超临界锅炉的发展概况

国外关于超超临界技术现状和发展趋势宋明蔚，郝志信（华能营口电厂，辽宁营口 115007）摘要：文中简述国外发展超超临界火电机组的现状、发展趋势，超超临界机组与超临界机组、亚临界机组运行经济性效益比较，及我国发展超超临界机组的必要性。

关键词：超临界；超超临界；（USC）0概述首先我们要先了解一下超超临界的概念。

火力发电厂的工质是水蒸汽，在常规条件下水经加热温度达到给定压力下的饱和温度时，将产生相变，水开始从液态变成汽态，出现一个饱和水和饱和蒸汽两相共存的区域。

当蒸汽压力达到22.129MPa时，汽化潜热等于零，汽水比重差也等于零，该压力称为临界压力。

水在该压力下加热至374.15℃时即被全部汽化，该温度称为临界温度。

水在临界压力及超过临界压力时没有蒸发现象，即变成蒸汽，并且由水变成蒸汽是连续的，以单相形式进行。

蒸汽压力大于临界压力的范围称超临界区，小于临界压力的范围称亚临界区。

从水的物理性能来讲，只有超临界和亚临界之分，超超临界是我国人为的一种区分，也称为优化的或高效的超临界参数。

目前超超临界与超临界的划分界限尚无国际统一的标准，一般认为蒸汽压力大于25MPa蒸汽温度高于580℃称为超超临界。

超超临界燃煤发电技术(USC)由于超超临界燃煤发电技术(USC)仍是基于常规发电系统的渐进技术，所以发展USC技术是最具有现实意义的，而且和其它技术相比极具竞争力，由于超超临界机组与常规火电机组相比，超临界机组的可用率与亚临界机组相当，效率比亚临界机组约提高2%。

超超临界机组效率可比超临界机组再提高约2%～3%，若再提高其主汽压力到28MPa以上，效率还可再提高约2个百分点。

因此它具有明显的高效、节能和环保优势，已成为当今世界发达国家竞相采用和发展的新技术，目前一些经济发达国家都开始采用USC发电机组。

1超超临界火电机组国外现状1.1 美国美国是发展超临界机组最早的国家，世界上第一台超临界机组1957年在Philo电厂（6#）投运，容量为125MW，参数为31MPa/621℃／566℃／560℃，该机组由B&W和GE公司设计制造；1958年，第二台超临界机组在Eddystone电厂（1#）投运，容量为325MW，机组的参数为34.4MPa／649℃／566℃／566℃，该机组由CE和WH公司设计制造；迄今为止，它们是最高参数的超超临界机组。

亚临界、超临界、超超临界火电机组技术区别、发展现状与发展趋势的研究报告一、问题的提出通过书本上的学习我们初步了解了火电厂的工作流程和原理，在整个流程中机组选择的不同使得火电厂对发电用的蒸汽的各项参数、工件的选择、材料的要求等提出不同的标准。

本小组通过对亚临界、超临界、超超临界火电机组技术区别、发展现状与发展趋势进行研究，找出了他们的一些不同与相同之处，陈列如下不对之处还望指正。

二、调查方法1.从书籍中查找有关资料2.在英特网中查阅有关资料三、正文我国自1882年在上海建立第一座火力发电厂开始, 火力发电已走过100多年发展历程。

新中国成立以后, 特别是改革开放以来, 我国的火力发电事业取得了煌的成就。

全国电力装机到1987年跨上100GW的台阶后, 经过7年的努力, 在1995年3月份突破200GW至1995年底我国电力装机容达到217.224GW,其中水电52.184GW,火电162.94GW,核电2.1GW.1995年全国发电装机容量跃居世界第三位、发电量居世界第二位。

火力发电在电力结构中一直占有重要地位。

从全球范围看, 火电在电力工业中起着主导作用。

对中国而言, 火电在电力工业中所占比重更大, 其中煤电所占比例要比全世界平均水平更高。

国内外一些机构曾对我国能源结构进行过预测分析, 虽然数字有些差异, 但结论大致相同,火力发电特别是燃煤发电在未来几年及21世纪上半叶, 甚至更长时间内在我国电力工业中将起主导作用。

我国火电机组的研制从50年代中期6MW中压机组起步, 到70年代已具备设计制造200MW超高压机组和300MW亚临界压力机组的能力, 但我国最大单机容量同国外先进水平的差距一般为30-40年, 我国机组的技术性能和可靠性水平与国外先进水平相比有相当大的差距( 以当时的亚临界300MW汽轮机为例, 其热耗值比国外同类机组高出约209KJ/（KW·h）, 按每台机组每年运行7000h 计算, 仅此一项每台机组每年就需多消耗近2000t标准煤。

电站锅炉发展历程简述电站锅炉的发展历程可以追溯到18世纪末的工业革命时期。

以下是电站锅炉发展的主要阶段：1. 蒸汽动力：第一台蒸汽锅炉于18世纪末出现，最初被用于驱动早期的蒸汽机。

这些锅炉一般采用直立式结构，燃烧煤作为燃料，通过烟囱排放废气。

蒸汽锅炉的出现为工业革命提供了强大的动力源，并促进了工业化进程。

2. 水管锅炉：19世纪初，发明了水管锅炉，它采用了水管设计，将水与烟气进行换热，提高了锅炉的效率。

这种设计还可以适应更高的压力，使得锅炉更加稳定和安全。

3. 拉马雷锅炉：19世纪中期，法国工程师拉马雷发明了一种新型锅炉。

该锅炉采用环保石油作为燃料，实现了高效燃烧，减少了废气排放。

拉马雷锅炉的出现标志着锅炉技术的进一步发展和环保性能的提升。

4. 超临界锅炉：20世纪初，超临界锅炉技术开始应用于电站锅炉。

超临界锅炉能够在高温和高压下运行，使得热效率更高，并减少了二氧化碳的排放。

这种锅炉技术的应用使得发电效率和环境友好性大大提高。

5. 循环流化床锅炉：20世纪末，循环流化床锅炉技术得到广泛应用。

该锅炉通过将燃料与煤粉混合，形成流化床，使燃烧更全面，减少污染物的排放。

循环流化床锅炉还能够燃烧不同种类的燃料，提高了运行的灵活性。

6. 高效锅炉：近年来，为了提高发电效率和减少环境污染，电站锅炉的研发重点逐渐转向高效低排放的方向。

通过采用先进的燃烧技术，如燃烧循环冷却（CCC）和预混燃烧等，电站锅炉的热效率被进一步提高。

电站锅炉的发展历程经历了从简单的蒸汽动力到高效低排放的演进。

随着科技的不断进步和环保意识的提高，电站锅炉的技术将继续提升，为可持续能源发展提供重要的支持。

超临界火电技术发展状况一、综述水的临界状态参数为22.1MPa，374.15℃，在水的参数达到该临界点时，水的完全汽化会在一瞬间完成，即在临界点时，在饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区存在，二者参数不再有分别。

当机组参数高于这一临界状态参数时，通常称其为超临界参数机组。

对蒸汽动力装置循环的理论分析结果表明，提高初参数和降低循环的终参数都可以提高循环的热效率。

实际上，蒸汽动力装置的发展和进步就是一直沿着提高参数的方向前进的。

超临界火电技术经几十年的发展，目前是世界上唯一的先进、成熟和达到商业化规模应用的洁净煤发电技术，在不少国家推广应用并取得了显著的节能和改善环境的效果。

当前，在实际应用中机组的主蒸汽压力最高已达到了31 MPa，主汽温度最高已达到610℃，容量等级在300MW－1300MW内均有业绩。

与同容量亚临界火电机组的热效率比较，在理论上采用超临界参数可提高效率2％－2.5％，采用更高的超临界参数可提高约4％－5％。

目前世界上先进的超临界机组效率已达到47％－49％，同时先进的大容量超临界机组具有良好的运行灵活性和负荷适应性；超临界机组大大降低了CO2、粉尘和有害气体（主要SO X、NO X等）等污染物排放，具有显著环保、洁净的特点。

实际运行业绩表明，超临界机组的运行可靠性指标已经不低于亚临界机组，有的甚至还要高。

另外还有一个很重要的因素是，相对其它洁净煤发电技术来说，超临界技术具有良好的技术继承性。

正因如此超临界发电技术得到各国电力界的重视，又进入了新一轮的发展时期，进一步发展的方向是保证其可用率，可靠性、运行灵活性和机组寿命等的同时，进一步提高蒸汽的参数，从而获得更高的效率和环保性。

我国电力工业总体与国外先进水平相比有较大差距，能耗高、环境污染严重是目前我国火电厂中存在的两大突出问题，并成为制约我国电力工业乃至整个国民经济的重要因素。

二、超临界机组的技术发展状况世界上超临界发电技术的发展过程大致上可分为两个阶段：第一阶段大致从上个世纪50年代－80年代，主要以美国、德国、日本等国为技术代表。

文献综述1 前言超临界压力机组已是世界上一项比较成熟的技术，加快建设和发展高效超临界火电机组是解决电力短缺、提高能源利用率和减少环境污染的最现实、最有效的途径。

发展超临界机组已成为我国电力行业的主要方向之一。

大容量超临界机组具有运行经济性高、负荷适应性强的特点，并且超临界直流炉因为没有汽包，其金属消耗量小，与同参数的汽包锅炉相比，直流锅炉可节约20-30%的钢材[1],因此，超临界机组是我国未来大型火电机组的发展方向。

由于超临界直流炉和汽包炉在结构上存在的差异，因此在对参数控制方式上有着较大的差别。

超临界参数锅炉与亚临界汽包锅炉在自动控制方面有所不同，其原因是直流锅炉与汽包锅炉之间的差别。

超临界参数锅炉是指过热器出口主蒸汽压力超过22.129 MPa ，理论上认为，在水的状态参数达到临界点时，水的汽化会在一瞬间完成，即在临界点时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区存在，也就是说二者的各项参数不再有区别[2]。

由于在临界参数下汽水密度相等，在超临界压力下无法维持自然循环，因此超临界锅炉必须是直流锅炉。

直流锅炉的主要特点是汽水系统中不设置汽包，工质一次性地通过省煤器、水冷壁、过热器，各受热面间无固定的分界线，则锅炉运行工况的各种改变（无论是给水量或燃料量的变动），都将导致汽水通道各点工质参数的变动，随之便引起了受热面各区段所占长度的变化，进而引起工质参数的改变。

则要有较好的自动控制设备。

超临界直流锅炉的自动控制中，最困难的是主汽温控制。

超临界直流锅炉的主汽温调节通常采用分段调节法，一般分为2段：第1段是燃料量与给水量的比值来调节中间点的温度，实现过热汽温的粗调；第2段采用一级或两级喷水减温装置，实现过热汽温的细调[3]。

2 本课题在国内外的研究现状超临界技术的发展至今已有40年的历史，20世纪90年代以来，由于环保和节能的需要，超临界机组又进入了新一轮的发展时期[4]。

由于超临界机组压力、温度等级的提高，对机组参数控制要求也有所提高，其中，对主汽温的控制至关重要。

超临界参数机组发展现状及效率一、超临界参数机组发展现状1.超临界是物理概念：22.1MPa(374.15℃)2.超超临界是（90年代提出）工程产品商业性的概念（1）1993年-日本最早提出压力≥24.2MPa，温度≥ 593℃。

（2）丹麦认为压力≥ 27.5MPa. 1998年-两台29MPa两次再热，1997年西门子认为采用“600℃材料”的机组来区分。

（3）我国电力百科全书认为压力≥ 27MPa。

（4）2003年“863”“超超临界燃煤发电技术”课题设定为压≥25MPa，温度≥ 580℃。

二、第一次大规模发展—美国1.美国发展以超超临界参数起步（1）1959年投运的320MW,34.5MPa/649/566/566℃,至今仍在运行（2）1959年GE公司125MW,31MPa/621/566/538℃，1975年停运2.80-90年美国大规模的改造和优化，解决可靠性问题参数回到超临界（温度小于566℃，压力25MPa）以下三、第二次大规模发展-1993年后欧洲及日本新一轮超临界技术发展的动力1.燃料资源结构：煤远超过气、油2.欧美环保政策、德国洁净燃煤及关闭核电能源政策3.京都议定书；减少CO2排放的经济杠杆4.目前唯一达到产业化要求的高效洁净燃煤技术（1）美国向日本及欧洲的超临界技术转让（2）90年代开始日本和欧洲市场为主（3）参数以超超临界为主：温度大于580℃，普遍达到600℃四、第三次大规模发展-2001年后中国技术引进项目合作发展超临界/超超临界1.从2001年开始，我国各电站制造公司通过技术引进、项目合作方式来发展超临界和超超临界技术。

2.不完全统计至2005年3月，超临界项目机组总共约～150多台，其中百万等级超超临界机组10台，600MW超超临界机组4台，600MW等级超临界机组约140台。

五、高效洁净燃煤电厂的设计理念1.所有环节，所有可采用的先进技术提高效率。

电厂总的热效率提高到43%-47%（热电联供超过55%）；2.考虑环保的效益，更大的冷端投入；3.与当地经济综合利用，普遍热电联供；4.必须具有调峰能力；5.进一步提高参数，“700℃计划”开始实施六、超临界参数效率比较七、CO2排放比较。