超臨界鍋爐

超臨界鍋爐

鍋爐內的工質都是水，水的臨界壓力是:22.115MPa 374.15 ℃；在這個壓力和溫度時，水和蒸汽轉化汽化潛熱等於零，不存在兩相區，即水變成蒸汽是連續的，並以單相形式進行，就叫水的臨界點，爐內工質壓力低於這個壓力就叫亞臨界鍋爐，大於這個壓力就是超臨界鍋爐，目前，國內將工質壓力大於26MPa被稱為超超臨界鍋爐，準確的說應該叫高效超臨界鍋爐。

超臨界、超超臨界火電機組具有顯著的節能和改善環境的效果，超超臨界機組與超臨界機組相比，熱效率要提高1.2%，一年就可節約6000噸優質煤。未來火電建設將主要是發展高效率高參數的超臨界（SC）和超超臨界（USC）火電機組，它們在發達國家已得到廣泛的研究和應用。

超臨界鍋爐技術於上個世紀90年代初在歐洲問世，是國際上最為先進的燃煤發電技術，具有煤耗低、環保性能好、技術含量高的特點。超超臨界機組的發電效率比我國近期主要採用的亞臨界機組高出10%，比超臨界機組高出6～8%。1998年，最早投入運行的超超臨界機組安裝在丹麥的Nordjyllands發電廠，由丹麥BWE公司設計生產，發電效率創造了新的世界記錄，達到47%。

我國於2002年把開發超超臨界鍋爐列為國家863重大項目攻關計劃，2003年原國家經貿委和科技部都把超超臨界鍋爐列入國家重大技術裝備研製計劃。

我國當前在建電廠項目中主要採用亞臨界機組和超臨界機組，亞臨界機組以國產為主，超臨界機組主要依靠進口，已經投入運行的超臨界機組有10餘台。

與超超臨界機組有關的主要運行數據：我國目前運行的發電廠，平均發電效率在35%以下，單電煤耗為380克標準煤以上；我國設計生產的亞臨界機組的發電效率在38%左右，單電煤耗約350克標準煤；我國引進的超臨界機組的發電效率在41%左右，單電煤耗約310克標準煤；以三菱、日立為代表的日本超超臨界機組發電效率在48%左右，單電煤耗約265克標準煤。如果採用超超臨界技術發電，和我國現在運行的機組效率相比，每度電至少可以節煤50克，按現在的裝機容量，每年可節煤兩億噸。

2004年11月23日凌晨1時17分，由中國東方電氣集團公司東方鍋爐為華能沁北電廠提供的國產首台60萬千瓦超臨界鍋爐順利通過168小時試運行並投入商業運行。該項目成功填補60萬千瓦超臨界鍋爐國產化空白。東方電氣由此躋身為全球大容量電站鍋爐品種最齊全的鍋爐製造商。

為抓住國家電力快速發展的機遇，東方電氣把列為國家重大技術裝備國產化攻關計劃的60萬千瓦超臨界機組鍋爐作為開發重點。從2002年5月15日與沁北電廠正式簽訂供貨合同后，東方電氣僅用23個月就完成國外大公司要用27個月才能完成的研製任務，比合同期提前4個月零8天，創造出國內外研製同類產品最短周期的新紀錄。

華能沁北電廠一期工程是我國首台600MW國產化超臨界燃煤機組依託項目，建設規模為120萬千瓦，安裝2台600MW國產化超臨界參數燃煤發電機組。機組主設備國產化方案按照引進技術、聯合設計、合作生產的方式，鍋爐採用了東方鍋爐（集團）股份有限公司引進日本巴布科克—日立公司技術製造的DG1900/25.4—Ⅱ1型鍋爐，汽輪發電機採用哈爾濱汽輪機廠引進日本三菱公司技術製造的CLN600—24.2/566/566型汽輪發電機。

國產首台60萬千瓦超臨界示範機組鍋爐的研製成功和投入運行，用事實證明60萬千瓦超臨界鍋爐、100萬千瓦超超臨界機組鍋爐硬體製造100國產化完全可以實現。這一國產化重大技術裝備的研製成功，將大大降低60萬千瓦超臨界機組鍋爐的採購成本,為全國範圍內普及高效率、低煤耗、低污染排放的60萬千瓦超臨界機組創造了條件。據測算，如果今後全國60萬千瓦及以上超臨界機組能佔到發電設備的50以上，每年就可節省煤炭幾億噸。這將對我國電力工業的發展產生深遠影響

超臨界鍋爐的特點

超臨界火電技術由於參數本身的特點決定了超臨界鍋爐只能採用直流鍋爐，在超臨界鍋爐內隨著壓力的提高，水的飽和溫度也隨之提高，汽化潛熱減少，水和汽的密度差也隨之減少。當壓力提高到臨界壓力（22.12Mpa）時，汽化潛熱為0，汽和水的密度差也等於零，水在該壓力下加熱到臨界溫度（374.15℃）時即全部汽化成蒸汽。超臨界壓力臨界壓力時情況相同，當水被加熱到相應壓力下的相變點（臨界溫度）時即全部汽化。因此超臨界壓力下水變成蒸汽不再存在汽水兩相區，由此可知，超臨界壓力直流鍋爐由水變成過熱蒸汽經歷了兩個階段即加熱和過熱，而工質狀態由水逐漸變成過熱蒸汽。因此超臨界直流鍋爐沒有汽包，啟停速度快，與一般亞臨界汽包爐相比，超臨界直流鍋爐啟動到滿負荷運行，變負荷速度可提高1倍左右，變壓運行的超臨界直流鍋爐在亞臨界壓力範圍內超臨界壓力範圍內工作時，都存在工質的熱膨脹現象，並且在亞臨界壓力範圍內可能出現膜態沸騰；在超臨界壓力範圍內可能出現類膜態沸騰。超臨界直流鍋爐要求的汽水品質高，要求凝結水進行100%除鹽處理。由於超臨界直流鍋爐水冷壁的流動阻力全部依靠給水泵克服，所需的壓頭高，即提高了製造成本又增加了運行耗電量且直流鍋爐普遍存在著流動不穩定性、熱偏差和脈動水動力問題。另外，為了達到較高的質量流速，必須採用小管徑水冷壁，較相同容量的自然循環鍋爐超臨界直流鍋爐本體金屬耗量最少，鍋爐重量輕，但由於蒸汽參數高，要求的金屬等級高，其成本高於自然循環鍋爐。

超臨界機組具有無可比擬經濟性，單台機組發電熱效率最高可達50%，每kW/h煤耗最低僅有255g（丹麥BWE公司），較亞臨界壓力機組（每kW/h煤耗最低約有327g左右）煤耗低；同時採用低氧化氮技術，在燃燒過程中減少65%的氮氧化合物及其它有害物質的形成，且脫硫率可超98%，可實現節能降耗、環保的目的。