我国超超临界发电机组容量和蒸汽参数选择探讨国电热工研究院（西安 710032）李续军安敏善[摘要]根据各国超超临界发电机组容量和蒸汽参数的演绎及发展历史的回顾，对一个超超临界发电机组的热力系统的不同蒸汽参数下的机组热效率进行了计算，并对目前超超临界机组的主要用钢进行了介绍和分析，提出了我国超超临界发电机组机组容量和蒸汽参数的选择方案。

[主题词]超超临界机组容量蒸汽参数0.前言从历史发展的过程来看，蒸汽动力装置的发展和进步就一直是沿着提高参数的方向前进的。

提高蒸汽参数并与发展大容量机组相结合是提高常规火电厂效率及降低单位容量造价最有效的途径[11。

根据我国的能源资源状况和电力技术发展的水平，发展高效、节能、环保的超超临界火力发电机组则势在必行。

为此，国家有关部委已经制定了超超临界火力发电机组的研发计划和示范工程的试点。

1．国外超超临界发电机组发展历史和研发计划1.1 世界主要发达国家超超临界机组的发展概况[11 [21 [31前苏联限于燃料成本与奥氏体钢价格之间的关系，苏联的超临界机组蒸汽参数大多为常规超临界参数，选用24.12MPa、545/545℃。

俄罗斯目前正在开发二次中间再热机组，今后计划研制功率为800～1 000MW，参数为31.5MPa、650／650℃的汽轮机，同时将研制单机功率等级为1600MW的汽轮机。

日本1989年日本投运了世界上第一台采用超超临界参数的川越电厂1号机组，该机组为中部电力公司设计制造的700MW机组，燃液化天然气，主蒸汽压力为31MPa,主蒸汽温度和再热蒸汽温度为566/566/566℃，机组热效率为41.9％。

日本在通过吸收美国技术，成功发展超临界技术的基础上，进一步自主开发超超临界机组。

日本投运的超超临界机组蒸汽参数逐步由566℃/566℃提高到566/593℃、600/600℃，蒸汽压力则保持24～25MPa,容量为1000MW为多。

以三菱、东芝、日立等公司为代表的制造业，将发展超超临界汽轮机参数的计划分为三个阶段，第一阶段24.5MPa、600／600℃已完成。

第二阶段计划采用31.4MPa、593／593／593℃参数。

第三阶段则采用更高的34.5MPa、649／593／593℃的蒸汽参数。

美国美国是世界上发展超超临界压力火电机组最早的国家之一。

美国于1957年在俄亥俄州费洛（Philo）电厂投产了世界上第一台试验性的高参数超临界压力机组。

机组容量为125MW，蒸汽参数为31MPa、蒸汽温度为621/566/566℃，二次中间再热。

由B&W公司制造。

1959年，艾迪斯顿电厂又投运了一台325MW,34.4MPa((350kgf/cm2),蒸汽温度为650/566/566℃,二次中间再热机组,热耗为8630kJ／(kw·h), 该机组同时打破了当时发电机组最高出力、最高压力、最高温度和最高效率4项纪录。

该机组后来将参数降为32.4MPa，610/560/560℃运行。

美国电力研究院(EPRl)从1986年起就一直致力于开发32 MPa、593／593／593℃带中间负荷的燃煤火电机组。

德国德国也是发展超超临界技术最早的国家，但其单机容量较小。

1956年参数为29.3MPa、600℃（无再热）的117MW超超临界机组投运。

德国近年来很重视发展超超临界机组，目前最具有代表性的超临界机组是1992年投运的斯道丁格电站5号机组，该机组容量为535MW，参数为26.2MPa、545/562℃，机组净效率可达43%。

德国西门子公司20世纪末设计的超超临界机组，容量在400～1000MW范围内，蒸汽参数为27.5MPa, 589/600℃，机组净效率在45%以上。

丹麦丹麦Nodjyllands vaerker电站1台容量为411MW，参数为28.5MPa、580／580／580℃，二次再热的燃煤超超临界机组于1998年投入运行，由于汽轮机排汽的冷却水温降到10℃，锅炉排烟温度降到100℃，锅炉效率达95％，厂用电率为7.6％，机组的净效率达到47％，是当今世界上效率最高的超超临界火电机组。

1.2．国外超超临界机组的研发计划为进一步降低能耗和减少污染物排放，改善环境，在材料工业发展的支持下，超超临界机组正朝着更高参数的技术方向发展。

国外超超临界机组发展的近期目标为1000MW级机组，参数为31MPa,600/600/600℃,并正在向更高的水平发展。

一些国家和制造厂商已经公布了发展下一代超超临界机组的计划，蒸汽初温将提高到700℃，再热汽温达720℃，相应的压力将从目前的30MPa左右提高到35～40MPa,机组的发电厂供电效率可达到50～55%。

SIEMENS公司在1997～2001年期间将制造八套功率在750～1000MW、蒸汽参数为25MPa／580℃／600℃的蒸汽轮机。

根据英国贸工部对超临界蒸汽发电的预测：今后5年内，超临界机组蒸汽温度将达到620℃。

到2020年，蒸汽温度将达到650～700C，循环效率可达到50％～55％。

目前，欧共体制定了“THERMIE"700℃先进燃煤火电机组的发展汁划，联合欧洲ABB、SIEMENS、GEC-ALSTOM为主的欧洲汽轮机制造商等40家公司，成立了700℃发电委员会。

从1998年开始，计划用17年时间，开发35MPa、700／720(／720)℃的超超临界火电机组，其净效率将达到50％以上。

第—阶段的6年计划正在执行之中。

由此可见，世界各发达国家都以提高机组蒸汽参数，发展超超临界机组为目标，对各自发展的超超临界机组做出了阶段性计划，且都普遍发展到了第二、第三阶段。

我国作为世界电力工业大国，也应抓住时机，适时制定研发计划，稳步发展超超临界机组。

目前世界上部分高参数超临界电站见表1。

由表1可以看出，近年来世界上已建和在建的超超临界机组的蒸汽参数和容量的发展有明显的特点：（1）欧洲一些发达国家在建设大容量超超临界发电机组时，以追求机组的高效率为主要目标，为获得机组效率的最大化，在提高蒸汽温度的同时，蒸汽压力也随之提高，但机组的容量保持在1000MW以下，除德国超超临界机组容量为400MW左右外，其余机组的容量多在700MW～950MW之间；机组的主蒸汽压力维持在25.0~28.0MPa,主蒸汽温度以580℃居多，再热蒸汽温度为580~600℃，大多采用一次再热；（2）日本的超超临界机组在大幅度提高机组容量的同时，为获得高的机组效率，主要是以提高机组的蒸汽温度为手段，而蒸汽压力基本保持在25MPa，到目前为止，日本1000MW超超临界机组已投运数台，主蒸汽参数多为25.0 MPa /600℃/600℃，并采用一次再热。

（3）对于700MW和1000MW等级超超临界机组，欧洲及日本基本选用一次中间再热，主蒸汽及再热汽温均为580/580℃和593～600℃左右，主蒸汽压力为25MPa和27MPa～28 MPa 等级。

3．超超临界机组主要蒸汽参数与机组热效率的关系3.1 机组初蒸汽参数（主蒸汽温度、压力，再热蒸汽温度）蒸汽参数的提高可以使机组效率稳步提高。

为对比不同参数下超超临界机组的效率，现以图1超超临界机组的基本热力系统为例，计算超超临界机组的热效率[41。

该超超临界机组额定负荷为1000MW，主蒸汽额定流量为2668.7t/h,主蒸汽压力/温度为28.5MPa/580℃,再热蒸汽压力/温度为5.2MPa/600℃,再热汽流量为2236.2 t/h,高压缸排汽压力/温度为5.7MPa/331.1℃,机组排汽压力是4.0kPa,机组热耗率为7016.8kJ/kWh,汽轮发电表1 目前世界上的（部分）高参数超临界电站机组热效率51.31%。

该机组共高压缸1个，中压缸1个，低压缸3个，均分流布置，每流程排汽面积为10㎡。

机组一次再热，有8级回热抽汽，高压加热器3台，低压加热器4台，在机组再热点前有一级高压加热器，给水泵为电动给水泵，给水温度为300℃。

不同的主蒸汽压力、温度和再热汽温度组合，机组的热效率也不同。

以图1的热力系统和参数为基准，当机组主蒸汽压力为25MPa、28.5MPa、30MPa，主蒸汽温度为580℃、600℃，再热蒸汽温度为580℃、600℃时，根据有关资料[5]提供的蒸汽参数对机组热效率的影响，计算机组不同初蒸汽参数（主蒸汽压力、主蒸汽温度和再热蒸汽温度）下的机组热效率，结果汇总于表2，曲线见图2。

从表2可以看出，主蒸汽压力/温度为30.0MPa/600℃，再热蒸汽温度600℃时汽轮发电机组热效率为52.24%，较基本循环效率提高0.93%；主蒸汽压力/温度为25.0MPa/580℃，再热蒸汽温度580℃，汽轮发电机组热效率为50.22%，较基本循环效率降低1.08%。

3.2.2 机组再热次数大容量火力发电机组为了进一步提高机组的热效率，当机组蒸汽参数提高到一定水平后，须在一次再热的基础上会考虑二次再热。

—般认为，采用二级再热可比单级再热提高机组的热效率，同时可提高低压汽轮机排汽图1 超超临界超超临界机组热力系统示意图图2 蒸汽参数与热效率关系曲线表2 蒸汽参数变化对机组热效率的影响表3 机组一次、二次再热的对比分析图3 机组再热次数与机组热效率关系曲线[6]的干度，减少对汽轮机尾部动叶的磨蚀；同时可使汽轮机高压部分的焓降减小，提高汽轮机转子的稳定性；对锅炉来说，可使每级再热器的焓增减少，减小再热汽温的热偏差。

因此在超超临界锅炉中采用二级再热更为有利[2]。

目前已运行的具有二次再热的超超临界机组有日本穿越电厂的1、2号机组，参数为31.0MPa,566/566/566℃，；丹麦NV电厂3号(1998年10月投运)411MW机组，参数为28.5 MPa,580／580／580℃，二级再热蒸汽压力分别为7.4MPa和1.9MPa。

采用二次再热后机组热耗率的提高见图3和表3。

由表3可以看出，在同一压力等级下，蒸汽温度为565/565℃时，采用二次再热可提高机组热效率 1.43%～1.50%；蒸汽温度为593/593℃时，采用二次再热可提高机组热效率1.50%～1.60%。

但同时要考虑到，采用二次再热提高机组热效率的同时，机组的初投资增加，机组热力系统更加复杂，运行维护工作量增加，因此应进行技术经济比较，以确认采用二次再热是否能获得更大的经济效益。

4．超超临界火力发电机组材料4.1 超超临界机组的材料研究电力技术的发展在很大程度上依赖于材料技术的发展水平，新钢种的研制与采用对于超超临界机组的发展是至关重要的。

随着蒸汽压力的增加和温度的提高，增大蒸汽压力要求使用高温强度更高的钢材，否则必然使构件的壁厚成倍增加；增加蒸汽温度则必然要求钢材能在更高的温度下保持高的强度。