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摘要：超超臨界燃煤發(fā)電技術是目前世界上成熟、先進、高效的發(fā)電技術。本文從國家電力發(fā)展的角度出發(fā)，分析了我國發(fā)展超超臨界機組的必要性，介紹了國外超超臨界機組的技術指標，在此基礎上闡述了我國發(fā)展超超臨界機組的技術路線，并對超超臨界發(fā)電技術的應用前景做了展望。
關鍵詞：超超臨界燃煤發(fā)電；潔凈煤發(fā)電技術；必要性；可行性
1我國發(fā)展超超臨界機組的必要性
按照國家制訂的2020年電力發(fā)展規(guī)劃，我國發(fā)電裝機容量將從目前的4億千瓦增加到2020年9億千瓦，其中燃煤機組將達到5.8億千瓦。
2003年，全國二氧化硫排放總量達到2100多萬噸，其中燃煤電廠二氧化硫排放約占全國排放總量的46。我國酸雨pH值小于5.6的城市面積占全國的70.6。隨著燃煤裝機總量的增加，我國將面臨嚴峻的經濟與資源、環(huán)境與發(fā)展的挑戰(zhàn)。提高燃煤機組的效率、減少總用煤量、降低污染物排放是當前我國火電結構調整，實現可持續(xù)發(fā)展的重要任務。
目前我國電力工業(yè)裝機中高效、清潔的火電機組比例偏低，結構性矛盾突出。2002年，火電機組中30萬千瓦及以上機組占41.7，20萬千瓦以下機組占42.5，超臨界機組只占2.38。潔凈煤發(fā)電、核電、大型超（超）臨界機組、大型燃氣輪機技術開發(fā)、設備生產剛剛起步。全國火電平均供電煤耗383g/kWh，比世界先進水平高出60g/kWh。因此迫切需要在近期研制出新一代燃煤發(fā)電設備來裝備電力工業(yè)。
新一代發(fā)電設備應具備可靠、大型、高效、清潔、投資低等性能；能夠替代現有的300MW和600MW亞臨界機組，成為裝備電力工業(yè)的主流機型；同時國內設備制造企業(yè)經過努力后能夠具備生產能力，能夠形成規(guī)模生產和市場競爭局面。
分析國際上燃煤發(fā)電技術的發(fā)展趨勢，將采用兩種技術路線來提高效率和降低排放。其一是利用煤化工中已經成熟的煤氣化技術，集成蒸汽燃氣聯合循環(huán)技術實現高效清潔發(fā)電，其代表技術為IGCC。此技術提高能效的前景很好，但因系統(tǒng)相對復雜而造成投資偏高的問題需要解決。目前正在煙臺電廠建設一臺300或400MW等級的IGCC示范機組，為今后的發(fā)展作好技術儲備。另一個發(fā)展方向是通過提高常規(guī)發(fā)電機組的蒸汽參數來提高效率，即超臨界機組和超超臨界機組。超超臨界機組在發(fā)達國家已經實現了大容量、大批量生產。通過努力我國可以較快實現國產化能力，降低設備成本。
如果我國600MW等級的燃煤機組采用超超臨界技術，供電煤耗278g/kWh，比同容量亞臨界機組的煤耗減少30克/kWh，按年運行5500小時計算，一臺600MW超超臨界機組可比同容量亞臨界機組節(jié)約標煤6萬噸/年，同時SO2、氮氧化物、粉塵等污染物以及CO2排放將大大減少。采用超超臨界燃煤發(fā)電技術對于節(jié)約資源消耗、保護環(huán)境、實現可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
2國外超超臨界機組的技術指標
超超臨界機組蒸汽參數愈高，熱效率也隨之提高。熱力循環(huán)分析表明，在超超臨界機組參數范圍的條件下，主蒸汽壓力提高1MPa，機組的熱耗率就可下降0.13～0.15；主蒸汽溫度每提高10℃，機組的熱耗率就可下降0.25～0.30；再熱蒸汽溫度每提高10℃，機組的熱耗率就可下降0.15～0.20。在一定的范圍內，如果采用二次再熱，則其熱耗率可較采用一次再熱的機組下降1.4～1.6。
亞臨界機組的典型參數為16.7MPa/538℃/538℃，其發(fā)電效率約為38％。超臨界機組的主蒸汽壓力通常為24MPa左右，主蒸汽和再熱蒸汽溫度為538～560℃；超臨界機組的典型參數為24.1MPa/538℃/538℃，對應的發(fā)電效率約為41％。超超臨界機組的主蒸汽壓力為25～31MPa，主蒸汽和再熱蒸汽溫度為580～610℃。
超臨界機組的熱效率比亞臨界機組的高2～3左右，而超超臨界機組的熱效率比超臨界機組的高4左右。
目前，美國投運的超臨界機組大約為170臺，其中燃煤機組占70以上。前蘇聯300MW及以上容量機組全部采用超臨界參數。至1988年已有近200臺超臨界機組投入運行，全國35電力由超臨界機組供給。
日本的超臨界機組共有100多臺，總容量為超過5760萬千瓦，占火電機組容量的61，45萬千瓦及以上的機組全部采用超臨界參數，而且在提高參數方面做了很多工作，最高壓力為31MPa，最高溫度已達到600/600°C。
丹麥史密斯公司研究開發(fā)的前2臺超超臨界機組，容量為400MW，過熱蒸汽出口壓力為29MPa，二次中間再熱、過熱蒸汽和再熱汽溫為582/580/580℃，機組效率為47，機組凈效率達45（采用海水冷卻，汽輪機的背壓為26kPa）；后開發(fā)了參數為30.5MPa，582/600℃、容量為400MW的超超臨界機組，該機組采用一次中間再熱，機組設計效率為49。
德國西門子公司20世紀末設計的超超臨界機組，容量在400～1000MW范圍內，蒸汽參數為27.5MPa,589/600℃，機組凈效率在45以上。
歐洲正在執(zhí)行“先進煤粉電廠（700℃）”的計劃，即在未來的15年內開發(fā)出蒸汽溫度高達700℃的超超臨界機組，主要目標有兩個：使煤粉電廠凈效率由47提高到55（采用低溫海水冷卻）或52（對內陸地區(qū)和冷卻塔）；降低燃煤電廠的投資價格。美國和日本也將蒸汽溫度為700℃的超超臨界機組作為進一步的發(fā)展目標。
可見，國際上超超臨界機組的參數已經達到27～32Mpa左右，蒸汽溫度為566～600℃，熱效率可以達到42～45。國外機組的可靠性數據，表明了超超臨界機組可以同樣實現高的可靠性。我國石洞口二廠兩臺60萬千瓦超臨界機組的可用率就高達90以上，高于其它一些同容量亞臨界機組。從環(huán)保措施看，國外的超超臨界機組都加裝了鍋爐尾部煙氣脫硫、脫硝和高效除塵裝置，可以實現較低的排放，滿足嚴格的排放標準。例如日本的超超臨界機組的排放指標可以達到SO270mg/Nm3；NOx30mg/Nm3；粉塵5mg/Nm3?？梢?，超超臨界燃煤機組甚至可以與燃用天然氣、石油等機組一樣實現清潔的發(fā)電。
與其余幾種潔凈煤發(fā)電技術相比，超超臨界機組技術具有繼承性好，容易實現大型化的特點，在機組的可靠性、可用率、熱機動性、機組壽命等方面已經可以和亞臨界機組媲美，已經有了較多的商業(yè)運行經驗。