超超临界电厂

一、概念

燃煤发电机组是将煤燃烧产生的热能通过发电动力装置（电厂锅炉、汽轮机和发电机及其辅助装置等）转换成电能。燃煤发电机组主要由燃烧系统（以锅炉为核心）、汽水系统（主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成）、发电系统（汽轮机、汽轮发电机）和控制系统等组成。燃烧系统和汽水系统产生高温高压蒸汽，发电系统实现由热能、机械能到电能的转变，控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。

燃煤发电机组运行过程中，锅炉内工质都是水，水的临界点压力为22.12MPa，温度374.15℃；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。超临界机组是指主蒸汽压力大于水的临界压力22.12 MPa的机组，而亚临界机组是指主蒸汽压力低于这个临界压力的机组，通常出口压力在15.7～19.6 MPa。习惯上，又将超临界机组分为两个类型：一是常规超临界燃煤发电机组，其主蒸汽压力一般为24兆帕左右，主蒸汽和再热蒸汽温度为566～593℃；二是超超临界燃煤发电机组，其主蒸汽压力为25～35 MPa及以上，主蒸汽和再热蒸汽温度一般600℃以上，700℃超超临界燃煤发电机组是超超临界发电技术发展前沿。在超临界与超超临界状态，水由液态直接成为汽态，即由湿蒸汽直接成为过热蒸汽、饱和蒸汽，热效率较高，因此，超超临界机组具有煤耗低、环保性能好和技术含量高的特点，且温度越高，热效率越高，煤耗越少。例如，与600℃超超临界发电技术相比，700℃超超临界燃煤发电技术的供电效率将提高至50%，每千瓦时煤耗可再降低近70克，二氧化碳排放减少14%。

不同参数燃煤发电机组的热效率和煤耗

参数名称

蒸汽温度（℃）

蒸汽压力

（MPa）

35

热效率（%） 煤耗（g/kWh）

中温中压

435 500

24

480 390

高温高压

90

33 35

超高压

535

13 17

360 324

亚临界

545 566

38 41

超临界

24 300

超超临界

600

27

43

284

700℃超超临界

700

35

46以上

210

二、700℃超超临界燃煤发电技术发展情况1.发展方向。我国自1993年开始研究超超临界发电技术，目前经历了17年的发展历程，成功开发了600℃和625℃两个温度等级的先进铁素体材料。与超临界相比，超超临界发电技术的热效率提高了2%，每千瓦时煤耗降低了16克。由于先进铁素体材料性能的限制，超超临界燃煤发电技术只是洁净燃煤发电技术发展的初级阶段，尚不能达到与IGCC竞争的目标。因此，以奥氏体及镍合金材料为基础的700℃超超临界燃煤发电技术是洁净燃煤发电技术和装备的根本出路。 2.所用材料。按照参数和材料划分，燃煤发电技术和产品百年发展可划分为三个里程碑：①常规铁素体材料经历了近百年的发展历程，达到超临界参数——压力24.2MPa，温度566℃；② 1993年以先进铁素体材料为基础的洁净燃煤技术发展起来，被视为600℃超超临界的发展阶段；③今后将迎来洁净燃煤发电技术发展最为关键的第三阶段，即奥氏体及镍合金材料为基础的700℃超超临界燃煤发电设备的产业化，起步参数压力≥35MPa，温度≥700℃。

各类别燃煤发电技术指标

发电技术

超临界

超超临界

700℃超超临界

汽轮机材料

常规铁素体钢

先进铁素体钢 9%～10%Cr 18%～25%Cr

奥氏体及镍合金材

料

锅炉材料

9%～18%Cr

参数

24.2MPa

25～30MPa

≥35 MPa ≥700℃/720℃

降低热耗和CO2排放

基准

1.8%～4.2%

≥10%

电厂热效率

41%

43%

46%以上 9～13.5亿

经济效益（元）

基准

1.6～3.8亿

3.参数选择。700℃超超临界燃煤发电机组三个国际研发计划中，设定的最低起

步参数为压力≥35 MPa，温度≥700℃/720℃。以欧盟AD700的17年计划为例，其发展目标为37.5MPa/705℃/700℃,西门子样板示范机组的参数为35

MPa/700℃/720℃；日本2008年开始的九年发展700℃超超临界计划中确定2016年完成35MPa/700℃/720℃/720℃产品的设计，2020年达到750℃，及进一步800℃的目标；美国AD760计划确定的起步参数更高，为37.9MPa/732℃/760℃。 我国确定的起步压力参数为35～37.5 MPa，温度为700℃/720℃。

4.机组容量。由于汽缸排气能力等因素，700℃超超临界机组的单机容量将受到限制。例如，日本确立的机组容量为650MW，欧洲超临界机组采用单轴承支撑，可采用更多汽缸，机组的容量在400～1000MW。

5.技术难点。燃煤电厂蒸汽参数达到700℃需要解决一系列的技术问题：高温材料的研发及长期使用的性能；大口径高温材料管道的制造及加工工艺；高温材料大型铸、锻件的制造工艺；锅炉、汽轮机设计、制造技术；高温部件焊接材料研发及焊接工艺；高温材料的检验技术；机组初参数选择、系统集成设计及减少高温管道用量的紧凑型布置设计。