國產600MW超臨界機組節能降耗淺析

張暉

摘要：近年來，我國火電機組的飛速發展,大量的高效率大的超臨界單元已經市場化。600mw超臨界機體上比傳統的亞臨界單元占據了壓倒性優勢。專家的統計結果顯示, 發展超超臨界機組可降低煤耗約20%,很大程度上降低了電廠的運營成本,在很大程度上發電站的運營費用降低自己的節約能源浪費的同時,正在減少了污染物的排放,國家能源節約排放節約對策,具有非常重要的意義。本文主要研究我國產臨界機組的發展現狀及特點，分析超臨界機組是如何進行節能降耗，為我國超臨界機的發展做一定貢獻。

關鍵詞：600mw超臨界機組節能降耗火電機組

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)06(c)-0079-01

超臨界機組的發展距今已有40多年的歷史，在美國、歐洲以及日本，超臨界機組占其國家火電容量的一半左右。目前世界上擁有的最大超臨界機組的單機容量為1300MW。我國國內現在擁有300MW、500MW、600MW及900MW的超臨界機組并且已經投入運行。

在20世紀90年代初，我國首次從國外引進了2臺60萬kW超臨界機組，并在華能石洞口二電廠投入運行。由于這次的引進運行效果很好，我國又先后從國外引進了十幾臺超臨界機組并進行安裝運行。經過運行實績證明，機組運行穩定，社會效益顯著，經濟指標先進，總體的技術水平已經達到了國際同類機組的先進水平。目前，我國國產的600MW超臨界單元制機組及協調控制系統均可以投入使用，我國的電力工業制造能力及技術裝備水平已經進入到了新的發展階段。我國的電力行業發展的主要方向之一就是發展超臨界和超超臨界機組。

1 超臨界機組的定義

超臨界機組是指過熱器出口主蒸汽壓力超過22.129MPa的機組。目前我國運行的超臨界機組運行壓力在24～25MPa之間。從理論上來說，當水的狀態參數達到臨界點時(壓力22.115MPa，溫度374℃)，水的汽化會在一瞬間完成。也就是說在達到臨界點時，飽和水及飽和蒸汽之間不會有汽水共存的狀態存在，二者的參數也沒有任何區別。因為在臨界參數下汽水密度相等，所以在超臨界壓力下汽水無法維持正常循環，即不能再使用汽包鍋爐，而是改為用直流鍋爐。我國的火電機組平均單機容量不足10萬kW。2006年我國平均供電煤耗達到366g/(kW/h)，比國外高出50～60g/(kW/h)，比率達到25%以上。與國外相比較，我國的火電機組資源浪費嚴重，廢氣排放量嚴重超標。而超臨界機組和超超臨界機組是提高煤炭利用率，降低環境污染有效而經濟的途徑之一。

2 600MW超臨界機組的特性

2.1 機、爐控制耦合

鍋爐、汽輪機的非線性耦合關系超臨界機組的主要困難,正?？刂葡到y難以達到良好的控制效果。由于直流鍋爐汽水的過程中對一次性周期特征,并沒和其它參數集中的儲能元件,在直流操作,汽水之間存在一個清晰的分界點,水從省煤器進口連續加熱、蒸發和過熱,根據水、蒸汽和過熱蒸汽三個物理性能的差異,可分為加熱段、蒸發和過熱段三部分,在這個過程中每一個片段長度的燃料,汽輪機閥門開度、水擾動和變化,造成溫度、壓力、功率變化。

2.2 非線性特性強

超臨界機組采用的是超臨界參數的蒸汽,機組的運行方式是滑參數運行方式，超臨界機組是在亞臨界和超臨界兩種工況下進行實際運行的。在亞臨界運行工況下，給水需要經過加熱段、蒸發段與過熱段三個部分；而在超臨界運行工況下，因為汽水的密度相同，水在一瞬間就轉化成蒸汽。由于亞臨界和超臨界區工質物性存在巨大差異，以及不同燃燒率下的鍋爐蒸發段（或相變點）位置的遷移等因素的影響，機組的動態特性參數也發生大幅度變化，使超臨界機組呈現很強的變參數特性和非線性特性。所以在亞臨界運行方式和超臨界運行方式間，機組具有不同的控制特性。超臨界機組是復雜多變的被控對象，比常規的亞臨界機組更難控制。

2.3 燃水比難于控制

超臨界機組控制的難點在于鍋爐的燃水比調節。因為燃水比變化時，出口汽溫的響應遲延很大，所以不可以拿出口汽溫當做燃水比調節的反饋量。和汽包鍋爐機組的調節系統相比較，超臨界機組的給水調節系統類型有很多，但現有控制方案仍存在不足，還不能夠滿足變壓運行與大范圍負荷變化的要求。

3 600MW超臨界機組的節能降耗

目前我國所擁有的發電主導機組主要是亞臨界30～60萬kW機組，而且我國燃煤發電存在能耗高、污染重、效率低等問題，在節能與環境問題上矛盾突出。隨著我國“863”計劃的推廣和實行，目前的重點電力建設項目都鎖定了同一個目標—— 600MW超臨界燃煤發電機組和1000MW級超超臨界燃煤發電機組的建設。超臨界機組的熱效率比現有機組的熱效率高10%，而且節煤量比現有機組減少近25%。火力發電器后正常4億W,2010年安裝了超臨界機組后我國內的火力發電增加到6億多kW、新增的2億火力發電裝載量約節約2億噸煤炭量。再加上關閉已到服務年限的電廠和現有每千瓦時發電煤耗高達400～500g的小火電需要新增的替代機組，節煤數量將更加可觀。發電超臨界減少的煤炭消耗,產生二氧化碳的煤炭火力發電站和灰塵的排放,同時也減少了煤炭的運輸。

由表1中可以看出，與亞臨界機組相比較，超臨界機組的蒸汽指數與亞臨界相同，但是機組凈效率卻高于亞臨界，而且供電耗煤也比亞臨界少。根據有關數據顯示,發展超臨界機組可降低煤耗約20%,超臨界機組的發電凈效率可達45%，這在很大程度上降低了電廠的運營成本,同時節省了能源浪費,并且減少了相同電量污染物的排放,對于響應國家節能減排策略具有重要意義。

4 結語

超臨界組合在自己的運營方式和動態特性,控制對象自己發現的系統和非線性間的結合可能性較高的狀態。目前在發展的參數大的超臨界單元和超臨界單元,但由于起步晚,沒有經驗,水平比較落后。外國先進技術連接起來的同時,我們也在總結自己的特點,并在經驗當作教訓,努力提高自身水平。

參考文獻

[1] 錢慶生.600MW超臨界機組控制系統特點與協調控制策略[J].熱點技術，2008-2

[2] 劉立偉、方廷璋、吳延龍.600MW超臨界機組協調控制系統的分析與設計[J].電力建設，2009-7