001 超临界超超临界发电技术的发展及现精品

R e h e a te r P rim a ry S u p e rh e a te r E c o n o m ize r
D eN O x S yste m
A ir H e a te rs
M ills
B o ile r C irc u la tio n F o rc e d D ra ft P rim a ry A ir
347.0
347.1
357.6
333.6
335.2
340.5
341.0
349.2
8
2019年我国火电装机容量构成（亿千瓦）
TPRI
火电机组装机容量构成（截至2009年6月30日）
小于100MW 100MW～299MW 300MW～599MW
600MW及以上
13.38% 21.44% 33.91% 31.27%
东京电力公司/日立中
TPRI
S e c o n d a ry T e rtia ry S u p e rh e a te r S u p e rh e a te r
S te a m S e p a ra to r
Coal Bunker
N O P o rts B urners C oal F eeders
火电29867亿千瓦时，占83.05% 水电5127亿千瓦时，占17.177% 核电700亿千瓦时，占2.34% 风电269亿千瓦时，占0.90%
▪ 供电煤耗率342克/千瓦时（国际先进水平320克/千瓦时）
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发电原煤14亿吨，占煤炭消费的56%
TPRI
到2020年，装机容量达到13.4亿千瓦，火电9.1 亿千瓦，仍占总装机容量的68%
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TPRI
不同容量等级火电机组效率与煤耗的关系
420 400
410 396
单位:克/千瓦时
384
单位热效率(%)=1kWh(3600kJ)/ （标准煤热值(7x4.1868kJ/g)×标
380 360
372 361 351 341
准煤消耗量(g)） ≈123/标煤耗(g)
340
▪ 主要是日本（三菱、东芝、日立）、欧洲（西门 子、阿尔斯通）技术
▪ 2019年以来，我国引进技术、制造建造超超临界
机组
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超超临界发电技术的发展
TPRI
➢ 超临界及以上参数机组投运600余台 ➢ 美国有170多家 ➢ 日本和欧洲各约60套 ➢ 俄罗斯和前东欧国家280多套 ➢ 超超临界参数机组约90台 ➢ 超超临界火力发电--一种高效利用能源的技术，其
压力/温度超过以往任何参数
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TPRI
超超临界发电技术的发展
丹麦:追求高效率、高压(30MPa)、温度580℃， 小容量
德国:主蒸汽压力为(25.0-28.0)MPa，温度多为 580℃，再热温度为(580-600)℃，采用一次再热
日本:提高温度，多为600℃/600℃，压力保持在
332 323
320 300 280
315 307 300 293 286 279 273
260
30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45%
10 12.5-20 30 35 60 1兆瓦机组
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• 超超临界发电技术发展史
TPRI
TPRI
发电厂
Skaerbaek#3 Nordjyllands#3 阿维多 绍保A,B 施瓦茨泵A,B Boxberg Q,R Lippendorf R,S Bexbach#2 尼德20罗21瑟/2/1姆8
状态
丹麦 丹麦 丹麦
德国 德国 德国 德国 德国
燃料
气 煤 气/煤
容量
411 411 410
蒸汽参数 MPa/℃/℃/℃
24.1/566/566 25/566/593
24.6/593/593
25/600/600
25/600/600
24.6/593/593
试运行日 期
1989-6 年1990-6 年1993-4 年1994-12 年2019-3
2019-7 2019-7
2019-7
2019-6
2019-7
20193-27
超临界参数(22.115MPa,374.15℃)
➢ 在此点附近，水的液体和蒸汽密度趋于相同，蒸发 热也接近于零
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• 超超临界发电技术发展史
TPRI
超超临界参数
➢超临界点:22.115MPa，374.15℃
➢超超临界:商业术语，没有明确的物理定义。它只 是表示一个技术参数或技术发展的一个阶段，表示 较高的压力和温度。起点的定义不同
Reihoku#1 原町1号
九州 东北
松浦松浦#2
EPDC
三叉戟Misumi#1
中谷
原町2号
东北
七太20田21/菜2/1尾8 -太田#2
北陆
TPRI
容量 兆瓦 700
700
700
600
500
700
100 0 100 0 100 0 100 0 700
蒸汽参数 MPa/℃/℃/℃ 31/566/566/5 6361/566/566/5 6246.6/538/593 24.6/566/593 24.6/566/593
Pum p
Fans
Fans
特征
1.先进蒸汽工况25.4MPa,604C/602C 2.进口品种煤燃烧 （澳大利亚、印度尼西亚、南非等） ...61种煤
▪ 日本引进美国超临界技术，进行了一系列新的开
发设计 2021/2/18
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• 超超临界发电技术发展史
TPRI
❖ 第三阶段--20世纪90年代进入新一轮发展阶段
▪ 国际环保要求日趋严格
▪ 随着超超临界机组的快速发展，在保证机组可靠 性和可用性的前提下，采用更高的汽温和压力；
▪ 新材料的研制成功和常规超临界技术的成熟为超 超临界机组的研制提供了条件
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中国年二氧化碳排放总量快速上升 目前已超过美国成为世界第一 2020年我国单位国内生产总值CO2排放比
2019年下降40%~45% 实现上述行动目标需要付出艰苦努力
• 超超临界发电技术发展史
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火电机组参数发展史 ▪ 低压-3。92 MPA/450℃ ▪ 高压-9。9 MPa/540℃ ▪ 超高压力-13。7MPa/540℃ ▪ 次临界-16。8MPa ▪ 超临界-22.1MPa以上 ▪ 超超临界-27MPa或600℃以上
29/582/580/5 80 29/582/580/5 8300/580/600
褐煤 450 28.5/545/560
褐煤 874 25.3/544/560
褐煤 910 25.8/541/580
褐煤 930 26.0/550/580
煤
750 25/575/595
褐煤 102 26.5/576/599 5
过热器出口集箱、主蒸汽管调节阀、截止阀出现
疲劳裂纹
▪ 德国1956年投产的超超临界机组也曾发生过奥氏
体钢部件损坏事故
▪ 初始参数为超超临界参数。由于电厂的可靠性问
题，在经历了最初的超超临界参数后，美国在20
世纪60年代末降低到超临界参数
➢ 蒸汽参数在24MPa、538℃-566℃条件下停留20
余年
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效率达到了47%
202可1/2/1靠8 性与亚临界机组无异#
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发展初期走过弯路 以新型耐高温材料研发为支撑 逐步增加蒸汽参数（压力、温度） 二次再热机组试用 向大容量发展 结合热力气动技术和可靠性技术的发展 效率逐步提高 可靠性和亚临界机组阶段#
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3欧洲超超临界发电技术现状
▪ 日本:大于24.2MPa，或达到593℃
▪ 丹麦:大于27.5MPa
▪ 西门子:以材料等级区分
▪ 中国电力百科:高于27MPa
▪ 2021/2/18
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• 超超临界发电技术发展史
❖ 第一阶段--从20世纪50年代开始
▪ 美国菲洛125MW机组 31MPa/621/566/566℃(1957)
EPDC
EPDC 东京
关西 关西
容量 兆瓦 100 0100 0 700
700
350
700
105 0105 0600
100 0900
900
蒸汽参数 MPa/℃/℃/ 24.6/5℃66/59 324.6/566/59 3 24.6/593/59 3 24.6/566/56 624.6/566/59 324.6/593/59 325/600/610
25/600/610
25.5/600/61 024.5/600/60 024.1/593/59 324.1/593/59 3
TPRI
试运行日 期
2019-11 年2019-11 年 2000-10 年 2000-7 2000-7 2019-7 2000-7
2019-7
2019-4 2019
2019 201933
发电厂
日本
电力公司
Binan Hekinann#4
Binan Hekinann#5
鹤2号
橘湾 Karita#1(PFBC) 灵北灵北#2 橘湾立花湾#1
橘湾立花湾#2
Isogo（新#1) 日立中昌路奈克#1
Maizuni#1 Ma2i0z2u1/n2/1i#8 2
楚部
楚部
北陆
四国 九州 九州 EPDC
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▪ 到20世纪80年代，参数基本稳定在超临界参数
• 超超临界发电技术发展史
TPRI
•
❖ 第二阶段--从20世纪80年代初开始
▪ 由于材料技术的发展和电厂对水化学认识的深入， 解决了前期遇到的可靠性问题
▪ 形成了新的结构和新的设计方法，大大提高了机 组的经济性、可靠性和运行灵活性；
▪ 已投运机组可靠性、可用度指标达到亚临界机组 水平
25MPa
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超超临界发电技术的发展
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温度:610℃，材料基本成熟
压力:已投运的大容量(>700MW)机组进汽压力不 超过27.5MPa
容量:400MW～1000MW范围内有成果
未来10年我国将新增火电机组2.6亿千瓦 同时，淘汰国产2.32亿千瓦250MW以下小机组 超超临界机组将有5亿千瓦左右的国内市场需求
我国电力工业发展潜力和市场可观
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截至2009年底，在建和投产的1000MW超超临 界机组超过100台，投产21台
在建投运600兆瓦超临界和超超临界机组200余台， 其中空冷机组约60台
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1.2我国电力技术现状
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2009年发电装机容量8.74亿千瓦 火电6.52亿千瓦，占74.60% 水电1.97亿千瓦，占22.52% 核电908万千瓦，占1.04% 风电1623万千瓦，占1.86%
(6000kW以上机组）发电量35965亿千瓦时
▪ 埃迪斯通325MW机组 34.3MPA/649/565/565℃(1959)
▪ 俄罗斯卡什拉超超临界机组 30.6MP/650℃/565℃(1966)
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• 超超临界发电技术发展史
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▪ 埃迪斯通电厂1#超超临界锅炉--奥氏体钢过热器
管发生高温腐蚀、裂纹、焊接不良损坏、爆管，
试运行日 期 2019
2019
2000
2019-6
2019-8 年 20192000年 20192000年 2019
201929
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日本
发电厂
川上川上#1 川上2号 Binan Hekinann#3 可以代ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱNoshiro#2 七太田菜尾-太田#1
电力公 楚部司 楚部 楚部 东北 北陆
1000MW超超临界机组供电煤耗293 g/kWh
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火电机组平均供电煤耗（克/千瓦时）
全国范围 华能
大唐
郭店
华电
中国电力投 资集团公司
2019
366
2019
357
2019
349
2009
342
2021/2/18
344.9
349.9
355.5
356.3
364.3
337.4
342.9
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1.3中国电力工业面临的挑战
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大机组比例仍然较小，300MW以下燃煤 机组占火电机组容量的33.91%
火电机组参数偏低，技术水平不够先进-高压、特高压、亚临界参数机组占70%以 上
供电煤耗率高，2009年为342g/kWh，
高于世界先进水平20g/kWh
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TPRI
超超临界燃煤发电技术
的发展与现状
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1背景
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1.1中国能源资源特点
我国煤炭资源丰富，资源储量10210亿吨，
经济可采储量1892亿吨
2009年，我国一次能源生产26.0亿吨标准煤
➢原煤29.6亿吨
➢原油1.89亿吨
➢天然气760.8亿立方米（2019年）
--分别占能源生产总量的77%、12%和3%