001 超临界超超临界发电技术的发展和现.ppt
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1、2019/7/7,1,超超临界燃煤发电技术 的发展和现状 朱宝田 西安热工研究院 超超临界发电技术研修班 2010年4月,TPRI,2019/7/7,2,1 背景 1.1 我国能源资源的特点 我国煤炭资源丰富,资源储量为10210亿吨,经济可采储量为1892亿吨 2009年我国一次能源生产26.0亿吨标煤 原煤 29.6 亿吨 原油 1.89 亿吨 天然气 760.8 亿m3(2008) 占能源总生产量的比例分别为77、12、3,TPRI,2019/7/7,3,TPRI,2019/7/7,4,世界一次能源消费:石油和天然气占63% 我国一次能源消费:石油和天然气占22% 我国是最大的煤炭生产国
2、和消费国,一次能源消费以煤炭为主,约占75%,煤电占总发电量的80%以上 在今后相当长的时间内,在我国能源结构中煤炭仍将占据十分重要的位置,TPRI,2019/7/7,5,1.2 我国电力技术现状 2009年,发电装机容量 8.74亿kW 火电 6.52亿kW,占 74.60% 水电 1.97亿kW,占 22.52% 核电 908万kW, 占 1.04% 风电 1623万kW, 占 1.86% (6000kW以上机组)发电35965亿kWh 火电 29867亿kWh,占 83.05% 水电 5127亿kWh, 占 17.177% 核电 700亿kWh, 占 2.34% 风电 269亿kWh,
3、占 0.90% 供电煤耗率 342 g/kWh (国际先进水平320 g/kWh ),TPRI,2019/7/7,6,发电用原煤14亿吨,占煤炭消费的56% 到2020年装机容量将达到13.4亿kW,火电9.1亿kW,仍将占总装机容量的68% 今后10年我国将新增火电机组2.6亿千瓦 同时逐步淘汰国内2.32亿千瓦的250MW以下小机组 超超临界机组将有约5亿千瓦的国内市场需求 我国电力工业的发展有相当大的潜力和市场,TPRI,2019/7/7,7,至2009年底,在建和投运的1000MW超超临界机100余台,21台投运 在建和投运的600MW级超临界、超超临界机组200余台,其中空冷机组约6
4、0台 1000MW超超临界机组的供电煤耗293克/千瓦时,TPRI,2019/7/7,8,火电机组平均供电煤耗(g/kWh),2008年我国火电装机容量构成(亿千瓦),2019/7/7,10,火电机组装机容量构成(至2009年6月30日),TPRI,2019/7/7,11,1.3 我国电力工业面临的挑战 大机组比重仍偏小,300MW以下燃煤机组占火电机组容量33.91 火电机组参数偏低,技术水平不够先进高压、超高压、亚临界参数机组占70%以上 供电煤耗率高,2009年为342g/kWh, 比世界先进水平高20g/kWh,TPRI,我国二氧化碳年排放总量快速上升 目前已超过美国成为世界第一位 2
5、020年我国单位国内生产总值CO2排放要比2005年下降40%45% 实现上述行动目标需要付出艰苦卓绝的努力,2019/7/7,13,超超临界发电技术的发展历程 火电机组参数发展历程 低压 3.92MPa/450 高压 9.9MPa/540 超高压 13.7MPa/540 亚临界 16.8MPa 超临界 22.1MPa以上 超超临界 27MPa或600以上,TPRI,2019/7/7,14,不同容量等级火电机组效率与煤耗的关系,%,单位:g/kWh,10 12.5-20 30 35 60 100 万千瓦机组,机组热效率(%) 1 KWh (3600 kJ) / (标煤发热量(7x4.1868
6、kJ/g) x 标准煤耗(g) 123/标准煤耗(g),TPRI,2019/7/7,15,超超临界发电技术的发展历程 超临界参数(22.115MPa,374.15) 该点附近,水的液态和汽态密度趋于相同,蒸发热量也趋近于零,TPRI,2019/7/7,16,超临界点:22.115MPa,374.15 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,表示更高的压力和温度,起始点定义不同 日本:大于24.2MPa,或达到593 丹麦: 大于27.5MPa 西门子: 从材料的等级来区分 我国电力百科全书:高于27MPa 建议起始点为 27MPa或580,超超临界发电技
7、术的发展历程 超超临界参数,TPRI,2019/7/7,17,TPRI,2019/7/7,18,超超临界发电技术的发展历程 第一阶段从上个世纪五十年代开始 美国Philo 125MW机组31MPa/621/566/566(1957) Eddystone 325MW机组34.3MPa/649/565/565(1959) 俄罗斯Kashira超超临界机组30.6MPa/650/565 (1966),TPRI,2019/7/7,19,超超临界发电技术的发展历程 Eddystone电厂1#超超临界锅炉-发生奥氏体钢过热器管高温腐蚀、裂纹和焊接不良损坏及爆管,过热器出口集箱、主蒸汽管调节阀和截止阀出现疲
8、劳裂纹 1956年德国投运的超超临界机组-也出现奥氏体钢制部件损伤事故 起步参数就是超超临界参数,由于电厂可靠性的问题,经历了初期超超临界参数后,60年代后期美国降低到超临界参数 使蒸汽参数在24MPa、538-566停留了20多年 至80年代,参数基本稳定在超临界参数,TPRI,2019/7/7,20,超超临界发电技术的发展历程 第二阶段从八十年代初期开始 由于材料技术的发展,及对电厂水化学方面认识的深入,解决了早期所遇到的可靠性问题 形成了新的结构和新的设计方法,大大提高了机组的经济性、可靠性、运行灵活性 已投运的机组的可靠性和可用率指标已经达到亚临界机组的水平 日本引进了美国超临界技术,
9、进行了一系列新的开发设计 超临界机组的市场转移到了欧洲及日本,TPRI,2019/7/7,21,超超临界发电技术的发展历程 第三阶段九十年代进入新一轮的发展阶段 国际上环保要求日益严格 超超临界机组快速发展,在保证机组可靠性、可用率的前提下采用更高的蒸汽温度和压力 新材料的开发成功和常规超临界技术的成熟为超超临界机组的发展提供了条件 以日本(三菱、东芝、日立)、欧洲(西门子、阿尔斯通)的技术为主 2003年始,中国引进技术,制造、建设超超临界机组,TPRI,2019/7/7,22,2 超超临界发电技术的发展历程 已投入运行的超临界及以上参数的机组有600多台 美国有170多台 日本和欧洲各约6
10、0台 俄罗斯及原东欧国家280余台 超超临界参数的机组约有90台 超超临界火力发电有效利用能源的一项技术,其压力/温度均超过以往任何参数的机组,TPRI,2019/7/7,23,2 超超临界发电技术的发展历程 丹麦:追求高效率,压力比较高(30MPa),温度580,容量较小 德国:主蒸汽压力(25.0-28.0)MPa,温度580居多,再热温度(580-600),采用一次再热 日本:提高温度,多为600/600,压力保持在25MPa,TPRI,2019/7/7,24,TPRI,2019/7/7,25,TPRI,2019/7/7,26,TPRI,2019/7/7,27,2 超超临界发电技术的发展
11、历程 温度:610,材料已基本成熟 压力:已投运的大容量(700MW)机组的进汽压力不大于27.5MPa 容量:400MW1000MW的范围内均有业绩 效率已达到47% 可靠性与亚临界机组没有差别 #,TPRI,2019/7/7,28,发展初期走过弯路 在研发耐高温新材料的支持下 逐步提高蒸汽参数(压力、温度) 尝试了二次再热机组 向大容量发展 结合热力气动技术和可靠性技术的发展 效率逐步提高 可靠性与亚临界机组相 #,TPRI,2019/7/7,29,3 超超临界发电技术的现状 欧洲,TPRI,2019/7/7,30,TPRI,2019/7/7,31,TPRI,2019/7/7,32,日本,
12、TPRI,2019/7/7,33,日本,TPRI,2019/7/7,34,Tokyo Electric Power Co. / Hitachinaka,Features,2. Imported variety coal combustion (Australia, Indonesia, South Africa, etc.) 61 kinds of Coal GCV (AD kJ/kg) 25,330 - 31,120 Inherent Moist. (%) 1.5 12.0 Ash (%) 2.0 16.5 Volatile Matter (%) 24.1 42.1 Fixed Carbon
13、 (%) 43.0 59.9 Fuel Ratio (-) 1.0 2.4 Sulphur (%) 0.2 0.8 Nitrogen (%) 0.7 1.9 HGI (-) 40 78 Ash Softening Temp (C) 1,200 1,600 Ash Fusion Temp. (C) 1,250 1,600,1. Advanced steam condition 25.4MPa, 604C/602C,TPRI,2019/7/7,35,TOKYO ELECTRIC PWER CO. HITACHINAKA POWER STATION UNIT No.1(Gross 1,000MW),
14、Boiler Efficiency (HHV),Minimum Stable Load,Load Change Rate(50%-100%ECR),Start up time (Hot start after 8hr),NOx emission (Boiler Outlet ,6%O2),Unburned Carbon in Ash,Planned,89.66 %,300MW(30%ECR),3 %/min,180 min,175 ppm,Less than 5 %,2,870 t/h 25.4 MPa(g) 604 C 602 C Pulverized Coal December 2003,
15、Under Commission Test,Item,Steam Condition Maximum Steam Flow: Main Steam Pressure : Main Steam Temperature : Reheat Steam Temperature: Fuel: Commercial Operation:,TPRI,2019/7/7,36,ELECTRIC POWER DEVELOP CO. TACHIBANAWAN POWER STATION UNIT No.2 (Gross 1,050MW),3,000 t/h 25.9 MPa(g) 605 C 613 C Pulve
16、rized Coal December 2000,Boiler Efficiency (HHV),Minimum Stable Load,Load Change Rate(50%-100%ECR),Start up time (Hot start after 8hr),NOx emission (Boiler Outlet ,6%O2),Unburned Carbon in Ash,Planned,Actual,89.63 %,315MW(30%ECR),4 %/min,135 min,150 ppm,4 %,91.16 %,305MW(29%ECR),4 %/min,122 min,1361
17、52 ppm,3.1%,Blair Athol(Australia),Blair Athol (Australia),Item,Steam Condition Maximum Steam Flow: Main Steam Pressure : Main Steam Temperature : Reheat Steam Temperature: Fuel: Commercial Operation:,TPRI,2019/7/7,37,用户: 电源开发 开始运行: 2000年6月 机组: 双轴四排汽再热机组 CC4F-48” 出力: 1050MW 主蒸汽: 25.1MPa 600 再热蒸汽: 61
18、0 转速: 3600rpm/1800rpm,橘湾#1电站,1000MW超超临界机组,TPRI,2019/7/7,38,用户: 日本东北电力公司 开始运行: 1997年7月 汽轮机: 双轴四排汽再热机组 CC4F-41” 出力: 1000MW 主蒸汽: 24.6MPa 566 再热蒸汽: 593 转速: 3000rpm/1500rpm,1000MW超临界机组,原町#1电站,TPRI,2019/7/7,39,用户: 日本中部电力公司 开始运行: 2001年11月(#4) 2002年11月(#5) 机组: 单轴四排汽再热机组 TC4F-40” 出力: 1000MW 主蒸汽: 24.2MPa 566
19、再热蒸汽: 593 转速: 3600rpm,碧南#4、#5电站,1000MW超临界机组,TPRI,2019/7/7,40,TPRI,2019/7/7,41,美国 单机容量1300MW超临界机组,TPRI,2019/7/7,42,国外制造厂 欧洲 ALSTOM 西门子 日本 三菱重工 日立 东芝 美国 俄罗斯,TPRI,2019/7/7,43,ALSTOM,TPRI,2019/7/7,44,图3-2 高压缸:阀门的布置,图3-3 高压缸纵剖面图(典型),图3-5 中压缸的剖面图,TPRI,2019/7/7,45,西门子,TPRI,2019/7/7,46,三菱重工,TPRI,2019/7/7,47
20、,三隅电厂1000MW锅炉,TPRI,2019/7/7,48,世界上已建和在建的超超临界机组的参数和容量的发展有两个特点: 欧洲追求机组的高效率为主要目标,在提高蒸汽温度的同时,蒸汽压力也随之提高,主蒸汽压力为(2528)MPa,主蒸汽温度为580居多,再热蒸汽温度为(580600) 日本主要是提高机组的蒸汽温度,而蒸汽压力基本保持在25MPa,TPRI,2019/7/7,49,主要结构特点: 锅炉布置型式按各公司传统,有型布置及半塔型布置 燃烧方式按各公司传统,有切圆燃烧和对冲燃烧 日本IHI、日立公司超超临界型炉均采用了前后墙对冲燃烧方式,三菱重工的锅炉燃烧方式为单炉膛或双炉膛燃烧方式 欧
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