002 超超临界机组选择和技术选型04朱

1、2021-11-91超超临界机组超超临界机组主要参数选择与技术选型主要参数选择与技术选型 朱宝田朱宝田西安热工研究院西安热工研究院超超临界发电技术研修班超超临界发电技术研修班2010年年4月月tpri2021-11-921 1前言前言2 2 蒸汽参数与结构选型研究的条件和范围蒸汽参数与结构选型研究的条件和范围3 3 超超临界机组再热次数及主要蒸汽参数超超临界机组再热次数及主要蒸汽参数4 4机组容量机组容量 5 5机组主要结构型式机组主要结构型式6 6技术经济分析技术经济分析7 7结论结论tpri2021-11-93q根据我国的能源资源状况和电力技术发展根据我国的能源资源状况和电力技术发展的水平

2、，积极发展作为洁净煤发电技术之的水平，积极发展作为洁净煤发电技术之一的高效、节能、环保的超超临界火电机一的高效、节能、环保的超超临界火电机组是迫切的和必要的组是迫切的和必要的q超超临界机组主要蒸汽参数与技术选型的超超临界机组主要蒸汽参数与技术选型的研究是我国超超临界机组的发展中是关键研究是我国超超临界机组的发展中是关键的第一步的第一步 tpri2021-11-94 超临界点：超临界点：22.115mpa22.115mpa，374.15374.15 超超临界：商业性称谓，不具备明确的物理定义，超超临界：商业性称谓，不具备明确的物理定义，仅表示技术参数或技术发展的一个阶段，表示更高的仅表示技术参数

3、或技术发展的一个阶段，表示更高的压力和温度，起始点定义不同压力和温度，起始点定义不同日本：大于日本：大于24.2mpa24.2mpa，或达到，或达到593593丹麦：丹麦： 大于大于27.5mpa27.5mpa西门子：西门子： 从材料的等级来区分从材料的等级来区分我国电力百科全书：高于我国电力百科全书：高于27mpa27mpa 建议起始点为建议起始点为 27mpa27mpa或或580580 超超临界参数超超临界参数tpri2021-11-95q 超临界参数（超临界参数（22.115mpa22.115mpa，374.15374.15） 该点附近，水的液态和汽态密度趋于相同，蒸发该点附近，水的液态

4、和汽态密度趋于相同，蒸发热量也趋近于零热量也趋近于零tpri2021-11-96q 火电机组参数发展历程火电机组参数发展历程低压低压 3.92mpa/450 3.92mpa/450高压高压 9.9mpa/540 9.9mpa/540超高压超高压 13.7mpa/540 13.7mpa/540亚临界亚临界 16.8mpa 16.8mpa超临界超临界 22.1mpa 22.1mpa以上以上超超临界超超临界 27mpa 27mpa或或580580以上以上tpri2021-11-97tpri2021-11-982 2 蒸汽参数与结构选型研究的条件和范围蒸汽参数与结构选型研究的条件和范围q基于国际上可采

5、购到的成熟高温材料基于国际上可采购到的成熟高温材料q超超临界机组主要技术问题分析论证超超临界机组主要技术问题分析论证再热次数再热次数主要蒸汽参数主要蒸汽参数主蒸汽压力、温度、再热蒸汽主蒸汽压力、温度、再热蒸汽温度温度机组容量机组容量600mw600mw或或1000mw1000mw等级等级锅炉主要结构型式锅炉主要结构型式炉型、燃烧方式、水冷壁炉型、燃烧方式、水冷壁型式型式汽轮机主要结构型式汽轮机主要结构型式汽缸数、排汽口数、末汽缸数、排汽口数、末级叶片、单轴或双轴布置等级叶片、单轴或双轴布置等 tpri2021-11-99影响因素影响因素效率效率材料（高温强度性能、烟气侧的腐蚀性能、汽水材料（高

6、温强度性能、烟气侧的腐蚀性能、汽水侧的氧化性能、制造加工、热处理、异种材料焊侧的氧化性能、制造加工、热处理、异种材料焊接等工艺性能）接等工艺性能）锅炉锅炉 ( (炉型、燃烧方式、水冷壁型式炉型、燃烧方式、水冷壁型式) )、汽轮机、汽轮机( (汽缸数、汽轮机排汽口数、末级叶片长度、汽轮汽缸数、汽轮机排汽口数、末级叶片长度、汽轮机布置型式（单轴或双轴）机布置型式（单轴或双轴）) )安全可靠性（材料、蒸汽激振、固体颗粒冲蚀、安全可靠性（材料、蒸汽激振、固体颗粒冲蚀、疲劳寿命、末级湿度等）疲劳寿命、末级湿度等）运输条件运输条件设计、制造问题、国外业绩、与国外合作问题设计、制造问题、国外业绩、与国外合作

7、问题技术经济问题技术经济问题tpri2021-11-910 tpri2021-11-911tpri2021-11-912tpri2021-11-9131520253035主蒸汽压力主蒸汽压力mpampa效率提高百分比效率提高百分比% %01234567566/566 566/566 538/566 538/566 593/593 593/593 538/538 538/538 566/593566/593600/610 600/610 q主蒸汽压力主蒸汽压力 每提高每提高1mpa1mpa，机组的热耗率可下降，机组的热耗率可下降0.13%0.13%0.15%0.15%q主蒸汽温度主蒸汽温度 每提

8、高每提高1010，机组的热耗率可下降，机组的热耗率可下降0.25%0.25%0.30%0.30%q再热汽温度再热汽温度 每提高每提高1010，机组的热耗率可下降，机组的热耗率可下降0.15%0.15%0.20%0.20%tpri2021-11-914 机组参数变化与机组效率关系机组参数变化与机组效率关系tpri2021-11-9153 3 超超临界机组再热次数及主要蒸汽参数超超临界机组再热次数及主要蒸汽参数3.1 3.1 再热次数、主要蒸汽参数与热效率再热次数、主要蒸汽参数与热效率q提高蒸汽参数（蒸汽的初始压力和温度）提高蒸汽参数（蒸汽的初始压力和温度）q增加再热次数增加再热次数都是提高机组效

9、率的有效方法都是提高机组效率的有效方法tpri2021-11-9163.2 3.2 再热次数再热次数q二次再热二次再热v热耗率较一次再热下降热耗率较一次再热下降1.4%1.4%1.6%1.6%v满足机组低压缸最终排汽湿度的要求满足机组低压缸最终排汽湿度的要求v机组更加复杂机组更加复杂 两个再热器两个再热器 增加一个超高压缸，机组长度增加增加一个超高压缸，机组长度增加v近十年来新投运的超超临界机组没有采用近十年来新投运的超超临界机组没有采用二次再热二次再热tpri2021-11-917二次再热机组统计二次再热机组统计序序号号国国家家电厂电厂制造商制造商机机/ /炉炉容容量量mwmw汽机参数汽机参

10、数设设计计效效率率% %投投运运年年份份压力压力/ /温度温度mpa/mpa/背背压压kpakpa1 1美美国国eddystone 1eddystone 1wh/cewh/ce32532534.4/649/5634.4/649/566/5666/5663.43.447471951958 82 2美美国国eddystone 2eddystone 2wh/cewh/ce32532534.4/649/5634.4/649/566/5666/5663.43.447471961960 03 3日日本本川越川越kawagoe kawagoe 1 1东芝东芝/ /三菱三菱70070031/566/566/3

11、1/566/566/5665665.05.07 741.41.92921981989 94 4日日本本川越川越kawagoe kawagoe 2 2东芝东芝/ /三菱三菱70070031/566/566/31/566/566/5665665.05.07 741.41.92921991990 05 5丹丹麦麦skerbaeksvaskerbaeksvaerket 3erket 3fls fls miljbwemiljbwe41241228.4/580/5828.4/580/580/5800/5801991997 76 6丹丹麦麦nordjylland nordjylland 3 3fls fls

12、 miljbwemiljbwe41041029/582/580/29/582/580/58058047471991998 8tpri2021-11-918v技术经济性技术经济性 机组造价高机组造价高10%10%15%15% 电站投资增加电站投资增加4%4%6.8%6.8%v现阶段我国采用一次再热是适宜的现阶段我国采用一次再热是适宜的 采用二次再热存在大量需要解决的技术问采用二次再热存在大量需要解决的技术问题题 国外制造运行业绩少国外制造运行业绩少 技术经济性较差技术经济性较差tpri2021-11-9193.3 3.3 主蒸汽温度和再热蒸汽温度主蒸汽温度和再热蒸汽温度v提高温度对提高机组热效率

13、的效果显著提高温度对提高机组热效率的效果显著q温度提高温度提高 影响范围影响范围 过热器、再热器的末级及其出口过热器、再热器的末级及其出口联箱；主汽、再热汽管道；汽轮机高、中压缸、联箱；主汽、再热汽管道；汽轮机高、中压缸、转子、叶片等转子、叶片等 强度强度 增加壁厚或更换新材料增加壁厚或更换新材料 烟气腐蚀烟气腐蚀 与煤质有关，可通过增加壁厚适与煤质有关，可通过增加壁厚适当补偿当补偿 蒸汽侧氧化蒸汽侧氧化无法通过增加壁厚解决无法通过增加壁厚解决tpri2021-11-920p超超临界发电对材料的要求：超超临界发电对材料的要求：温度的选择取决于材料温度的选择取决于材料蒸汽参数不能领先于蒸汽参数不

14、能领先于材料的发展材料的发展满足部件工作温度的需要满足部件工作温度的需要具有高的持久强度、蠕变强度或抗松弛性能具有高的持久强度、蠕变强度或抗松弛性能金相组织稳定，无常温脆性和长期时效脆性金相组织稳定，无常温脆性和长期时效脆性抗烟气腐蚀性能抗烟气腐蚀性能抗蒸汽氧化性能抗蒸汽氧化性能易于冷、热加工易于冷、热加工异钟钢焊接工艺能保证其应有的性能异钟钢焊接工艺能保证其应有的性能相对低的材料价格相对低的材料价格2021-11-921tpri2021-11-922scusctpri2021-11-923每吨管子的成本1,000英镑英镑k0.55k0.9k1.9k2.5k5.5k30.k50.0102030

15、405060cmnsteelt222cr1mohcm2sp91316in625in617铁素体铁素体奥氏体奥氏体镍基合金镍基合金2021-11-924不同钢种最小壁厚的比较不同钢种最小壁厚的比较593.3c320barx2012crmovnbt=75mmp222cr1mot=123mmt=21.5mmnf12p919cr1monbv200mmdia.t=45mmp92(nf616)t=34mmt=36mmp122hcm12a2021-11-925tpri2021-11-926tpri2021-11-927tpri2021-11-928运行中组织的变化运行中组织的变化v通过热处理获得材料良好的力

16、学性能通过热处理获得材料良好的力学性能v这样的材料组织是非平衡组织，始终存在向平衡这样的材料组织是非平衡组织，始终存在向平衡组织转变的趋势组织转变的趋势v一旦驱动力足够大，这种转变就会进行一旦驱动力足够大，这种转变就会进行v温度越高，驱动力越大，组织转变越容易温度越高，驱动力越大，组织转变越容易v组织的变化必然导致材料性能的变化组织的变化必然导致材料性能的变化在高温在高温长期服役过程中材料性能恶化长期服役过程中材料性能恶化v研究各种强化机制研究各种强化机制 增加材料在使用过程中向平衡组织转变的阻力增加材料在使用过程中向平衡组织转变的阻力 延长向平衡组织转变的过程延长向平衡组织转变的过程 保证在

17、设计寿命内材料具有足够的性能保证在设计寿命内材料具有足够的性能tpri2021-11-929p92p92设计许用应力的变迁设计许用应力的变迁 从从19991999年开始，欧洲对年开始，欧洲对asmeasme中中p92p92的许用应的许用应力提出质疑，通过大量长期的试验先后两力提出质疑，通过大量长期的试验先后两次对次对p92p92、e911e911的许用应力进行了下调的许用应力进行了下调 日本日本20042004年出现超超临界机组年出现超超临界机组p122p122、p91p91管管道事故后对其许用应力进行了调整道事故后对其许用应力进行了调整 欧洲欧洲p91p91许用应力比日本、美国低许用应力比日

18、本、美国低10%10%，目，目前正在进行重新评估前正在进行重新评估tpri2021-11-930asmeasme标准中的持久强度对比标准中的持久强度对比tpri2021-11-931许用应力新数据对比许用应力新数据对比560580600620640102030405060708090100110120许用应力（mpa许用应力（mpa)温度 (） p92 e911 p91 p122 122s 122dtpri2021-11-932许用应力的对比许用应力的对比tpri2021-11-933p92p92设计许用应力的变迁设计许用应力的变迁2021-11-934温度温度asmeasme案例案例eccc

19、 1999 eccc 1999 eccc 2005eccc 2005560560120.2120.2120120114.7114.7570570115115110110104.7104.7580580105.8105.8100.7100.794.794.759059096.796.790.790.784.784.76006008888828275.375.361061079.479.473.373.366.766.762062070.970.964.764.7585863063062.962.956.756.7505064064055.155.149.349.343.343.365065047

20、.247.242.742.737.337.3p92p92设计许用应力的变迁设计许用应力的变迁tpri2021-11-935高温过热器、再热器材料的性能要求高温过热器、再热器材料的性能要求高温强度高温强度烟气侧的腐蚀性能烟气侧的腐蚀性能蒸汽侧的氧化性能蒸汽侧的氧化性能高温高压水蒸气高温高压水蒸气高温腐蚀烟气高温腐蚀烟气外壁结焦与氧化层内壁氧化层tpri2021-11-936tpri2021-11-937一些耐热合金的烟气腐蚀性能一些耐热合金的烟气腐蚀性能 2021-11-938铁素体钢的抗烟气腐蚀性能铁素体钢的抗烟气腐蚀性能(烟气：烟气：1%so2-5%o2-bal.n2灰：灰：1.5mnaso

21、4-1.5mkso4-1mfe2o3)2021-11-939不同不同cr含量的耐热钢在含量的耐热钢在50mpa的许用温度的许用温度 2021-11-940tpri不锈钢在蒸汽中的氧化不锈钢在蒸汽中的氧化2021-11-941蒸汽侧氧化可能造成的问题蒸汽侧氧化可能造成的问题承载壁厚减小承载壁厚减小氧化层的绝热作用氧化层的绝热作用氧化层的剥落导致弯头堵塞爆管氧化层的剥落导致弯头堵塞爆管氧化层的剥落导致汽轮机通流部分的冲蚀氧化层的剥落导致汽轮机通流部分的冲蚀剥落堵塞进入汽轮机基体氧化皮蒸汽tpri2021-11-942tpri2021-11-943tpri2021-11-944tpri2021-11

22、-945高温过热器、再热器高温过热器、再热器材料材料tp347hfgtp347hfgtp347htp347h晶粒细化到晶粒细化到astm 8astm 8级级以上的细晶钢，提高了抗蒸汽氧化能力及以上的细晶钢，提高了抗蒸汽氧化能力及蠕变强度，在欧洲得到了大量应用蠕变强度，在欧洲得到了大量应用super 304super 304600 -650600 -650的许用应力比的许用应力比tp347htp347h高高30%30%hr3c 25cr20ninbnhr3c 25cr20ninbn（tp310nbntp310nbn）抗烟抗烟气腐蚀和蒸汽氧化性能好气腐蚀和蒸汽氧化性能好2021-11-946 国外

23、超超临界机组的温度参数达到和超过国外超超临界机组的温度参数达到和超过600/600600/600，已有多年运行业绩，已有多年运行业绩 国际上成熟材料可满足国际上成熟材料可满足610610蒸汽参数的要蒸汽参数的要求，不存在无法解决的技术瓶颈求，不存在无法解决的技术瓶颈 充分考虑材料的高温强度，烟气腐蚀性能，充分考虑材料的高温强度，烟气腐蚀性能，汽水氧化性能，制造、加工、热处理、异种汽水氧化性能，制造、加工、热处理、异种材料焊接等工艺性能，既考虑先进性，又考材料焊接等工艺性能，既考虑先进性，又考虑成熟性，取在虑成熟性，取在600600左右为宜左右为宜tpri2021-11-9473.4 3.4 主

24、蒸汽压力主蒸汽压力u提高压力对提高热效率的效果没有提高温度提高压力对提高热效率的效果没有提高温度的效果显著的效果显著u压力提高使汽轮机末级湿度增大压力提高使汽轮机末级湿度增大低压末低压末级湿度不应超过级湿度不应超过12%12% 在在30mpa/600/60030mpa/600/600条件下，汽轮机条件下，汽轮机末级的湿度已超出设计规范末级的湿度已超出设计规范tpri2021-11-948q压力提高压力提高 所有承压部件受力增加所有承压部件受力增加 压力对材料选择的影响较小，对材料消压力对材料选择的影响较小，对材料消耗量的影响较大耗量的影响较大p近十多年投运的超超临界机组中，主蒸汽压力近十多年投

25、运的超超临界机组中，主蒸汽压力 （30303131）mpampa的机组台数仅三台的机组台数仅三台, ,其中两台其中两台是二次再热机组是二次再热机组tpri2021-11-949序序号号国家国家电厂电厂容容量量mwmw汽机参数汽机参数设计效设计效率率% %投运投运年份年份压力压力/ /温度温度mpa/mpa/背压背压kpakpa1 1美国美国philo 6philo 612512531/610/56531/610/565/538/538195719572 2美国美国eddystone 1eddystone 132532534.4/649/534.4/649/566/56666/5663.443.

26、447 7195819583 3美国美国eddystone 2eddystone 232532534.4/649/534.4/649/566/56666/5663.443.447 7196019604 4日本日本川越川越kawagoe kawagoe 1 170070031/566/56631/566/566/566/5665.075.0741.9241.92198919895 5日本日本川越川越kawagoe kawagoe 2 270070031/566/56631/566/566/566/5665.075.0741.9241.92199019906 6丹麦丹麦avedoere 2aved

27、oere 241641630/580/60030/580/600494920022002主蒸汽压力主蒸汽压力30mpa30mpa以上机组以上机组tpri2021-11-950v鉴于技术难度、技术瓶颈及国外业绩和经鉴于技术难度、技术瓶颈及国外业绩和经验验v我国在开始发展超超临界机组的阶段，主我国在开始发展超超临界机组的阶段，主蒸汽压力采用蒸汽压力采用25mpa25mpa28mpa28mpa是适宜的是适宜的tpri2021-11-951机组主蒸汽压力和温度与热耗率的关系曲线机组主蒸汽压力和温度与热耗率的关系曲线效率增量梯度最大的方向效率增量梯度最大的方向tpri2021-11-952联箱材料联箱材

28、料100000h100000h高温强度与温度的关系高温强度与温度的关系tpri2021-11-953主蒸汽联箱材料随主蒸汽压力、温度变化曲线主蒸汽联箱材料随主蒸汽压力、温度变化曲线tpri* * 主蒸汽联箱内外径比主蒸汽联箱内外径比d d0 0/d/di i=1.8=1.8，孔桥减弱系数，孔桥减弱系数f fv v=0.8=0.82021-11-954材料强度与主蒸汽压力、温度、热耗率的关系曲线材料强度与主蒸汽压力、温度、热耗率的关系曲线沁北电厂沁北电厂邹县电厂邹县电厂玉环电厂玉环电厂沁北电厂沁北电厂邹县电厂邹县电厂玉环电厂玉环电厂tpri2021-11-955不同不同材料的材料的优化蒸汽参数优

29、化蒸汽参数tpri2021-11-956q单纯提高压力或单纯提高温度都是不可取的，应当单纯提高压力或单纯提高温度都是不可取的，应当沿着热耗率（效率）差值梯度最大的方向同时提高沿着热耗率（效率）差值梯度最大的方向同时提高压力和温度压力和温度q热耗率（效率）差值梯度最大的方向偏于温度，提热耗率（效率）差值梯度最大的方向偏于温度，提高温度的效果比提高压力要明显高温度的效果比提高压力要明显q选定材料后，按等热耗线和等强度线的关系可以找选定材料后，按等热耗线和等强度线的关系可以找到最低热耗率的点，将这些最低热耗率的点连接起到最低热耗率的点，将这些最低热耗率的点连接起来成为一条直线区，这条直线区对应着这族

30、材料优来成为一条直线区，这条直线区对应着这族材料优化的蒸汽参数化的蒸汽参数q技术经济分析所确定的蒸汽压力位于图中优化蒸汽技术经济分析所确定的蒸汽压力位于图中优化蒸汽参数直线区中的右下方附近参数直线区中的右下方附近tpri2021-11-957q各材料对应的优化蒸汽参数带的斜率有所差别各材料对应的优化蒸汽参数带的斜率有所差别q在在600600温度条件下，铁素体材料对应的最佳压力温度条件下，铁素体材料对应的最佳压力为为28mpa28mpa，奥氏体材料对应的最佳压力为，奥氏体材料对应的最佳压力为25mpa25mpaq采用采用600/600600/600蒸汽温度时，蒸汽温度时，25mpa25mpa蒸汽

31、压力和蒸汽压力和28mpa28mpa蒸汽压力均落在优化蒸汽参数带附近，即选蒸汽压力均落在优化蒸汽参数带附近，即选择择25mpa/600/60025mpa/600/600方案或方案或28mpa/600/60028mpa/600/600方案都是合理的，但它们在技术经济方面稍有差方案都是合理的，但它们在技术经济方面稍有差别别 tpri2021-11-958tpri2021-11-959v 国外发展超超临界机组的业绩和经验国外发展超超临界机组的业绩和经验 日本超超临界机组采用日本超超临界机组采用25mpa25mpa左右的主蒸汽压力基左右的主蒸汽压力基本不变的技术路线本不变的技术路线 徳国目前投运的徳国

32、目前投运的700mw700mw的超超临界机组也未采用的超超临界机组也未采用27.5mpa27.5mpa以上的主蒸汽压力以上的主蒸汽压力 25mpa25mpa压力方案和压力方案和28mpa28mpa压力方案属于同一层次压力方案属于同一层次 25mpa25mpa压力方案在技术可行性、设计制造模式、国压力方案在技术可行性、设计制造模式、国外业绩及与国外合作、技术经济方面稍好外业绩及与国外合作、技术经济方面稍好 而而28mpa28mpa压力方案的热效率稍高，其技术经济性需压力方案的热效率稍高，其技术经济性需要根据实际工程而定要根据实际工程而定tpri2021-11-9604 4 机组容量机组容量 大容

33、量机组大容量机组效率高效率高单位千瓦投资省单位千瓦投资省同容量电厂（如同容量电厂（如2 2900mw900mw与与3 3600mw600mw）建筑占地）建筑占地少少同容量电厂（如同容量电厂（如2 2900mw900mw与与3 3600mw600mw）建设周期）建设周期短短电厂人员少电厂人员少维护费用低维护费用低tpri2021-11-961 机组单机容量的上限：机组单机容量的上限： 材料强度材料强度 汽轮机末级排汽面积（叶片高度）汽轮机末级排汽面积（叶片高度） 汽轮发电机组（单轴）转子长度汽轮发电机组（单轴）转子长度( (汽缸数汽缸数) ) 加工制造设备及能力加工制造设备及能力 运输运输 电网

34、等电网等tpri2021-11-9624.1 4.1 锅炉容量锅炉容量v螺旋管圈单炉膛布置型式的最大单机容量螺旋管圈单炉膛布置型式的最大单机容量为为1050mw1050mw，可滑压运行的垂直管屏布置型，可滑压运行的垂直管屏布置型式的最大单机容量为式的最大单机容量为1000mw1000mwv我国现有设计制造基础及技术，我国现有设计制造基础及技术，1000mw1000mw及及以下容量的超超临界锅炉在技术都是可行以下容量的超超临界锅炉在技术都是可行的的 tpri2021-11-9634.2 4.2 汽轮机容量汽轮机容量v汽轮机大容量化需要很大的排汽面积汽轮机大容量化需要很大的排汽面积 增大末级叶片长

35、度增大末级叶片长度排汽口面积增加排汽口面积增加末级末级叶片长度受限于合金钢或钛合金的强度极限叶片长度受限于合金钢或钛合金的强度极限 增加低压缸的数量增加低压缸的数量单轴汽轮机有业绩的汽缸单轴汽轮机有业绩的汽缸总数最多五个，低压缸排汽口不超过六个总数最多五个，低压缸排汽口不超过六个受受限于轴系稳定性限于轴系稳定性tpri2021-11-964 我国现有设计制造基础及技术，单轴我国现有设计制造基础及技术，单轴1000mw1000mw超超临界汽轮机是可行的超超临界汽轮机是可行的tpri2021-11-9654.3 4.3 发电机容量发电机容量v国外具有运行业绩的最大容量发电机：西国外具有运行业绩的最

36、大容量发电机：西门子门子1100mw1100mw，三菱，三菱900mw900mw，阿尔斯通，阿尔斯通930mw930mw，东芝东芝1000mw1000mwv发电机大型化需考虑运输问题发电机大型化需考虑运输问题整体式整体式运输、分体式运输运输、分体式运输v我国大容量发电机的发展，选择我国大容量发电机的发展，选择1000mw1000mw级级容量是可行的容量是可行的tpri2021-11-966 4.4 4.4 容量的综合比较容量的综合比较v我国现有设计制造基础及技术，我国现有设计制造基础及技术，1000mw1000mw和和600mw600mw级级超超临界机机组是可行的超超临界机机组是可行的v100

37、0mw1000mw超超临界机组方案具有效率高、单位千瓦超超临界机组方案具有效率高、单位千瓦投资省、人员少、维护费用低及同容量电厂建设投资省、人员少、维护费用低及同容量电厂建设周期短、用地少等综合优点周期短、用地少等综合优点v600mw600mw等级超超临界机组，可与等级超超临界机组，可与1000mw1000mw容量机组形容量机组形成系列成系列 tpri2021-11-9675 5 机组主要结构型式机组主要结构型式5.1 5.1 锅炉结构型式锅炉结构型式(1)(1)炉型与燃烧方式炉型与燃烧方式型布置型布置/塔式布置塔式布置/t/t型布置型布置布置方式取决于锅炉厂家的传统技术布置方式取决于锅炉厂家

38、的传统技术燃用高灰分煤，从减轻受热面磨损方面考虑，采用燃用高灰分煤，从减轻受热面磨损方面考虑，采用塔式布置较为合适塔式布置较为合适切园燃烧方式锅炉，从减小炉膛出口烟温偏差角度切园燃烧方式锅炉，从减小炉膛出口烟温偏差角度考虑，选用塔式布置型式较为合适考虑，选用塔式布置型式较为合适锅炉整体布置型式的选择需要根据电厂燃煤条件、锅炉整体布置型式的选择需要根据电厂燃煤条件、投资费用、运行可靠性及经济性等，进行全面地技投资费用、运行可靠性及经济性等，进行全面地技术经济比较选定术经济比较选定tpri2021-11-968tpri2021-11-969锅炉整体布置及工质流程锅炉整体布置及工质流程 no. it

39、em (1) economizer (2) furnace spiral waterwall (3) spiral outlet manifold (4) open pass waterwall (5) nose wall (6) separator (7) roof wall (8) convection pass (9) primary superheater (10) secondary superheater (11) final superheater (12) strage tank (13) primary reheater (14) final reheater (15) bo

40、iler circulation pump no. 部 件名称 (1) 省煤器 (2) 螺旋水冷壁 (3) 螺旋水冷壁出口混合集箱manifold (4) 上部水冷壁 (5) 折焰角 (6) 启动分离器 (7) 顶棚过热器 (8) 包墙过热器 (9) 低温过热器 (10) 屏式过热器 (11) 末级过热器 (12) 储水罐 (13) 低温再热器 (14) 高温再热器 (15) 锅炉再循环泵（bcp） ( 1) ( 2) (4) ( 5) ( 6) ( 7) ( 8) ( 10) ( 11) ( 12) ( 14) ( 15) 高压缸 中压缸 高 压 加 热器 来自高压缸 ( 3) ( 13)

41、( 9) 2021-11-970塔式布置螺旋管圈锅炉塔式布置螺旋管圈锅炉tower-type spiral tube circle boilertpri2021-11-971tpri2021-11-972锅炉布置型式与燃烧方式应合理搭配锅炉布置型式与燃烧方式应合理搭配v1000mw1000mw级超超临界锅炉级超超临界锅炉 四角单切圆塔式布置四角单切圆塔式布置 墙式对冲塔式布置墙式对冲塔式布置 单炉膛双切圆单炉膛双切圆型布置型布置 墙式对冲墙式对冲型布置型布置v600mw600mw级超超临界锅炉级超超临界锅炉 还可采用四角单切圆还可采用四角单切圆型布置型布置tpri2021-11-973垂直管圈

42、水冷壁与螺旋管圈水冷壁垂直管圈水冷壁与螺旋管圈水冷壁tpri2021-11-974tpri2021-11-975（2 2）水冷壁型式）水冷壁型式 螺旋管圈水冷壁应用最广泛螺旋管圈水冷壁应用最广泛我国锅炉厂已掌握我国锅炉厂已掌握了制造工艺，技术成熟，是一种优选的方案了制造工艺，技术成熟，是一种优选的方案 三菱重工内螺纹垂直管屏水冷壁三菱重工内螺纹垂直管屏水冷壁已有运行业绩，已有运行业绩，在支吊、安装及运行等方面有较大的优越性，也是在支吊、安装及运行等方面有较大的优越性，也是发展的方向，可以应用发展的方向，可以应用 英巴低质量流速垂直内螺纹管水冷壁英巴低质量流速垂直内螺纹管水冷壁低质量流低质量流速

43、、正流量响应特性，即流量随热负荷自动增加的速、正流量响应特性，即流量随热负荷自动增加的特性，有发展前途，在超临界锅炉上尚无业绩，可特性，有发展前途，在超临界锅炉上尚无业绩，可待技术成熟后再应用待技术成熟后再应用tpri2021-11-9765.2 5.2 汽轮机结构型式汽轮机结构型式p汽轮机大容量化需要很大的排汽面积汽轮机大容量化需要很大的排汽面积 增大末级叶片长度增大末级叶片长度受限于合金钢或钛合金的受限于合金钢或钛合金的强度极限强度极限 增加低压缸的数量增加低压缸的数量单轴汽轮机有业绩的汽缸单轴汽轮机有业绩的汽缸总数最多五个，低压缸排汽口不超过六个总数最多五个，低压缸排汽口不超过六个受受限

44、于轴系稳定性限于轴系稳定性tpri2021-11-9772021-11-978(1)(1)末级长叶片与排汽口数末级长叶片与排汽口数v 1000mw1000mw汽轮机推荐采用汽轮机推荐采用4343（1092.2mm1092.2mm）4848（1219.2mm1219.2mm）末级叶片四排）末级叶片四排汽结构，其排汽损失在汽结构，其排汽损失在25kj/kg42kj/kg25kj/kg42kj/kg的设计规范的设计规范内内v 600mw600mw级汽轮机可采用级汽轮机可采用1000mm1000mm末级叶片四排汽结构末级叶片四排汽结构或或4848（1219.2mm1219.2mm）末级叶）末级叶片两排

45、汽结构片两排汽结构tpri图2-4 低压缸实体图2021-11-979用户用户: : 电源开发电源开发 开始运行开始运行: 200: 2000 0年年6 6月月机组机组: : 双轴四排汽再热机组双轴四排汽再热机组 c cc4f-4c4f-48 8”出力出力: : 10105 50mw0mw主蒸汽主蒸汽: : 25.1mpa 600 25.1mpa 600再热蒸汽再热蒸汽: : 610610转速转速: : 3600rpm3600rpm/1800rpm/1800rpm解决汽轮机大容量化的矛盾还可采用双轴方案解决汽轮机大容量化的矛盾还可采用双轴方案 橘湾橘湾#1#1电站电站1000mw1000mw超

46、超临界机组超超临界机组tpri2021-11-980(2) (2) 单轴与双轴布置单轴与双轴布置单轴布置单轴布置双轴布置双轴布置一台发电机、零部件较多、一台发电机、零部件较多、两台发电机、零部件较多两台发电机、零部件较多热经济性取决于末级叶片高度热经济性取决于末级叶片高度热经济性取决于末级叶片高度热经济性取决于末级叶片高度机组较长机组较长机组较短机组较短轴系长，要精心组织轴系稳定性轴系长，要精心组织轴系稳定性轴系简单轴系简单启停机时要精心组织涨差问题启停机时要精心组织涨差问题启停机比单轴布置方便启停机比单轴布置方便无可供选择的派生方案无可供选择的派生方案可供选择的派生方案较多（指低压轴可以全可

47、供选择的派生方案较多（指低压轴可以全速，也可以半速速，也可以半速）汽轮机发电机组投资低汽轮机发电机组投资低机组投资高机组投资高( (比单轴布置高比单轴布置高10%10%23%)23%)占地面积稍小，但与锅炉占地不易匹配占地面积稍小，但与锅炉占地不易匹配占地面积稍大，与锅炉占地易匹配占地面积稍大，与锅炉占地易匹配厂房投资？厂房投资？厂房投资？厂房投资？发电机需大型化发电机需大型化发电机不需同步大型化发电机不需同步大型化总体技术难度较高总体技术难度较高总体技术难度较低总体技术难度较低机组设计条件较难机组设计条件较难机组设计条件较好机组设计条件较好要考虑大件运输的限制要考虑大件运输的限制无大件运输的

48、限制无大件运输的限制国外国外900mw900mw以上单轴布置居少数以上单轴布置居少数国外国外900mw900mw以上双轴布置居多数以上双轴布置居多数tpri2021-11-981v近年来更长末级叶片的开发，单轴布置越近年来更长末级叶片的开发，单轴布置越来越成为新的发展趋势来越成为新的发展趋势v国外多家制造厂已经有国外多家制造厂已经有1000mw1000mw级单轴布置级单轴布置机组投入运行机组投入运行v在起步发展在起步发展1000mw1000mw级大容量火力发电机组级大容量火力发电机组时，单轴布置是首先推荐的方案时，单轴布置是首先推荐的方案 tpri2021-11-9827 7 技术经济分析技术

49、经济分析7.1 7.1 机组造价分析机组造价分析v压力对材料选择的影响较小，而对材料消耗量的影压力对材料选择的影响较小，而对材料消耗量的影响较大响较大压力提高后，所有承压部件的壁厚都要压力提高后，所有承压部件的壁厚都要增加，投资随压力的增加而线性增加增加，投资随压力的增加而线性增加v温度影响材料的选择温度影响材料的选择温度提高后，高温部件要温度提高后，高温部件要使用价格较贵的材料，材料等级提高后承压部件的使用价格较贵的材料，材料等级提高后承压部件的壁厚有可能减薄，引起的投资增加要具体分析壁厚有可能减薄，引起的投资增加要具体分析v600/600600/600方案与方案与580/600580/60

50、0方案相比：锅炉投方案相比：锅炉投资増加资増加1%1%2%2%，汽轮机投资不变，电厂造价增加，汽轮机投资不变，电厂造价增加0.2%0.2%0.4%0.4%v28mpa28mpa方案与方案与25mpa25mpa方案相比：锅炉投资増加方案相比：锅炉投资増加5%5%6%6%，汽轮机投资增加汽轮机投资增加2%2%3%3%，电厂造价增加，电厂造价增加3%3%3.5%3.5%tpri2021-11-983 电厂单位千瓦投资电厂单位千瓦投资机组类型机组类型静态投资静态投资( (亿元亿元) )单位静态投单位静态投资资( (元元/ kw)/ kw)单位静态投单位静态投资资(%)(%)国产亚临界国产亚临界45.7

51、57845.757838133813100100国产超临界国产超临界46.604446.604438843884101.9101.9国产化国产化超超临界超超临界47.304447.304439423942103.4103.4tpri2021-11-984 静态总投资静态总投资（万元）（万元）单位静态投资单位静态投资（元（元/kw/kw）电厂实际投资电厂实际投资77371477371442984298扣除脱硫设施扣除脱硫设施69595469595438663866扣除脱硫设施扣除脱硫设施和厂址因素和厂址因素66679466679437043704 某超超临界电厂静态总投资和单位静态投资某超超临界

52、电厂静态总投资和单位静态投资tpri2021-11-985不同类型机组的上网电价不同类型机组的上网电价机组类型机组类型单位投单位投资资( (元元/kw)/kw)含税电价（元含税电价（元/mwh/mwh）-10%-10%50005000小时小时+10%+10%国产亚临界国产亚临界2 2600mw600mw33723372309309294294282282国产常规超临界国产常规超临界2 2600mw600mw35073507305305290290277277国产超超临界国产超超临界2 2600mw600mw36473647309309293293280280某电厂某电厂2 2900mw900m

53、w超超临界超超临界 ( (扣除脱硫设施和厂址因素扣除脱硫设施和厂址因素) )37043704301301286286273273某电厂某电厂2 2900mw900mw超超临界超超临界 ( (扣除脱硫设施和厂址因素，扣除脱硫设施和厂址因素，部分辅机国产部分辅机国产) )35843584297297282282269269tpri2021-11-986经济性比较经济性比较项目项目外高桥外高桥 2 2900mw900mw超临界超临界2 2900mw900mw超超临界超超临界蒸汽参数蒸汽参数24.955mpa 24.955mpa 538/566538/56625.0mpa 25.0mpa 580/60

54、0580/60025.0mpa 25.0mpa 600/600600/60028.0mpa 28.0mpa 580/600580/60028.0mpa 28.0mpa 600/600600/600汽轮机热耗率汽轮机热耗率(kj/kwh)(kj/kwh)76027602预计预计7451.37451.3预计预计7409.47409.4预计预计7392.47392.4预计预计7350.57350.5发电效率发电效率(%)(%)43.543.544.3844.3844.6344.6344.7344.7344.9944.99发电煤耗率发电煤耗率(g/kwh)(g/kwh)2832832772772752

55、75275275273273年耗标准煤年耗标准煤( (吨吨) )28028010104 427427410104 427227210104 427227210104 4270.2270.210104 4年节约标准煤年节约标准煤( (吨吨) )0 06000060000800008000080000800009800098000注：年运行小时按注：年运行小时按55005500小时计。小时计。tpri2021-11-987注注: : 年运行年运行55005500小时；厂用电率小时；厂用电率5%5%单位单位3 3600mw600mw亚临界亚临界3 3600mw600mw超临界超临界2 2900mw9

56、00mw超超临界超超临界参参 数数mpa/mpa/16.7/538/53816.7/538/53824.2/566/56624.2/566/56625.0/600/60025.0/600/600发电效率发电效率% %42.0642.0643.5943.5944.6144.61热耗率热耗率kj/kwhkj/kwh779577957522752273507350发电煤耗率发电煤耗率g/kwhg/kwh292.0292.0281.8281.8275.3275.3年耗标煤年耗标煤万万t/at/a304.3304.3293.7293.7286.9286.9年节约标煤年节约标煤万万t/at/a10.610

57、.617.417.4年排放年排放co2co2万万t/at/a728.2728.2702.8702.8686.5686.5年减排年减排co2co2万万t/at/a25.425.441.741.7tpri2021-11-988序序号号机组类型机组类型机组类型特点机组类型特点发电煤耗发电煤耗g/kwhg/kwh发电厂用发电厂用电率电率% %供电煤耗供电煤耗g/kwhg/kwh1 11000mw1000mw级级超超临界超超临界脱硫脱硫2842845.25.23003002 2600mw600mw级级超超临界超超临界常规常规2912914.34.3304304脱硫脱硫2912915.55.5308308

58、3 3600mw600mw级级超临界机组超临界机组常规常规2952954.54.5309309脱硫脱硫2952955.75.7313313脱硫空冷（电泵）脱硫空冷（电泵）3063068.58.5334334脱硫空冷（汽泵）脱硫空冷（汽泵）3123126.06.03323327.2 7.2 技术经济对比技术经济对比机组主要指标机组主要指标 tpri2021-11-989序序号号机组类型机组类型thatha工况工况热耗率热耗率kj/kwhkj/kwh锅炉效率锅炉效率厂用电率厂用电率% %( (厂用电容厂用电容量量) )备注备注1 1玉环玉环1000mw1000mw超超临界机组超超临界机组73167

59、31693.8593.85(68mva)(68mva)2 2营口营口600mw600mw超超临界机组超超临界机组7427.57427.593.793.7/ /3 3沁北沁北600mw600mw超临界机组超临界机组752275229393（贫煤）（贫煤）5.345.34不含脱不含脱硫硫4 4上安上安600mw600mw超临超临界空冷机组界空冷机组79927992/ / /汽动泵汽动泵5 5铜川铜川600mw600mw亚临亚临界空冷机组界空冷机组81668166/ /（63mva63mva）汽动泵汽动泵新建机组主要性能设计值新建机组主要性能设计值 tpri2021-11-990v技术经济问题具有动

60、态性技术经济问题具有动态性v会随着时间及对环境保护方面压力的增加会随着时间及对环境保护方面压力的增加而变化而变化v必须进行全面地分析必须进行全面地分析tpri2021-11-991 8 8 结论结论(1) (1) 我国发展超超临界机组的技术参数我国发展超超临界机组的技术参数q一次再热一次再热q蒸汽参数蒸汽参数 25mpa25mpa28mpa/600/60028mpa/600/600q发电效率发电效率 44.63%44.63%45.0%45.0%q发电煤耗率发电煤耗率 275g/kwh275g/kwh273g/kwh273g/kwh25mpa25mpa压力方案或压力方案或28mpa28mpa压力