超超臨界壓力鍋爐的發(fā)展及應(yīng)用
節(jié)約一次能源，加強環(huán)境保護，減少有害氣體的排放，降低地球的溫室效應(yīng)，已越來越受到國內(nèi)外的高度重視。我國電力總裝機容量已逾3 億KW，但火電機組平均單機容量不足10 萬kW，平均供電煤耗達399g／（kW·h），比國外先進水平高70～80g／（kW·h），高出25％以上，資源浪費太大，廢氣排放嚴重。從目前世界火力發(fā)電技術(shù)水平來看，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)的超超臨界機組作為我國可持續(xù)發(fā)展、節(jié)約能源、保護環(huán)境的重要措施。
1 超超臨界壓力鍋爐的發(fā)展
世界上第一臺實驗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—高的過程。1949 年原蘇聯(lián)安裝了第一臺超超臨界試驗機組，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，以后又生產(chǎn)了29．4MPa、650℃型號為P—100—300 的100MW 機組，作為改造中壓機組的前置級。1956 年西德投運
1 臺參數(shù)為34MPa、610℃／570℃／570℃、容量為88MW 的機組。
美國在50 年代末投運了2 臺具有代表性的超超臨界機組，菲羅電廠6 號機組，容量為125M
W、參數(shù)為31MPa、621℃／566℃／538℃；艾迪斯頓電廠1 號機組，參數(shù)為34．3MPa、
649℃／566℃／566℃、容量為325MW。費城電力公司的這臺艾迪斯頓1 號機從1960 年開
始按設(shè)計參數(shù)運行8 年，后因出現(xiàn)一些故障，主要是材料問題，1968 年起參數(shù)降為31MPa、610℃／557℃／557℃。美國一開始就試制這樣高參數(shù)的超超臨界機組，不可避免地頻繁發(fā)生事故，故不得不降低參數(shù)運行。在開發(fā)初期，過高的蒸汽參數(shù)超越了當時的技術(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。日本引進美國的技術(shù)并結(jié)合歐洲的適合變壓運行的本生式直流爐，成功地開發(fā)了超超臨界機組。在1989 年和1991 年成功地投運2 臺700MW、31MPa、566℃／566℃／566℃的機組，運行情況良好，可用率水平很高。1998 年投運主蒸汽和再熱蒸汽溫度均為600℃的原町2 號1000MW 機組，該機組實測發(fā)電機端效率達44．7％。
歐洲在1995～1999 年間至少投運9 臺蒸汽壓力28．5MPa～31．0MPa、溫度545℃～58
7℃的超超臨界機組，在建的還有10 臺，并將蒸汽溫度提高至600℃以上。其中丹麥已投運的2 臺超超臨界機組的熱效率可達47％～49％。
2 蒸汽參數(shù)的選擇
機組的蒸汽參數(shù)是決定機組熱經(jīng)濟性的重要因素。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℃，機組的熱效率就提高0．25％～0．3％；如果采用二次再熱的機組就比一次再熱機組的熱效率高1．5％～2．0％。現(xiàn)在常規(guī)的超臨界機組采用的蒸汽參數(shù)為24．1MPa、538℃／566℃。超超臨界機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℃。超超臨界機組的供電端效率見表1 所示。