國產(chǎn)600MW超臨界機組節(jié)能降耗淺析

張暉

摘要：近年來，我國火電機組的飛速發(fā)展,大量的高效率大的超臨界單元已經(jīng)市場化。600mw超臨界機體上比傳統(tǒng)的亞臨界單元占據(jù)了壓倒性優(yōu)勢。專家的統(tǒng)計結(jié)果顯示, 發(fā)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(fā)電站的運營費用降低自己的節(jié)約能源浪費的同時,正在減少了污染物的排放,國家能源節(jié)約排放節(jié)約對策,具有非常重要的意義。本文主要研究我國產(chǎn)臨界機組的發(fā)展現(xiàn)狀及特點，分析超臨界機組是如何進(jìn)行節(jié)能降耗，為我國超臨界機的發(fā)展做一定貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：600mw超臨界機組節(jié)能降耗火電機組

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

超臨界機組的發(fā)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(nèi)現(xiàn)在擁有300MW、500MW、600MW及900MW的超臨界機組并且已經(jīng)投入運行。

在20世紀(jì)90年代初，我國首次從國外引進(jìn)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(jìn)運行效果很好，我國又先后從國外引進(jìn)了十幾臺超臨界機組并進(jìn)行安裝運行。經(jīng)過運行實績證明，機組運行穩(wěn)定，社會效益顯著，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)，總體的技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到了國際同類機組的先進(jìn)水平。目前，我國國產(chǎn)的600MW超臨界單元制機組及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)均可以投入使用，我國的電力工業(yè)制造能力及技術(shù)裝備水平已經(jīng)進(jìn)入到了新的發(fā)展階段。我國的電力行業(yè)發(fā)展的主要方向之一就是發(fā)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(dāng)水的狀態(tài)參數(shù)達(dá)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(dá)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(tài)存在，二者的參數(shù)也沒有任何區(qū)別。因為在臨界參數(shù)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(huán)，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(dá)到366g/(kW/h)，比國外高出50～60g/(kW/h)，比率達(dá)到25%以上。與國外相比較，我國的火電機組資源浪費嚴(yán)重，廢氣排放量嚴(yán)重超標(biāo)。而超臨界機組和超超臨界機組是提高煤炭利用率，降低環(huán)境污染有效而經(jīng)濟(jì)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(guān)系超臨界機組的主要困難,正?？刂葡到y(tǒng)難以達(dá)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(shù)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(jìn)口連續(xù)加熱、蒸發(fā)和過熱,根據(jù)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(fā)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?dāng)_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(shù)的蒸汽,機組的運行方式是滑參數(shù)運行方式，超臨界機組是在亞臨界和超臨界兩種工況下進(jìn)行實際運行的。在亞臨界運行工況下，給水需要經(jīng)過加熱段、蒸發(fā)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(zhuǎn)化成蒸汽。由于亞臨界和超臨界區(qū)工質(zhì)物性存在巨大差異，以及不同燃燒率下的鍋爐蒸發(fā)段（或相變點）位置的遷移等因素的影響，機組的動態(tài)特性參數(shù)也發(fā)生大幅度變化，使超臨界機組呈現(xiàn)很強的變參數(shù)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(fù)雜多變的被控對象，比常規(guī)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(diào)節(jié)。因為燃水比變化時，出口汽溫的響應(yīng)遲延很大，所以不可以拿出口汽溫當(dāng)做燃水比調(diào)節(jié)的反饋量。和汽包鍋爐機組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比較，超臨界機組的給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)類型有很多，但現(xiàn)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(fù)荷變化的要求。

3 600MW超臨界機組的節(jié)能降耗

目前我國所擁有的發(fā)電主導(dǎo)機組主要是亞臨界30～60萬kW機組，而且我國燃煤發(fā)電存在能耗高、污染重、效率低等問題，在節(jié)能與環(huán)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(shè)項目都鎖定了同一個目標(biāo)—— 600MW超臨界燃煤發(fā)電機組和1000MW級超超臨界燃煤發(fā)電機組的建設(shè)。超臨界機組的熱效率比現(xiàn)有機組的熱效率高10%，而且節(jié)煤量比現(xiàn)有機組減少近25%。火力發(fā)電器后正常4億W,2010年安裝了超臨界機組后我國內(nèi)的火力發(fā)電增加到6億多kW、新增的2億火力發(fā)電裝載量約節(jié)約2億噸煤炭量。再加上關(guān)閉已到服務(wù)年限的電廠和現(xiàn)有每千瓦時發(fā)電煤耗高達(dá)400～500g的小火電需要新增的替代機組，節(jié)煤數(shù)量將更加可觀。發(fā)電超臨界減少的煤炭消耗,產(chǎn)生二氧化碳的煤炭火力發(fā)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(shù)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(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示,發(fā)展超臨界機組可降低煤耗約20%,超臨界機組的發(fā)電凈效率可達(dá)45%，這在很大程度上降低了電廠的運營成本,同時節(jié)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(yīng)國家節(jié)能減排策略具有重要意義。

4 結(jié)語

超臨界組合在自己的運營方式和動態(tài)特性,控制對象自己發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)和非線性間的結(jié)合可能性較高的狀態(tài)。目前在發(fā)展的參數(shù)大的超臨界單元和超臨界單元,但由于起步晚,沒有經(jīng)驗,水平比較落后。外國先進(jìn)技術(shù)連接起來的同時,我們也在總結(jié)自己的特點,并在經(jīng)驗當(dāng)作教訓(xùn),努力提高自身水平。

參考文獻(xiàn)

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