超超臨界壓力鍋爐的發(fā)展及應(yīng)用
節(jié)約一次能源，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，減少有害氣體的排放，降低地球的溫室效應(yīng)，已越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外的高度重視。我國(guó)電力總裝機(jī)容量已逾3 億KW，但火電機(jī)組平均單機(jī)容量不足10 萬(wàn)kW，平均供電煤耗達(dá)399g／（kW·h），比國(guó)外先進(jìn)水平高70～80g／（kW·h），高出25％以上，資源浪費(fèi)太大，廢氣排放嚴(yán)重。從目前世界火力發(fā)電技術(shù)水平來(lái)看，提高火電廠效率的方法除整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）、增壓流化床聯(lián)合循環(huán)（PFBC）外，還有超超臨界壓力技術(shù)（USC）。我國(guó)已經(jīng)把大幅度提高發(fā)電效率、加速發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)的超超臨界機(jī)組作為我國(guó)可持續(xù)發(fā)展、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的重要措施。
1 超超臨界壓力鍋爐的發(fā)展
世界上第一臺(tái)實(shí)驗(yàn)性的超臨界鍋爐是西門子公司根據(jù)捷克人馬克·本生1919 年的專利方案制造的。超超臨界機(jī)組并不是按步就班由22．2MPa、538℃／538℃向上發(fā)展的，蒸汽參數(shù)經(jīng)歷高—低—高的過(guò)程。1949 年原蘇聯(lián)安裝了第一臺(tái)超超臨界試驗(yàn)機(jī)組，直流鍋爐出口參數(shù)為29．4MPa、600℃（12t／h），經(jīng)節(jié)流至15MPa 后通入汽輪機(jī)，以后又生產(chǎn)了29．4MPa、650℃型號(hào)為P—100—300 的100MW 機(jī)組，作為改造中壓機(jī)組的前置級(jí)。1956 年西德投運(yùn)
1 臺(tái)參數(shù)為34MPa、610℃／570℃／570℃、容量為88MW 的機(jī)組。
美國(guó)在50 年代末投運(yùn)了2 臺(tái)具有代表性的超超臨界機(jī)組，菲羅電廠6 號(hào)機(jī)組，容量為125M
W、參數(shù)為31MPa、621℃／566℃／538℃；艾迪斯頓電廠1 號(hào)機(jī)組，參數(shù)為34．3MPa、
649℃／566℃／566℃、容量為325MW。費(fèi)城電力公司的這臺(tái)艾迪斯頓1 號(hào)機(jī)從1960 年開(kāi)
始按設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行8 年，后因出現(xiàn)一些故障，主要是材料問(wèn)題，1968 年起參數(shù)降為31MPa、610℃／557℃／557℃。美國(guó)一開(kāi)始就試制這樣高參數(shù)的超超臨界機(jī)組，不可避免地頻繁發(fā)生事故，故不得不降低參數(shù)運(yùn)行。在開(kāi)發(fā)初期，過(guò)高的蒸汽參數(shù)超越了當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平。以后將蒸汽降至24．1MPa、538℃～566℃，并逐步完善，這種蒸汽參數(shù)保持了20 余年。日本引進(jìn)美國(guó)的技術(shù)并結(jié)合歐洲的適合變壓運(yùn)行的本生式直流爐，成功地開(kāi)發(fā)了超超臨界機(jī)組。在1989 年和1991 年成功地投運(yùn)2 臺(tái)700MW、31MPa、566℃／566℃／566℃的機(jī)組，運(yùn)行情況良好，可用率水平很高。1998 年投運(yùn)主蒸汽和再熱蒸汽溫度均為600℃的原町2 號(hào)1000MW 機(jī)組，該機(jī)組實(shí)測(cè)發(fā)電機(jī)端效率達(dá)44．7％。
歐洲在1995～1999 年間至少投運(yùn)9 臺(tái)蒸汽壓力28．5MPa～31．0MPa、溫度545℃～58
7℃的超超臨界機(jī)組，在建的還有10 臺(tái)，并將蒸汽溫度提高至600℃以上。其中丹麥已投運(yùn)的2 臺(tái)超超臨界機(jī)組的熱效率可達(dá)47％～49％。
2 蒸汽參數(shù)的選擇
機(jī)組的蒸汽參數(shù)是決定機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的重要因素。一般，壓力是16．6～31．0MPa、溫
度在535℃～600℃的范圍內(nèi)，壓力每提高1MPa，機(jī)組的熱效率上升0．18％～0．29％；
新蒸汽溫度或再熱蒸汽溫度每提高10℃，機(jī)組的熱效率就提高0．25％～0．3％；如果采用二次再熱的機(jī)組就比一次再熱機(jī)組的熱效率高1．5％～2．0％?，F(xiàn)在常規(guī)的超臨界機(jī)組采用的蒸汽參數(shù)為24．1MPa、538℃／566℃。超超臨界機(jī)組一般采用二次再熱，其參數(shù)為：31．0MPa、566℃／566℃／ 566℃或31．0MPa、593℃／593℃／593℃或34．5 MPa、64
9℃／593℃／593℃。超超臨界機(jī)組的供電端效率見(jiàn)表1 所示。