的温度参数，现役机组实际年均运行小时达到8300小时左右，整体技术已相当成熟。对于主蒸汽压力，日本1990年以来投运机组进汽压力均为25MPa左右。西门子1998年后相继有25.8MPa～30MPa的机组投运，但目前功率大于700MW的机组的进

8、汽压力均不大于26.5MPa，且均为一次再热。九十年代以来，国外尚没有超过27MPa压力百万千瓦级汽轮发电机组设计和投运的报道。在机组容量方面，500MW-700MW容量等级的机组占有相当比例，而对于百万千瓦级超超临界机组，原来由于发电机最大输出功率的限制，以前日本单轴机组功率不超过700MW，1000MW级机组均采用双轴形式。随着技术的发展，日本各制造厂单轴机组功率也开始突破700MW，由东芝制造的第一台1000MW单轴机组已经在2002