发展超超临界火电机组之我见-47.doc

发展超超临界火电机组之我见袁 伟 马锦龙(中国华电集团杭州华电电力试验研究所，浙江省杭州市，310012)摘 要: 通过对世界各国发展超超临界机组经验与教训的分析，结合当前国际、国内能源与环保形势与政策，初步探讨了目前电力紧缺情况下，发展超超临界火电机组的前景与模式。关键词: 超超临界 机组效率 供电煤耗 环保 锅炉 管材材质 国产化1 概述联合国气候变化框架公约缔约国签订的京都议定书已于2005年2月16日正式生效，这是人类历史上首次以法规的形式限制温室气体排放，京都议定书规定，发达国家在2008年到2012年间要将温室气体的排放总量在1990年的基础上削减5.2%。京都议定书的特色在于二氧化碳排放可以进行市场交易：生效后二氧化碳排放作为一种商品将可以在缔约国之间进行自由买卖。中国作为发展中国家，尽管在当前不须承担削减排放的义务，但是，作为世界二氧化碳排放第二大国，而且随着经济的高速发展，又加上中国是世界第一煤炭消耗大国，如何提高煤炭的燃烧效率，减少有害气体的排放，成为能源与电力企业面临的最大机遇与挑战。中国的能源结构决定了我国今后相当长的时间内，尽管会大力发展清洁能源如：风力发电、太阳能发电、核能发电、潮汐发电、燃气-蒸汽联合循环发电等，但燃煤电厂始终将占居主要的发电比例。因此，在目前国内以低效、高排放的小型火力发电厂为主的电力市场情况下，优先改造小机组及发展超超临界火电机组成为中国应对京都议定书的主要对策之一。2 中国发展超超临界火电机组的必要性和迫切性据统计，截止2003年底，我国火电机组平均单机容量不足100MW，平均供电煤耗达379g/kw.h，比国外先进水平高50-60g/kw.h。由于单位GTP的能耗较大，近年来，随着国民经济的高速发展，国内大部分地区出现了用电负荷的紧张局面，大力发展电力建设迫在眉睫，同时，由于世界能源价格的日益高涨及S0xNOxCO2排放对人类及环境的损害与破坏不断加重，持续提高清洁能源发电的比例及大力发展高效超超临界火电机组成为我国电力管理部门及发电企业面临的重要科题。特别是我国作为煤炭的资源大国，如何提高燃煤发电机组的效率，减少有害气体的排放成为放在决策与科研部门面前的非常迫切的问题。根据国外超超临界火电机组的技术统计，九十年代以来投产的超超临界机组的机组效率高达43%-48%，供电煤耗为260 g/kw.h-290 g/kw.h，比同容量的常规超临界机组效率提高了4%-5%，比亚临界机组效率高约8%-10%。因此，我国如能在今后十年内，使超超临界机组容量的比例提高至20%，可使全国火电机组平均供电煤耗下降约20g/kw.h，10年可节约标煤约3.6亿吨标煤，折合CO2排放约2亿吨。3 国外发展超超临界火电机组的历史经验欧美国家发展超超临界火电机组已有50多年的历史，以前走过一些弯路，主要是对材料的研究落后于机组参数的提高。比如：美国在五十年代末投运了两台容量为125MW，参数分别为31Mpa、621/566/538及容量为325MW，参数分别为34.3Mpa、649/566/566,由于其设计参数超越了当时世界的材料制造水平，机组在投入运行后不久，便多次出现受热面爆管事故及高温腐蚀等材料问题，在设计参数下坚持运行8年后，不得不降参数运行。前苏联、前联邦德国在五十年代中后期投产的超超临界火电机组也具有同样的命运。直至八十年代中期，随着能源价格的不断上涨，各种材料的制造技术及机组控制系统的成熟与完善，运行良好的超超临界机组才在欧洲及美国不断涌现。在近十年来，随着超超临界机组技术的进一步完善，更高参数和效率的超超临界火电机组得到飞速发展，发达国家已投产及在建的超超临界火电机组多达数百台，已基本取代亚临界火电机组。而日本对超超临界火电机组的研究始于八十年代初，由于借鉴了欧美国家的成功经验及失败教训，走了一条引进、消化、模仿、材料研究优先的路子，取得了巨大的成功，在1967年从美国引进第一台超临界机组，进行消化吸收及工业化试验的基础上，于1989年和1991年投运了两台容量为700MW，参数为566/566/538的超超临界机组，机组运行可用率及可靠性较好，经过多年稳定运行考验及对材料、控制系统、运行方式的工业性试验后，于1998年投运了参数更高的超超临界机组，容量为1000MW，参数为600/600/600，机组效率达44.7%，取得了一次性成功。正是由于各项关键技术的提前储备及自主开发、研究，日本在上世纪九十年代投产的火电新机组中，几乎全部采用了超超临界火电机组，目前无论是投产运行的机组数量还是运行参数的高低均已走在欧美国家的前面，值得我们借鉴。4 超超临界机组材料的国产化研究我国是电力大国，目前的装机容量居世界第二，但由于长期以来，我们对基础科学特别是材料科学的研究不够重视，使火电机组用钢材的研制水平严重落后于世界先进水平，到目前为止，我们对亚临界机组的钢材国产化都没有完全解决，因此，制定一个长期的材料研究规划，对各压力、温度等级的钢材进行系统的研究工作迫在眉睫。在目前电力体制改革的大环境下，建议由发改委牵头，某发电集团组织实施，结合冶金部相关院所、中科院材料所、国内有相关研究基础的高等院校、各电站设备成套研究所、国内有实力的钢铁公司及相关的电力试验研究单位共同进行理论分析、实验室与工业性试验及电厂实用对比考核试验，结合近年来引进的超临界机组及正在引进的超超临界机组的运行与检修实践，力争在510年内基本完成25Mpa-28Mpa，600等级材料的全面国产化，并投产一批引进技术、自主生产的超超临界机组。并对更高参数（30Mpa-35Mpa，620等级）的材料进行持续、积极的自主开发研制工作，争取在1015年内达到初步国产化。吸取日本研究金属材料的经验，对超超临界机组材料采用各种综合性先进手段进行快速的模拟试验：对材料采用高温长时性能试验研究、多种类应力叠加模拟疲劳试验、在首先引进的超超临界机组锅炉受热面及汽轮机主要部位安装试验部件，进行长期的跟踪观察，使用对比试验及应用先进的ANSYS软件，对金属材料进行动态应力场与温度场计算等手段尽快了解各类材料的性能指标，并不断改进、提高。5 对近几年已投产或在建的超超临界机组主要承压部件（管材）的采购与管理的建议为了尽快扭转国内火电厂效率低，煤耗大的现状，近五年来投产的超超临界机组一般只能完全依赖进口或逐渐过度到合作生产，在加紧研究国产化材料的同时，为了不影响正常的运行发电，各大发电集团目前（在国产化材料的研究成功前）可考虑联合成立股份制的超超临界机组金属材料集中采购、配送中心，对同类型机组高温过热器与再热器管及其出口集箱和导汽管进行一定量的储备，保证正常情况下备品备件的快速供应。同时，建议对引进机组或技术进行世界招标，充分利用京都议定书对发展中国家的有利因素，得到价廉物美的产品与技术以及大量的资金与先进技术援助。6 超超临界机组发展模式的探讨随着煤炭价格的日益上涨，排放要求的进一步提高，根据国外的发展经验，应总体压缩新建火电厂的发展。但由于国内近年来国民经济的快速发展，大部分地区缺电严重，故首先应对低效、高排放的小机组进行改造，改建成超超临界机组、燃气-蒸汽联合循环机组、大型流化床机组等。国家应利用京都议定书关于二氧化碳排放可以进行市场交易的原则，大量引进资金，发展超超临界机组；同时，利用不断增加排放收费的经济杠杆，鼓励高效、低排放的超超临界机组的发展。电网公司应在最近几年内，在兼顾竟价上网原则的基础上，尽量保证超超临界机组的满负荷运行，提高国内电厂的综合经济性，减少引进机组的投资回收年限，提高各大发电集团对投资超超临界机组的积极性与可行性。在目前电力设计院项目可行性阶段所做的技术经济比较中，应增加项目的国民经济效果评价，即考慮了对环保的贡献等的社会效果，使发展超超临界机组的投资回收期具有竞争优势。7 结论在新一轮的电力发展中，应具有一定的前景性，优先发展超超临界火电机组，同时加紧对高温、高压材料的国产化研究，使我们这样一个煤炭资源大国能在电力、环保及国民经济等方面协调快速发展。参考文献1 吕维业，等，火电结构优化和技术升级研究R，2002.5。2 沈邱农，等，超超临界机组技术开发的分析与研究，R，2003.2。3 乐永卓，三菱重工1400MW级超超临界压力燃煤锅炉设计及其可靠性J，东方锅炉，