5、韩东太--煤电新技术专题讲座
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2010.7
中国矿业大学电力工程学院
热电冷三联产
热电冷三联产指锅炉产生的蒸汽在背压汽轮 机或抽汽汽轮机发电，其排汽或抽汽，除满足各 种热负荷外，还可做吸收式制冷机的工作蒸汽， 生产6～8℃冷水用于空调或工艺冷却 . 热电冷三联产的优点： （1）蒸汽不在降压或经减温减压后供热，而是先发 电，然后用抽汽或排汽满足供热、制冷的需要， 可提高能源利用率； （2）增大背压机负荷率，增加机组发电，减少冷凝 损失，降低煤耗； （3）保证生产工艺，改善生活质量，减少从业人员， 提高劳动生产率；代替数量大、型式多的分散空 调，改善环境景观，避免“热岛”现象。
2010.7
中国矿业大学电力工程学院
1.2 采用高性能汽轮机
汽轮机制造技术已很成熟，但仍有进一步提高其效率的空间， 主要有以下三种途径： (1)首先是进一步增加末级叶片的环形排汽面积，从而达到减小 排汽损失的目的。末级叶片的环形排汽面积取决于叶片高度， 后者受制于材料的耐离心力强度。日本700MW机组已成功采用 钛制1.016M的长叶片，它比目前通常采用的 12Cr钢制的0.842M 的叶片增加了离心力强度，排汽面积增加了 40％，由于降低了 排汽损失，效率提高1.6％。 (2)其次是采用减少二次流损失的叶栅。叶栅汽道中的二次流会 干扰工作的主汽流产生较大的能量损失，要进一步研制新型叶 栅，以减少二次流损失。 (3)最后是减少汽轮机内部漏汽损失。汽轮机隔板与轴间、动叶 顶部与汽缸、动叶与隔板间均有一定间隙。这些部位均装有汽 封，以减少漏汽损失。要研制新型汽封件以减少漏汽损失。
2010.7
中国矿业大学电力工程学院
超临界机组发展趋势
世界第一台，1959年（美国） ，125MW， 31MPa, 621/566/566℃。 目前单机容量最大（美国）1300MW，26.5MPa, 538/538℃，共有六台，第一台1969投产。 目前参数最高的是（美国西屋公司制造） 325MW，34.3MPa, 649/566/566℃，二次再热, 1959年投产。 欧洲几大发电集团正合作攻关蒸汽温度为700 ℃ 的燃煤机组.2015达到40MPa/700/720℃
2010.7
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2 多联产发电技术
火电机组在发电的同时，用抽汽或背压机组的 排汽进行供热，由于实现了热能的梯级利用，其总 的能源利用率为80％～90％。如果联合循环机组用 于热电联产，即高作功能力的燃气（1000℃以上） 在燃气轮机中做功，其排气在余热锅炉中产生中等 作功能力的蒸汽（500℃以上），驱动汽轮机继续做 功，其低作功能力的抽汽或排汽用于工业或生活用 汽用热，形成联合循环热电联产，其总的能源利用 率可达80%～90%（理论极限为93%）。热电联产 比热电分产可节约能源30％左右。我国有50万台工 业锅炉，年耗煤4亿吨，平均容量2.28吨/时，如果其 供热量的一半由热电联产供给，则年可节煤1.2亿吨。
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e) f)
中国矿业大学电力工程学院
燃气-蒸汽联合循环发展趋势
1.目标 美国雄心 勃勃的ATS 计划和 GAGT计划
效率60% 初温1427℃
价格降低10%
NOX降低10%
2010.7
中国矿业大学电力工程学院
2.技术措施
采用压气机中间冷却技术 燃气透平通流部分改造,陶瓷叶片和喷涂技术 研究湿空气透平(HAT)循环 燃煤技术方面五种方案: IGCC,PFBC-CC,第二代PFBC-CC,采用高温陶瓷管的 外燃式联合循环(EFCC)以及直接在燃气轮机中燃用 水煤浆.
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中国酸雨问题
• 中国是燃煤大国，煤炭在能源消耗中占了70%，因而我国 的大气污染主要是燃煤造成的。我国生产的煤炭，平均含 硫份约为1.1%。由于一直未加以严格控制，致使我国在工 业化水平还不算高的现在就形成了严重的大气污染状况。 目前我国二氧化硫排放量已达1800多万吨。二氧化硫排放 引起的酸雨污染不断扩大，已从80年代初期的西南局部地 区扩展到长江以南大部分城市和乡村，并向北方发展。
热效率:42%
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中国矿业大学电力工程学院
燃气-蒸汽联合循环发电技术 （Combined Circle，简称CC或GTCC）
联合循环:就是把在中低温区工作的蒸汽轮 机的朗肯（Rankine）循环和在高温区工 作的燃气轮机的布雷登（Brayton）循环 的叠置，组成一个总能系统循环，由于它 有很高的燃气初温（1200℃～1500℃）和 蒸汽作功后很低的终温（30～40℃），实 现了热能的梯级利用，使总的循环效率很 高。
4 洁净煤燃烧发电技术
燃煤发电目前存在着两个突出的问题：
1、燃煤技术有待改善，煤的利用率要提高； 2、煤燃烧产生大量的烟尘、CO2、SO2 、NOX等污 染环境的排放物。我国烟尘排放量的70％、二氧化 硫排放量的90％都来自燃煤。
洁净煤技术（CCT-Clean Coal Techno1ogy）， 指的是在利用煤炭发挥一次能源最大作用的同时， 污染环境的气、固、液态排放量最少；也可定义 为减少污染、提高效率的煤炭开采加工、运输、 转化、燃烧、污染控制、综合利用等技术的总称。 它是以三E为目标（经济Economics，环境 Enviroment，效率Efficieney），是先进、清洁 的“绿色煤电”。
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2010.7
酸雨
中国矿业大学电力工程学院 我国87%的SO2排放来自煤燃烧
SO2 NOx
燃煤产生的 酸性排放物 进入空气中， 经过一系列 作用就形成 了酸雨 （pH<5.6)。
H2SO4 HNO3
酸雨使森林退化，湖泊酸化，鱼类死亡，水生生物种群减少， 农田土壤酸化、贫瘠，有毒重金属污染增强，粮食、蔬菜、瓜果大 面积减产，使建筑物和桥梁损坏，文物面目皆非。
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１提高超临界火电机组效率
1.1 提高初参数，采用超超临界
初参数的提高主要受金属材料在高温下性能 是否稳定的限制，超临界机组初温可达538℃～ 576℃。随着冶金技术的发展，耐高温性能材料的 不断出现，初温可提高到600℃～700℃。 日本东芝公司1980年着手开发两台0型两段再 热的700MW超超临界汽轮机，1989年和1990年投 产，运行稳定，达到提高发电端热效率5％的预期 目标，即发电端效率为41％，据推算，超超临界 机组的供电煤耗可降低到279g／kWh。
3.最新进展:USA,GE公司推出初温1288℃,联合循环的单 机功率为376.2MW,供电效率56.3%,型号为9G和9H系列.
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HAT循环（湿空气蒸发-回热式双流体循环）
指软化水经燃机排气加热后喷入压气机出口蒸发器中 被高温高压空气蒸发，空气与水蒸汽混合物在回热器 中被燃气排气加热后，供给燃烧室，产生的燃气、蒸 汽混合物进入燃气轮机作功。 由于燃机排气余热的充分利用，可大大提高循环效率； 由于燃机工质流量增加，使机组功率也大大增加；由 于没有了蒸汽轮机，使系统大为简化，造价仅为余热 锅炉型联合循环的50％。如果把整体煤气化产生的煤 气经净化后供燃烧室燃烧，就形成IGHAT循环，也大 大简化系统，节约投资。
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超临界火电机组概况
世界第一台125MW超临界机组于1959年4月在美国投运, 至今已有近40年的历史，目前超临界机组最大单机容量 为1300MW，在美国、日本及俄国，超临界机组占火电 容量的50%以上。目前，国际上已经投运了单机在 800MW以上火电机组的国家主要有美国、日本、俄国和 德国。 我国以往6 000 MW机组大都是进口设备。河南华能沁北 电厂2×600MW机组是第一台国产超临界机组示范电站， 主机招标锅炉由东方锅炉厂中标，汽轮发电机组由哈尔 滨动力集团中标；发电机由上汽发电集团中标；该工程 于2004年9月投产。华能玉环电厂工程是中国“863计划 “中引进超超临界发电技术，实现国产化依托工程的国 家重点建设项目，由中国华能集团公司独资建设，一期 建设2台100万千瓦超超临界燃煤机组，于2006年12月建 成投产，成为中国第一座单机装机容量达百万千瓦的电 厂
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燃气-蒸汽联合循环
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燃气-蒸汽联合循环系统
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燃气轮机电厂
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联合循环优点
a) b) c) d) 热效率高， E级联合循环效率51－52％,F级55－ 57％，H级达到60％以上； 低污染，环保性能好,可将NOx排放控制在 50mg/Nm3以内； 运行灵活，可靠性高，可日启停、调峰性能好, 燃机单循环可以在20分钟内带满负荷,联合循环 可以在60分钟内带满负荷； 单位容量投资较低，简单燃气轮机每千瓦投资 为l00～300美元/kW，汽轮发电机组为600～ 1000美元/kW，而联合循环发电机组为280～ 530美元/kW； 节水，为同容量常规电站用水量的1/3； 可以实现黑启动、提高电网安全性。
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3 燃气－蒸汽联合循环发电技术
燃气轮机:
进气温度1370℃~1500℃, 平均吸热温度高;
排气温度450~600℃, 平均放热温度高;
热效率:33%-38%
蒸汽轮机: 燃气蒸汽联 合循环
进气温度540~560℃,缺点:平均吸热温度低; 排气温度30~38℃,优点:平均放热温度低;
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超临界、超超临界机组的特点
机组热效率高(与同容量亚临界火电机组比较， 超临界机组可提高效率2-2.5%，超超临界机组 可提高效率约5%,供电煤耗可降低到279g/Kw.h)， 可靠性好，环保指标先进； 可复合变压运行，调峰性能好； （1）在低负荷时效率高； （2）具有良好的启动性能； （3）具有良好的负荷适应性。 蒸汽压力高，蒸汽比容小，汽轮机叶片短，加 之级问压差大，影响内效率，因而超临界及超 超临界参数更适于大容量机组。
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1.3 建设有大容量火电机组群的大电厂
世界上2000 MW以上大型火电厂有82座，其中 4000MW以上的5座，世界最大的燃褐煤和燃烟煤 的火电厂分别是波兰的贝尔哈托夫电厂和南非的 肯达尔电厂，最大的燃气和燃油电厂分别是俄罗 斯的苏尔古特第二火电厂和日本鹿岛火电厂，其 装机容量分别为4320 MW／4 116 MW，4800MW 和4400 MW 我国目前最大的火力发电厂——内蒙古大唐国际 托克托发电公司总装机容量5400MW，是目前全 国最大在役火力发电厂。（共8台600MW,2台 300MW机组）
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主 要 内 容
提高超临界火电机组效率 多联产发电技术 燃气－蒸汽联合循环发电技术 洁净煤燃烧发电技术 燃煤磁流体发电技术 空冷发电技术 余热回收发电技术 火电厂计算机控制技术 新能源发电技术
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热、电、煤气三联产
煤中挥发份和部分固定碳受热后气化，产生城 市煤气供万人城镇民用，焦碳送CFB锅炉中燃烧产 生蒸汽，用于热电联产 。 此外，在电厂中安装蓄热器回收排热或机组起停过 程中排汽，可对热负荷移峰填谷；可增加尖峰发电 力出力，提高能源利用率和机组稳定运行水平。 还有一种双背压凝汽式汽轮发电机，是通过凝结水 串联通过凝汽器的两个部分，形成两个不同的背压。 由于改善了蒸汽热负荷的不均匀性，使其平均背压 低于传统的单背压汽轮机的背压，可提高循环热效 率。
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超临界机组关键技术
a) a) b) c) 新钢种的研究开发 新钢种的开发与应用； 调峰运行问题； 材料的研究与国产化。 超临界压力锅炉的关键技术 超临界压力汽轮机的关键技术 其它关键技术 汽水化学工况； 辅助设备； 自动控制技术； 运行技术。
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联合循环的基本型式
1、不补燃余热锅炉联合循环系统
ห้องสมุดไป่ตู้
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2 有补燃的余热锅炉型联合循环
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3、增压锅炉型联合循环
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4 程式双流体循环
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热电冷三联产
热电冷三联产指锅炉产生的蒸汽在背压汽轮 机或抽汽汽轮机发电，其排汽或抽汽，除满足各 种热负荷外，还可做吸收式制冷机的工作蒸汽， 生产6～8℃冷水用于空调或工艺冷却 . 热电冷三联产的优点： （1）蒸汽不在降压或经减温减压后供热，而是先发 电，然后用抽汽或排汽满足供热、制冷的需要， 可提高能源利用率； （2）增大背压机负荷率，增加机组发电，减少冷凝 损失，降低煤耗； （3）保证生产工艺，改善生活质量，减少从业人员， 提高劳动生产率；代替数量大、型式多的分散空 调，改善环境景观，避免“热岛”现象。
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1.2 采用高性能汽轮机
汽轮机制造技术已很成熟，但仍有进一步提高其效率的空间， 主要有以下三种途径： (1)首先是进一步增加末级叶片的环形排汽面积，从而达到减小 排汽损失的目的。末级叶片的环形排汽面积取决于叶片高度， 后者受制于材料的耐离心力强度。日本700MW机组已成功采用 钛制1.016M的长叶片，它比目前通常采用的 12Cr钢制的0.842M 的叶片增加了离心力强度，排汽面积增加了 40％，由于降低了 排汽损失，效率提高1.6％。 (2)其次是采用减少二次流损失的叶栅。叶栅汽道中的二次流会 干扰工作的主汽流产生较大的能量损失，要进一步研制新型叶 栅，以减少二次流损失。 (3)最后是减少汽轮机内部漏汽损失。汽轮机隔板与轴间、动叶 顶部与汽缸、动叶与隔板间均有一定间隙。这些部位均装有汽 封，以减少漏汽损失。要研制新型汽封件以减少漏汽损失。
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超临界机组发展趋势
世界第一台，1959年（美国） ，125MW， 31MPa, 621/566/566℃。 目前单机容量最大（美国）1300MW，26.5MPa, 538/538℃，共有六台，第一台1969投产。 目前参数最高的是（美国西屋公司制造） 325MW，34.3MPa, 649/566/566℃，二次再热, 1959年投产。 欧洲几大发电集团正合作攻关蒸汽温度为700 ℃ 的燃煤机组.2015达到40MPa/700/720℃
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2 多联产发电技术
火电机组在发电的同时，用抽汽或背压机组的 排汽进行供热，由于实现了热能的梯级利用，其总 的能源利用率为80％～90％。如果联合循环机组用 于热电联产，即高作功能力的燃气（1000℃以上） 在燃气轮机中做功，其排气在余热锅炉中产生中等 作功能力的蒸汽（500℃以上），驱动汽轮机继续做 功，其低作功能力的抽汽或排汽用于工业或生活用 汽用热，形成联合循环热电联产，其总的能源利用 率可达80%～90%（理论极限为93%）。热电联产 比热电分产可节约能源30％左右。我国有50万台工 业锅炉，年耗煤4亿吨，平均容量2.28吨/时，如果其 供热量的一半由热电联产供给，则年可节煤1.2亿吨。
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e) f)
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燃气-蒸汽联合循环发展趋势
1.目标 美国雄心 勃勃的ATS 计划和 GAGT计划
效率60% 初温1427℃
价格降低10%
NOX降低10%
2010.7
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2.技术措施
采用压气机中间冷却技术 燃气透平通流部分改造,陶瓷叶片和喷涂技术 研究湿空气透平(HAT)循环 燃煤技术方面五种方案: IGCC,PFBC-CC,第二代PFBC-CC,采用高温陶瓷管的 外燃式联合循环(EFCC)以及直接在燃气轮机中燃用 水煤浆.
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中国酸雨问题
• 中国是燃煤大国，煤炭在能源消耗中占了70%，因而我国 的大气污染主要是燃煤造成的。我国生产的煤炭，平均含 硫份约为1.1%。由于一直未加以严格控制，致使我国在工 业化水平还不算高的现在就形成了严重的大气污染状况。 目前我国二氧化硫排放量已达1800多万吨。二氧化硫排放 引起的酸雨污染不断扩大，已从80年代初期的西南局部地 区扩展到长江以南大部分城市和乡村，并向北方发展。
热效率:42%
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燃气-蒸汽联合循环发电技术 （Combined Circle，简称CC或GTCC）
联合循环:就是把在中低温区工作的蒸汽轮 机的朗肯（Rankine）循环和在高温区工 作的燃气轮机的布雷登（Brayton）循环 的叠置，组成一个总能系统循环，由于它 有很高的燃气初温（1200℃～1500℃）和 蒸汽作功后很低的终温（30～40℃），实 现了热能的梯级利用，使总的循环效率很 高。
4 洁净煤燃烧发电技术
燃煤发电目前存在着两个突出的问题：
1、燃煤技术有待改善，煤的利用率要提高； 2、煤燃烧产生大量的烟尘、CO2、SO2 、NOX等污 染环境的排放物。我国烟尘排放量的70％、二氧化 硫排放量的90％都来自燃煤。
洁净煤技术（CCT-Clean Coal Techno1ogy）， 指的是在利用煤炭发挥一次能源最大作用的同时， 污染环境的气、固、液态排放量最少；也可定义 为减少污染、提高效率的煤炭开采加工、运输、 转化、燃烧、污染控制、综合利用等技术的总称。 它是以三E为目标（经济Economics，环境 Enviroment，效率Efficieney），是先进、清洁 的“绿色煤电”。
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酸雨
中国矿业大学电力工程学院 我国87%的SO2排放来自煤燃烧
SO2 NOx
燃煤产生的 酸性排放物 进入空气中， 经过一系列 作用就形成 了酸雨 （pH<5.6)。
H2SO4 HNO3
酸雨使森林退化，湖泊酸化，鱼类死亡，水生生物种群减少， 农田土壤酸化、贫瘠，有毒重金属污染增强，粮食、蔬菜、瓜果大 面积减产，使建筑物和桥梁损坏，文物面目皆非。
中国矿业大学电力工程学院
１提高超临界火电机组效率
1.1 提高初参数，采用超超临界
初参数的提高主要受金属材料在高温下性能 是否稳定的限制，超临界机组初温可达538℃～ 576℃。随着冶金技术的发展，耐高温性能材料的 不断出现，初温可提高到600℃～700℃。 日本东芝公司1980年着手开发两台0型两段再 热的700MW超超临界汽轮机，1989年和1990年投 产，运行稳定，达到提高发电端热效率5％的预期 目标，即发电端效率为41％，据推算，超超临界 机组的供电煤耗可降低到279g／kWh。
3.最新进展:USA,GE公司推出初温1288℃,联合循环的单 机功率为376.2MW,供电效率56.3%,型号为9G和9H系列.
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HAT循环（湿空气蒸发-回热式双流体循环）
指软化水经燃机排气加热后喷入压气机出口蒸发器中 被高温高压空气蒸发，空气与水蒸汽混合物在回热器 中被燃气排气加热后，供给燃烧室，产生的燃气、蒸 汽混合物进入燃气轮机作功。 由于燃机排气余热的充分利用，可大大提高循环效率； 由于燃机工质流量增加，使机组功率也大大增加；由 于没有了蒸汽轮机，使系统大为简化，造价仅为余热 锅炉型联合循环的50％。如果把整体煤气化产生的煤 气经净化后供燃烧室燃烧，就形成IGHAT循环，也大 大简化系统，节约投资。
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超临界火电机组概况
世界第一台125MW超临界机组于1959年4月在美国投运, 至今已有近40年的历史，目前超临界机组最大单机容量 为1300MW，在美国、日本及俄国，超临界机组占火电 容量的50%以上。目前，国际上已经投运了单机在 800MW以上火电机组的国家主要有美国、日本、俄国和 德国。 我国以往6 000 MW机组大都是进口设备。河南华能沁北 电厂2×600MW机组是第一台国产超临界机组示范电站， 主机招标锅炉由东方锅炉厂中标，汽轮发电机组由哈尔 滨动力集团中标；发电机由上汽发电集团中标；该工程 于2004年9月投产。华能玉环电厂工程是中国“863计划 “中引进超超临界发电技术，实现国产化依托工程的国 家重点建设项目，由中国华能集团公司独资建设，一期 建设2台100万千瓦超超临界燃煤机组，于2006年12月建 成投产，成为中国第一座单机装机容量达百万千瓦的电 厂
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燃气-蒸汽联合循环
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燃气-蒸汽联合循环系统
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燃气轮机电厂
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联合循环优点
a) b) c) d) 热效率高， E级联合循环效率51－52％,F级55－ 57％，H级达到60％以上； 低污染，环保性能好,可将NOx排放控制在 50mg/Nm3以内； 运行灵活，可靠性高，可日启停、调峰性能好, 燃机单循环可以在20分钟内带满负荷,联合循环 可以在60分钟内带满负荷； 单位容量投资较低，简单燃气轮机每千瓦投资 为l00～300美元/kW，汽轮发电机组为600～ 1000美元/kW，而联合循环发电机组为280～ 530美元/kW； 节水，为同容量常规电站用水量的1/3； 可以实现黑启动、提高电网安全性。
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3 燃气－蒸汽联合循环发电技术
燃气轮机:
进气温度1370℃~1500℃, 平均吸热温度高;
排气温度450~600℃, 平均放热温度高;
热效率:33%-38%
蒸汽轮机: 燃气蒸汽联 合循环
进气温度540~560℃,缺点:平均吸热温度低; 排气温度30~38℃,优点:平均放热温度低;
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超临界、超超临界机组的特点
机组热效率高(与同容量亚临界火电机组比较， 超临界机组可提高效率2-2.5%，超超临界机组 可提高效率约5%,供电煤耗可降低到279g/Kw.h)， 可靠性好，环保指标先进； 可复合变压运行，调峰性能好； （1）在低负荷时效率高； （2）具有良好的启动性能； （3）具有良好的负荷适应性。 蒸汽压力高，蒸汽比容小，汽轮机叶片短，加 之级问压差大，影响内效率，因而超临界及超 超临界参数更适于大容量机组。
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1.3 建设有大容量火电机组群的大电厂
世界上2000 MW以上大型火电厂有82座，其中 4000MW以上的5座，世界最大的燃褐煤和燃烟煤 的火电厂分别是波兰的贝尔哈托夫电厂和南非的 肯达尔电厂，最大的燃气和燃油电厂分别是俄罗 斯的苏尔古特第二火电厂和日本鹿岛火电厂，其 装机容量分别为4320 MW／4 116 MW，4800MW 和4400 MW 我国目前最大的火力发电厂——内蒙古大唐国际 托克托发电公司总装机容量5400MW，是目前全 国最大在役火力发电厂。（共8台600MW,2台 300MW机组）
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主 要 内 容
提高超临界火电机组效率 多联产发电技术 燃气－蒸汽联合循环发电技术 洁净煤燃烧发电技术 燃煤磁流体发电技术 空冷发电技术 余热回收发电技术 火电厂计算机控制技术 新能源发电技术
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热、电、煤气三联产
煤中挥发份和部分固定碳受热后气化，产生城 市煤气供万人城镇民用，焦碳送CFB锅炉中燃烧产 生蒸汽，用于热电联产 。 此外，在电厂中安装蓄热器回收排热或机组起停过 程中排汽，可对热负荷移峰填谷；可增加尖峰发电 力出力，提高能源利用率和机组稳定运行水平。 还有一种双背压凝汽式汽轮发电机，是通过凝结水 串联通过凝汽器的两个部分，形成两个不同的背压。 由于改善了蒸汽热负荷的不均匀性，使其平均背压 低于传统的单背压汽轮机的背压，可提高循环热效 率。
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超临界机组关键技术
a) a) b) c) 新钢种的研究开发 新钢种的开发与应用； 调峰运行问题； 材料的研究与国产化。 超临界压力锅炉的关键技术 超临界压力汽轮机的关键技术 其它关键技术 汽水化学工况； 辅助设备； 自动控制技术； 运行技术。
2010.7
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联合循环的基本型式
1、不补燃余热锅炉联合循环系统
ห้องสมุดไป่ตู้
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2 有补燃的余热锅炉型联合循环
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3、增压锅炉型联合循环
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4 程式双流体循环
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