超超臨界機(jī)組參數(shù)和熱力系統(tǒng)的優(yōu)化分析－68

1、.PAGE ;PAGE 126超超臨界機(jī)組參數(shù)和熱力系統(tǒng)的優(yōu)化分析沈邱農(nóng) 程鈞培（上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究所）摘 要: 本文概要敘述了國(guó)外超超臨界技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，研究各種因素對(duì)超超臨界機(jī)組參數(shù)和熱力系統(tǒng)選擇的影響，對(duì)我國(guó)發(fā)展超超臨界技術(shù)的可選方案和經(jīng)濟(jì)性作出了初步分析。關(guān)鍵詞: 超超臨界 參數(shù) 熱力系統(tǒng) 經(jīng)濟(jì)性1 超超臨界技術(shù)的發(fā)展二十世紀(jì)五十年代超超臨界技術(shù)開(kāi)發(fā)初期，由于蒸汽參數(shù)選取過(guò)高，超越了當(dāng)時(shí)的材料技術(shù)水平，很大程度上影響了超超臨界機(jī)組的可靠性。其后的20余年，蒸汽參數(shù)被降至24.1MPa、538/566的超臨界水平。但是，由于全球性的節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的原因，在此期間超超臨界技

2、術(shù)發(fā)展的研究一直在進(jìn)行，首先重點(diǎn)解決的是高溫高強(qiáng)度材料開(kāi)發(fā)。八十年代歐洲以英國(guó)為中心進(jìn)行了COST501項(xiàng)目，研制600級(jí)的珠光體鋼。1998年開(kāi)始，歐洲16個(gè)國(guó)家參加了COST522項(xiàng)目，啟動(dòng)了650級(jí)超超臨界機(jī)組珠光體材料的開(kāi)發(fā)，計(jì)劃到2003年結(jié)束。日本從19812000年在通產(chǎn)省的支持下實(shí)施了珠光體鋼和奧氏體鋼材料研究計(jì)劃，第一階段將汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)提高到31.1MPa、593/593/593和34.3MPa、649/593/593，發(fā)電端效率為44.244.9。第二階段將汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)提高到30MPa、630/630，發(fā)電機(jī)端效率達(dá)到44.16。歐盟從1998年還啟動(dòng)了計(jì)劃長(zhǎng)達(dá)17年

3、的700級(jí)超超臨界參數(shù)的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目“AD700計(jì)劃”（THERMIE PROGRKAM）。目標(biāo)是開(kāi)發(fā)先進(jìn)蒸汽參數(shù)的超超臨界火電機(jī)組，將供電效率提高到55（深海水冷卻）或52（內(nèi)陸電廠(chǎng)），并且使廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)更加緊湊，降低燃煤電廠(chǎng)的投資?！癆D700計(jì)劃”的核心技術(shù)是通過(guò)鎳基超級(jí)合金材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，使汽輪機(jī)的主蒸汽溫度由目前的600提高到700。為了在將來(lái)的超超臨界機(jī)組中減少使用價(jià)格昂貴的鎳基超級(jí)合金，同時(shí)還確立相同溫度等級(jí)奧氏體鋼和鐵素體鋼的發(fā)展計(jì)劃?！癆D700計(jì)劃”的戰(zhàn)略意義是使歐盟成員國(guó)燃煤火電機(jī)組的技術(shù)水平始終處于世界領(lǐng)先水平，因?yàn)闅W盟各成員國(guó)擁有大量亞臨界機(jī)組到2010年運(yùn)行壽命接近40年

4、，采用700等級(jí)的超超臨界機(jī)組替換老機(jī)組，可明顯提高熱效率。另外歐盟各成員國(guó)已批準(zhǔn)了聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約京都議定書(shū)，大規(guī)模采用高效率的超超臨界機(jī)組可以使CO2的減排滿(mǎn)足“京都議定書(shū)”的要求。上述研究計(jì)劃雖然還沒(méi)有如期實(shí)現(xiàn)，但正在向目標(biāo)前進(jìn)，在超超臨界機(jī)組參數(shù)選擇、機(jī)組設(shè)計(jì)制造以及運(yùn)行方面已經(jīng)取得了階段成果。新材料的開(kāi)發(fā)始終是超超臨界技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。國(guó)外超超臨界技術(shù)的發(fā)展軌跡十分清楚，上世紀(jì)50年代已具有生產(chǎn)蒸汽參數(shù)達(dá)600650機(jī)組的材料，但材料技術(shù)不成熟，且價(jià)格昂貴，影響了超超臨界機(jī)組的可靠性，因而不得不降低溫度參數(shù)。直到80年代研究出適用于600650蒸汽參數(shù)的9% -12% Cr鋼，成

5、本遠(yuǎn)低于最初用的奧氏體鋼和高溫合金，且其物理性能與工藝性能都比奧氏體鋼優(yōu)越，給再度生產(chǎn)蒸汽參數(shù)為600650的機(jī)組創(chuàng)造了條件，90年代起又開(kāi)始制造超超臨界參數(shù)機(jī)組。目前國(guó)外已形成600C等級(jí)的9% -12% Cr鋼的材料標(biāo)準(zhǔn)系列，新型高溫鐵素體-馬氏體9%-12%Cr材料已用于31MPa、600C /610C參數(shù)的超超臨界機(jī)組，經(jīng)過(guò)汽輪機(jī)各高溫高壓部件近十多年的應(yīng)用，這種材料技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。600C溫度等級(jí)的超超臨界機(jī)組也已經(jīng)大批量生產(chǎn)和投運(yùn)，價(jià)格越來(lái)越具有競(jìng)爭(zhēng)力。由于世界發(fā)達(dá)國(guó)家用電量已趨于飽和，在新建機(jī)組中采用這種高效機(jī)組所占比例相當(dāng)高。對(duì)世界近十年來(lái)大容量超超臨界機(jī)組投運(yùn)或訂購(gòu)情況的分

6、析表明，由于912Cr鋼研制成功，各大發(fā)電設(shè)備制造商正在迅速發(fā)展溫度參數(shù)為600的機(jī)組。從總體情況分析，目前新建超超臨界火電機(jī)組主要集中在日本和歐洲市場(chǎng)，汽輪機(jī)主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度已普遍達(dá)到600C。根據(jù)對(duì)日本新建電廠(chǎng)的統(tǒng)計(jì)，1998年以來(lái)所有新建超超臨界機(jī)組均已采用600C等級(jí)的溫度參數(shù)，現(xiàn)役機(jī)組實(shí)際年均運(yùn)行小時(shí)達(dá)到8300小時(shí)左右，整體技術(shù)已相當(dāng)成熟。對(duì)于主蒸汽壓力，日本1990年以來(lái)投運(yùn)機(jī)組進(jìn)汽壓力均為25 MPa左右。西門(mén)子1998年后相繼有25.8MPa30MPa的機(jī)組投運(yùn)，但目前功率大于700MW的機(jī)組的進(jìn)汽壓力均不大于26.5MPa，且均為一次再熱。九十年代以來(lái)，國(guó)外尚沒(méi)有超

7、過(guò)27 MPa壓力百萬(wàn)千瓦級(jí)汽輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)和投運(yùn)的報(bào)道。在機(jī)組容量方面，500MW-700MW容量等級(jí)的機(jī)組占有相當(dāng)比例，而對(duì)于百萬(wàn)千瓦級(jí)超超臨界機(jī)組，原來(lái)由于發(fā)電機(jī)最大輸出功率的限制，以前日本單軸機(jī)組功率不超過(guò)700MW，1000MW級(jí)機(jī)組均采用雙軸形式。隨著技術(shù)的發(fā)展，日本各制造廠(chǎng)單軸機(jī)組功率也開(kāi)始突破700MW，由東芝制造的第一臺(tái)1000MW單軸機(jī)組已經(jīng)在2002年11月投運(yùn)。德國(guó)西門(mén)子公司自90年代后期也有多臺(tái)900MW1025MW單軸機(jī)組投運(yùn)。表1列出國(guó)外近期投運(yùn)的典型超超臨界火電機(jī)組，從表中可以看出，超超臨界機(jī)組正顯現(xiàn)出21世紀(jì)火電技術(shù)具有代表性的發(fā)展潮流。 表1 近期國(guó)外投運(yùn)的

8、典型超超臨界火電機(jī)組參數(shù)MPa/C/C功率MW制造商電廠(chǎng)投運(yùn)年份31/566/566/566700東芝川越#2199024.1/538/593700三菱碧南#3199324.1/566/593600日立能代#2199424.5/600/6001000三菱三隅#1199824.5/600/6001000日立原町#2199825/600/6101050東芝、GE橘灣#1200024.1/593/593700東芝敦賀#2200025/600/610600富士璣子#1200225/600/600700日立占東厚真#4200224.1/566/5931000東芝碧南#4200224.1/593/5937

9、00東芝苓北#2200324.5/600/6001000日立常陸那珂#1200324.5/600/600600三菱広野#5200424.5/595/595900三菱舞鶴#1200429/582/580/580415GEC-ALSTOM丹麥ELSAM199828.5/580/580/580414GEC-ALSTOMNORDIYLLANDVA199825.8/541/578915KWUBOXBERG BLOCK199930/580/600375KWUAVEDOERE,2199925.1/600/600600KWUISOGO200226.5/576/6001025KWUNIEDERAUSSEM200

10、225/575/595750KWUBEXBACH,II20022 超超臨界機(jī)組熱力參數(shù)優(yōu)化及其對(duì)熱效率的影響在發(fā)電熱力循環(huán)中，蒸汽參數(shù)是決定機(jī)組的熱效率的重要參數(shù)。燃煤火電機(jī)組的熱力系統(tǒng)是按朗肯循環(huán)運(yùn)行的，提高蒸汽的初參數(shù)（蒸汽壓力和溫度），采用再熱系統(tǒng)和增加再熱次數(shù)都能提高循環(huán)的熱效率。在一定范圍內(nèi)，新蒸汽溫度或再熱蒸汽溫度每提高10，機(jī)組的熱耗就可下降0.25-0.3。如果增加再熱次數(shù)，例如采用二次再熱，在同樣蒸汽參數(shù)下熱效率可高于一次再熱。常規(guī)亞臨界機(jī)組的典型參數(shù)為16.7MPa/538/538，發(fā)電效率約為3839。超臨界機(jī)組的典型參數(shù)為24.1MPa/538/566，對(duì)應(yīng)的發(fā)電效率約

11、為4142。超超臨界參數(shù)實(shí)際上是在超臨界參數(shù)的基礎(chǔ)上向更高壓力和溫度提高的過(guò)程。通常認(rèn)為超超臨界是指壓力達(dá)到30-35 MPa,溫度達(dá)到593600或者更高的參數(shù)，并具有二次再熱的熱力循環(huán)。還有一種觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，溫度566事實(shí)上一直是超臨界參數(shù)的準(zhǔn)則，任何超臨界新汽溫度或再熱汽溫度超過(guò)這一數(shù)值時(shí)也被劃為超超臨界參數(shù)范疇，或者稱(chēng)為提高參數(shù)的超臨界機(jī)組。在國(guó)外的技術(shù)資料上，Ultra Supercritical（USC）通常用來(lái)代表這類(lèi)參數(shù)的機(jī)組，中文譯成超超臨界，也可理解為優(yōu)化的或高效的超臨界機(jī)組。2.1 超超臨界的熱力學(xué)概念火電廠(chǎng)工質(zhì)用的是水，常規(guī)條件下對(duì)水進(jìn)行加熱，當(dāng)水的溫度達(dá)到給定壓力下的飽和

12、溫度時(shí)，將產(chǎn)生相變，水開(kāi)始從液態(tài)變成汽態(tài)，出現(xiàn)一個(gè)飽和水與飽和蒸汽兩相共存的區(qū)域，這時(shí)盡管加熱仍在進(jìn)行，但汽水兩相的溫度不再上升，直至液態(tài)水全部蒸發(fā)完畢，干飽和汽才繼續(xù)升溫，成為過(guò)熱蒸汽。但當(dāng)溫度超過(guò)臨界溫度tc值時(shí)，水的液相就不存在，與臨界溫度相對(duì)應(yīng)的飽和壓力稱(chēng)為臨界壓力Pc，臨界點(diǎn)的壓力和溫度是水的液相和汽相能夠平衡共存的最高值，為固有物性常數(shù)。水的臨界參數(shù)為：tc374.15，Pc22.129MPa。在臨界點(diǎn)以及超臨界狀態(tài)時(shí)，將看不見(jiàn)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(chēng)為超臨界區(qū)，壓力小于Pc的范圍稱(chēng)為亞臨界區(qū)。從物理意義上講，水的物性只有超

13、臨界和亞臨界之分，如前所述，超超臨界和超臨界只是人為的一種區(qū)分。2.2 溫度熱力循環(huán)分析表明，對(duì)于一定容量的機(jī)組，當(dāng)蒸汽初壓不變提高蒸汽初溫，循環(huán)效率將會(huì)提高。同時(shí)，由于新蒸汽比容增大和低壓缸排汽濕度減小，汽輪機(jī)的內(nèi)效率也可提高，提高蒸汽的溫度對(duì)提高機(jī)組熱效率更有益。蒸汽初溫的提高主要受材料的許用溫度限制，當(dāng)初溫提高到一定程度，鍋爐的過(guò)熱器和再熱器、汽輪機(jī)的高中壓進(jìn)汽部分的材料將需要采用熱強(qiáng)度高的奧氏體合金鋼。為此，日本的研究機(jī)構(gòu)把主要精力放在了提高蒸汽溫度方面，并在材料方面與日本鋼鐵工業(yè)合作研制出了配套的鍋爐與汽輪機(jī)奧氏體耐熱鋼系列用材。關(guān)于蒸汽溫度參數(shù)的選用，由于美國(guó)、日本和歐洲600等級(jí)

14、新型高溫材料的開(kāi)發(fā)成功，超超臨界汽輪機(jī)的主蒸汽和再熱蒸汽溫度已普遍提高到580593，在20032004年投運(yùn)的一些機(jī)組蒸汽溫度超過(guò)了600。根據(jù)分析，在一定的范圍內(nèi)，主蒸汽溫度或再熱汽溫每提高10，機(jī)組的熱耗就可下降0.25%0.3%。從理論上講，超超臨界機(jī)組蒸汽參數(shù)提高，熱效率也隨之提高，在主蒸汽壓力不變的情況下，主蒸汽和再熱蒸汽溫度從538/566提高到593/593，機(jī)組熱效率能夠改善22.5。為了使超超臨界機(jī)組降低制造成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，開(kāi)發(fā)熱強(qiáng)性高、工藝性好，價(jià)格低廉的高溫材料是最關(guān)鍵的問(wèn)題。2.3 壓力 當(dāng)新蒸汽初溫不變僅提高初壓時(shí),一定范圍內(nèi)可提高機(jī)組熱效率。但單獨(dú)提高初壓過(guò)

15、大，機(jī)組熱效率反而會(huì)降低，其主要原因是初壓提高時(shí)蒸汽比容減小，將使汽輪機(jī)超高壓通流部分葉片高度減小，甚至需要采用部分進(jìn)汽，這樣將使葉片級(jí)的二次流損失和軸封漏汽損失都增大，將抵銷(xiāo)一部分提高壓力參數(shù)所帶來(lái)的好處。同時(shí)，低壓缸的排汽濕度將隨初壓的提高而增加，加大濕氣損失，使汽輪機(jī)的熱效率下降。另外初壓過(guò)高又不采用二次再熱，還將使低壓缸末級(jí)葉片水蝕進(jìn)入不可接受的程度。初溫一定的情況下存在一個(gè)最佳初壓，超過(guò)最佳初壓后，機(jī)組的熱耗率將趨于上升。根據(jù)分析，在相同的初溫下，將主蒸汽壓力從24.1MPa提高到31MPa，超超臨界機(jī)組熱效率能夠改善11.5。關(guān)于超超臨界機(jī)組蒸汽壓力的選用，歐洲國(guó)家選取比較高，基本

16、上在2630MPa范圍。日本選取比較低，除川越的兩臺(tái)機(jī)組選用了31MPa外，其它大部分機(jī)組為2425MPa。據(jù)分析日本制造商認(rèn)為將壓力參數(shù)提得過(guò)高，汽輪機(jī)的超高壓部分的通流部分氣動(dòng)損失增加，另外還提高壓力需要增大機(jī)組用材量，提高機(jī)組的制造成本，產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力減弱。所以，日本在1993年2003年投運(yùn)的超超臨界機(jī)組的主蒸汽壓力均在2425MPa，也就是超臨界機(jī)組的壓力參數(shù)水平?，F(xiàn)代超超臨界機(jī)組為適應(yīng)調(diào)峰的需要，還要求鍋爐和汽輪機(jī)能夠滑壓運(yùn)行。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷低于75%80%時(shí)，超超臨界鍋爐鍋內(nèi)壓力已處于亞臨界狀態(tài)。設(shè)計(jì)超超臨界鍋爐時(shí)，還需要同時(shí)考慮鍋爐在亞臨界壓力狀態(tài)下運(yùn)行的可靠性。但從經(jīng)濟(jì)性考慮，

17、超超臨界機(jī)組應(yīng)盡量帶基本負(fù)荷運(yùn)行，否則將影響其高效節(jié)能的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮。2.4 再熱 為了提高大容量機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，通常采用中間再熱的辦法提高熱力循環(huán)的平均吸熱溫度，降低熱耗。采用中間再熱，還可以減小低壓缸末級(jí)的排汽濕度，提高汽輪機(jī)效率和延長(zhǎng)末級(jí)葉片壽命。目前世界上投運(yùn)的超超臨界機(jī)組均采用中間再熱。在材料性能允許的情況下，提高再熱溫度對(duì)經(jīng)濟(jì)性有利，通常再熱溫度與蒸汽初溫選在同一水平，在中壓缸進(jìn)汽壓力較低的情況下，為了減小排汽濕度，也有將再熱蒸汽溫度提高到高于主蒸汽溫度的情況。關(guān)于再熱次數(shù)，采用二次再熱循環(huán)能比一次再熱更能提高機(jī)組的熱效率。二次再熱循環(huán)的收益將進(jìn)一步提高，在相同的蒸汽參數(shù)下采用二次再熱循

18、環(huán)夠能得到的熱效率改善為1.52.0。但是同時(shí)要指出，超超臨界機(jī)組采用二次再熱能夠得到熱耗率改善，但同時(shí)必須評(píng)估由于鍋爐受熱面、蒸汽管道的增加以及汽輪機(jī)的設(shè)備復(fù)雜性和材料價(jià)格而引起的電廠(chǎng)造價(jià)的增加，熱效率提高獲得的收益將有相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間用于抵沖增加的造價(jià)。從前面所列投運(yùn)的超超臨界機(jī)組列表分析（表1），世界上已運(yùn)行的超超臨界機(jī)組采用二次再熱循環(huán)并不多。在蒸汽初參數(shù)和再熱溫度一定時(shí)，再熱壓力相對(duì)于熱經(jīng)濟(jì)性也有一最佳值。對(duì)于二次再熱循環(huán)超超臨界機(jī)組，一次及二次再熱壓力最優(yōu)化的結(jié)果通常是，一次再熱蒸汽壓力選為低于熱力學(xué)最優(yōu)值，而二次再熱蒸汽壓力一般選為略高于其最優(yōu)值，以降低低壓缸的進(jìn)口蒸汽溫度。2.5 容

19、量 超超臨界機(jī)組的容量一般情況下應(yīng)選得大些，其理由一是因?yàn)槌邏翰糠终羝莘e流量很小，如果機(jī)組容量選得不足夠大，通流部分葉片高度過(guò)小，將引起氣動(dòng)損失增大，使提高參數(shù)帶來(lái)的熱經(jīng)濟(jì)性不明顯；二是單機(jī)容量增大，降低了按千瓦分?jǐn)偟脑O(shè)備費(fèi)用、土建費(fèi)用以及其它輔助設(shè)施費(fèi)用，可使電廠(chǎng)的比投資明顯降低。但是單機(jī)容量的增加主要受到全轉(zhuǎn)速末級(jí)葉片長(zhǎng)度的限制，美國(guó)和日本在1000MW以上的大容量機(jī)組之所以大量使用雙軸汽輪機(jī)，是因?yàn)槠潆娋W(wǎng)頻率為60Hz，在大容量和高轉(zhuǎn)速的情況下，不得不采用雙軸布置設(shè)計(jì)方案，即高壓缸及再熱中壓缸部分采用全速設(shè)計(jì)，與一臺(tái)全速發(fā)電機(jī)連接；低壓缸部分采用半速設(shè)計(jì)，與另一臺(tái)半速發(fā)電機(jī)連接，并與

20、高中壓全速軸系并列。雙軸布置汽輪發(fā)電機(jī)組的造價(jià)比單軸布置高得多，而且要求較大面積的廠(chǎng)房和更復(fù)雜的電氣系統(tǒng)。日本在用于3000rpm汽輪機(jī)的1092mm末級(jí)長(zhǎng)葉片開(kāi)發(fā)成功后，才開(kāi)始著手進(jìn)行1000MW單軸多缸汽輪機(jī)組的設(shè)計(jì)制造。因此超超臨界機(jī)組的容量選擇因根據(jù)汽輪機(jī)制造行業(yè)的設(shè)計(jì)制造能力水平合理選取。 超超臨界機(jī)組容量的選擇另一個(gè)因素源于GE和西屋公司超超臨界技術(shù)的設(shè)計(jì)概念，其特點(diǎn)是以700MW容量作為汽輪機(jī)高中壓合缸與分缸的分界線(xiàn)，容量超過(guò)700MW高中壓采用分缸布置后，高壓缸將改為雙流結(jié)構(gòu)，使高壓缸葉片高度減小,熱效率下降,制造成本產(chǎn)生向上的突跳。因此，日本投運(yùn)的超臨界和超超臨界機(jī)組中，基本

21、沒(méi)有容量在700MW 900MW之間的機(jī)組。2.6 給水加熱級(jí)數(shù)為了在超超臨界蒸汽參數(shù)下最大限度地獲得熱耗率的改善，給水加熱器的布置和最終給水溫度要進(jìn)行最優(yōu)化。在選用較高蒸汽參數(shù)的情況下，給水加熱器的數(shù)量將增大，給水加熱的級(jí)數(shù)可以增加到10級(jí)，從而獲得較高的最佳最終給水溫度。同時(shí)在超超臨界循環(huán)中，還選用溫度高于冷再熱點(diǎn)的加熱器（HARP）,以進(jìn)一步提高最終給水溫度，使機(jī)組進(jìn)一步獲得收益。研究實(shí)例證明，在熱力學(xué)最優(yōu)化點(diǎn)對(duì)熱耗率進(jìn)行比較，采用HARP帶來(lái)的改善大約可達(dá)0.5。同時(shí)采用HARP后，可以降低最佳再熱器壓力，而獲得較高的最佳最終給水溫度，這兩個(gè)參數(shù)對(duì)鍋爐的設(shè)計(jì)和造價(jià)將產(chǎn)生有利影響。3 我

22、國(guó)超超臨界機(jī)組可選方案及經(jīng)濟(jì)性分析我國(guó)已能自主設(shè)計(jì)與制造亞臨界600MW機(jī)組，并掌握超臨界600MW和900MW機(jī)組的部分設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，積累了超臨界600MW的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。為確保超超臨界機(jī)組的運(yùn)行可靠性，在研制我國(guó)超超臨界火電機(jī)組時(shí)，可借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)階段選用已有充分的運(yùn)行業(yè)績(jī)、設(shè)計(jì)制造技術(shù)成熟而且繼承性強(qiáng)的超超臨界技術(shù)，以使機(jī)組的安全可靠性可得到充分保證。蒸汽參數(shù)可采用2528MPa、600、一次再熱的600MW級(jí)和1000MW級(jí)超超臨界機(jī)組。在形成批量生產(chǎn)能力，并確保機(jī)組的運(yùn)行可靠性的基礎(chǔ)上，逐步提高機(jī)組的參數(shù)。下一階段再研制參數(shù)為3035MPa、600或更高溫度、二次再熱的大容量超超臨界

23、機(jī)組。3.1 可選方案600MW容量等級(jí)超超臨界機(jī)組根據(jù)不同的功率(流量)和背壓，有兩缸兩排汽和三缸四排汽兩種機(jī)型適用于我國(guó)不同地區(qū)。二缸二排汽600MW機(jī)組由一個(gè)高中壓合缸和一個(gè)雙流低壓缸組成，其最大特點(diǎn)在于由于采用了大排汽面積的低壓缸，使整個(gè)機(jī)組和目前亞臨界300MW機(jī)組一樣，只有二個(gè)汽缸。機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)組總長(zhǎng)比目前三缸四排汽和四缸四排汽600MW機(jī)組短，可大幅降低廠(chǎng)房造價(jià)。機(jī)組熱效率比亞臨界機(jī)組高約4.5%，比超臨界機(jī)組（24.2MPa/538/566）高約2.5%。在4.0kPa 6kPa背壓范圍內(nèi)，可采用不同排汽面積的長(zhǎng)葉片，對(duì)我國(guó)的中、南部地區(qū)可用鋼制的1218mm長(zhǎng)葉片，對(duì)北方

24、低背壓地區(qū)可用1280mm或更長(zhǎng)的鈦合金葉片。這種機(jī)型研制的主要困難是技術(shù)難度較大，不僅要解決超超臨界機(jī)組高溫高壓段部件的設(shè)計(jì)制造問(wèn)題，同時(shí)還要解決低壓段1200mm以上長(zhǎng)葉片開(kāi)發(fā)和超純凈轉(zhuǎn)子的制造。三缸四排汽600MW機(jī)組由一個(gè)高中壓合缸和二個(gè)雙流低壓缸組成。機(jī)組背壓為4.4kPa5.39kPa時(shí)，末級(jí)葉片可選用1050mm長(zhǎng)葉片，機(jī)組的熱效率與二缸二排汽600MW機(jī)組基本相同。其特點(diǎn)是低壓缸可通用現(xiàn)有亞臨界和超臨界機(jī)組600MW機(jī)組的低壓缸，有較強(qiáng)的技術(shù)繼承性，可使用現(xiàn)有成熟的末級(jí)長(zhǎng)葉片,解決超純凈轉(zhuǎn)子研制即可。1000MW容量等級(jí)超超臨界機(jī)組可由一個(gè)高壓雙流缸、一個(gè)中壓雙流缸和兩個(gè)雙流低

25、壓缸組成單軸四缸四排汽機(jī)組，在參數(shù)為25.0Mpa、600/600的情況下，機(jī)組熱效率可達(dá)到43.1。機(jī)組總體尺寸與亞臨界四缸600MW機(jī)組基本相近。國(guó)內(nèi)有關(guān)制造廠(chǎng)通過(guò)技術(shù)引進(jìn)或聯(lián)合設(shè)計(jì)制造的合作方式，在機(jī)組通流部分、總體特性（軸系、差漲、推力等）、輔助系統(tǒng)和DEH控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)方面已經(jīng)得到許可轉(zhuǎn)讓技術(shù)，能夠保證機(jī)組具有較高的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量，可大大縮短研制周期。低壓缸選用1218mm末級(jí)鋼制葉片，排汽面積為11.3 m2，兩個(gè)低壓缸正好適用于20C冷卻水溫的1000MW機(jī)組，是技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和可靠性綜合俱佳的選擇。 3.2 經(jīng)濟(jì)性分析超超臨界機(jī)組由于采用更高的蒸汽參數(shù)，能夠明顯提高電廠(chǎng)的熱效率，降

26、低污染排放。但又由于壓力提高將增加鋼材用量，溫度提高將需要采用價(jià)格較高的高溫?zé)釓?qiáng)度好的材料，采用二次再熱增加了由鍋爐、汽輪機(jī)和管道等組成的汽水系統(tǒng)復(fù)雜性，機(jī)組造價(jià)將比常規(guī)亞臨界機(jī)組提高。影響機(jī)組造價(jià)的因素較多，但無(wú)疑與采用的溫度、壓力參數(shù)的高低有直接關(guān)系。表2為國(guó)外技術(shù)資料的一個(gè)分析舉例，雖然不代表普遍情況只能作為參考，但從表3中可以分析，隨著機(jī)組參數(shù)的提高和增加再熱次數(shù)，電廠(chǎng)機(jī)島的比投資增加，超臨界機(jī)組比亞臨界機(jī)組提高5，超超臨界機(jī)組又比常規(guī)超臨界機(jī)組提高5。但是整個(gè)電廠(chǎng)的比投資超臨界和超超臨界機(jī)組都只比亞臨界提高1，說(shuō)明在同樣的機(jī)組出力情況下，由于機(jī)組的熱效率提高，功率密度增加，電廠(chǎng)其它系

27、統(tǒng)的投資可以減少，因而電廠(chǎng)總的比投資增加幅度不大。表3為我國(guó)電力生產(chǎn)各類(lèi)火電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的比較，是在各類(lèi)典型火電廠(chǎng)工程經(jīng)濟(jì)性測(cè)算的基礎(chǔ)上列出的。從表中可以看出，600MW超超臨界機(jī)組與相同功率的超臨界機(jī)組相比，雖然電廠(chǎng)比投資高出1左右，但由于熱效率的提高，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗低出3.8，含稅電價(jià)低出0.7。與大型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組和IGCC聯(lián)合循環(huán)機(jī)組相比，除環(huán)保性能方面存在差距以外，其上網(wǎng)電價(jià)具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。表2 超臨界機(jī)組與亞臨界機(jī)組電廠(chǎng)比投資比較 比投資($/kw) 部套亞臨界16.6MPa/538/538比投資 （%）超臨界24.0MPa/538/566比投資 （%）超超臨界31.1MPa

28、/593/593/593 比投資 （%）鍋爐（含鋼結(jié)構(gòu)）142.94(100%)153.09（107.1）163.52（114.4）鍋爐島管道27.81(100%)31.03（111.6）31.81（114.4）給水系統(tǒng)28.06(100%)28.62（102.0）29.18（104.0）汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)79.20(100%)82.37（104.0）83.95（106.0）汽輪機(jī)島管道16.25(100%)15.44（95.0）15.43（95.0）小計(jì)294.26(100%)310.38（105.5）323.91（110.1）電廠(chǎng)其它投資509.17(100%)500.69（98.3）487.17（95.7）總計(jì)803.43(100%)811.07（101.0）811.08（101.0）表3 各類(lèi)火電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性比較項(xiàng)目名稱(chēng)容量（MW）比投資（元/千瓦）年均供電煤耗(Kg/kwh)環(huán)保性能廠(chǎng)用電率含稅電價(jià)元/kkWhPMSO2NOx亞臨界300MWCFB2300541334