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国内外超超临界发电技术的研究进展（1） |
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| 国内外超超临界发电技术的研究进展（1） |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-23 14:15:15  |
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胡 娜，张学凯，姜 鹏，徐 鸿
华北电力大学
摘 要：超超临界（USC）发电技术具有技术成熟性，已成为目前燃煤火电机组发展的主导方向。
本文通过分析国外USC 技术的发展历程和技术研发，论证了近年来我国自主化开发USC 机组的技
术路线和基础条件。
关键词：超超临界，燃煤电厂，研究，自主化开发
Absrtact: The ultra-supercritical pressure power-generation technology (USC) is a mature way, and has
become the dominant direction of coal-fired power plant nowadays. This article analyses the development
and the research of USC technology abroad, then demonstrate the technology and basic qualification in the
independent exploitation of USC plants in our country.
Keyword：ultra-supercritical, coal-fired power plant, research, independent exploitation
0 引言
提高火电厂发电效率有几种方法，如整体煤气化联合循环(IGCC)、增压流化床联合循环(PFBC)
及超超临界技术(USC)。从技术难度和现实性看，超超临界技术(USC)较易实现。
国外成功运行的实践证明，大容量高参数的超临界（SC）和超超临界机组（USC）是当前世界
火电发展重要趋势，具有技术成熟性，已成为目前煤电发展的主导方向。一方面材料工业的发展，
使超临界机组采用更高的参数成为可能，另一方面，超临界和超超临界机组是现阶段提高煤电效率，
降低单位发电量污染物排放的最有效的手段之一。
我国以煤炭为主的能源结构，决定了电力以煤电为主，并在相当长时间内不动摇。目前我国的
汽轮机技术发展方向是更大的动力输出和更高的效率。超超临界发电技术是满足中国电力可持续性
发展的重要发电技术,已成为火力发电技术的主要方向。超临界机组效率比亚临界高出2％-3％。超超
临界火电机组(300 MPa，600℃/600℃)，比超临界火电机组(250 MPa，566℃/566℃)效率再提高2％左
右，可靠性好，环保指标先进，可复合变压运行，调峰性能好，加装尾部脱硫，脱硝，高效除尘装
置，可满足严格的排放标准，相应节约了发电耗水量。
1 国外超超临界机组发展进程
超超临界火电机组经过几十年的发展，已经是成熟和先进的发电技术，在经济发达国家中广泛
应用并得到了显著的节能和减少污染的效果，并且正进一步更高参数方向发展。随着冶金工业技术
的发展，提供了发电设备用的碳素体钢、奥氏体钢及超合金钢。到今天超临界机组已大量投运，并
取得良好的运行业绩，其可用率、可靠性、运行灵活性和机组寿命等方面已可以和压临界机组相媲
美。目前国外USC 一次再热机组热效率一般可达43%以上，二次再热机组的热效率达到45%以上。
近十几年来，发达国家积极开发应用高效超临界参数发电机组。美国和前苏联是超临界机组最多的
国家，而发展USC 技术领先的国家是日本、德国和丹麦，USC 热效率可以达到45%-47%，最大单
机容量为1050MW。
1.1 发展超超临界发电技术最早的国家——美国
20 世纪50 年初美国开始USC 技术的探索性研究。世界上第一台USC 机组1957 年在Philo 电
厂(6#)投运该机组由B&W 和GE 公司设计制造,主要参数为125MW，34.4MPa，621℃/566℃ /538℃。
由于发展初期技术不成熟,蒸汽参数选择过高，当时的金属材料技术水平无法满足要求，运行中出现
了很多问题。为提高机组可用率，美国以后发展的超临界机组多采用24.1MPa，主蒸汽温度538℃，
一次再热汽温多为538℃ ,二次再热时用552℃/566℃，并不断完善。这种蒸汽参数保持了20 余年。
由于美国电力工业偏重于发展高效的燃气-蒸汽联合循环，USC 技术发展计划未得到实施。不过，
上述研究成果在亚欧一些国家得到了进一步开发、推广。近年来，美国GE 公司为日本设计制造了
蒸汽参数分别为26.6MPa/577℃/ 600℃和25MPa/ 600℃/610℃的USC 机组。
1.2 采用引进、仿制、创新的技术发展路线——日本
日本发展USC 机组虽然起步较晚，但发展速度很快、收效明显。日本发展USC 技术采用引进-
仿制-创新的技术路线：先从国外引进成熟机组和制造技术，然后建立本国的试验研究体系，组织力
量进行技术消化和仿制，引进设备投运后即作为考核机组，通过试验掌握其运行性能，再结合日本
本国的技术特点进行设计、施土和批量生产，很快由仿制过渡到拥有自主知识产权。目前，日本以
机组可靠性高、经济性好、技术发展快跃居为发展USC 技术的先进国家。至2002 年己有19 台
1000MW 机组投入运行，成为日本电网主力机组之一。在发展大型超临界机组过程中，日本吸取了
美国马鞍形发展的教训，参数由低向高稳步发展，不仅使机组的经济性逐步提高，而且机组可用率
达到95%以上。20 世纪90 年代日本引进和应用美国的耐热新钢种T91 和P91，使蒸汽温度提高到
600℃左右。1990-2003 年间，日本投运了一批容量为600MW、1050MW,蒸汽参数为24MPa-25MPa，
600℃-610℃。均为USC 机组。
1.3 研究制造超临界机组较早的国家——德国和丹麦
德国是研究、制造USC 机组较早的国家之一。目前德国己投运和在建的USC 机组近20 台，有
代表性的是2000 年在Niederaussem 电厂投运的965MW 超超临界机组， 其蒸汽参数为
26.9MPa/580℃/600℃。1998 年和2001 年丹麦分别投运了两台参数为29MPa/582℃/580℃/580℃的
400MW USC 机组，在海水冷却的情况下，热效率达47%，成为迄今为止世界上报导的热效率最高
的火电机组。欧洲超超临界技术的发展与日本类似，除丹麦两台USC 机组采用二次再热外，其他超
超临界机组也都改为采用一次再热。与日本不同的是主蒸汽压力和温度同时提高
(30.5MPa/580℃/600℃)，其热效率与29MPa/580℃两次再热机组基本相同。
2 世界超超临界机组的技术研发
世界上USC 技术发展趋势表明，开发更高压力及温度参数的机组，以进一步提高经济性，降低
价格，获得良好的价格性能比是超超临界机组的发展方向。
新材料是近期超高温超临界机组发展的关键。国外已形成用于566℃以下的CrMoV 钢，566℃
的2.25%Cr 钢，600℃等级的9%Cr 钢及12%钢等标准材料系列。新高温铁素体-马氏体9%-12%Cr
材料已可用于31MPa , 600℃/610℃参数。经过汽轮机各高温高压部件近十多年的应用该材料系列已
相当成熟，并已形成标准。日本、美国及欧洲正在开发34.3MPa/650℃以及40MPa/700℃新钢种系
列，目的是使将来的燃煤火电机组热效率能够达到55%。
欧盟从1998 年1 月1 日启动了开发时间长达17 年，目标为700℃(一级超超临界先进蒸汽参数
的开发项目“AD700 计划”(THERM IEPRO GRAM)，具体目标是使供电热效率由目前的47%提高到
55%(深海水冷却)或52 %(内陆电厂)；二是厂房结构更加紧凑，以降低燃煤电厂的投资。欧盟“AD700
计划”的核心技术是新材料的开发和应用，通过使用镍基超级合金，使汽轮机的蒸汽温度由目前的
600℃/ 620℃提高到700℃/ 720℃。欧盟加快“AD700 计划”研发的原因有两点：一是欧盟各成员国拥
有的大量亚临界机组到2010 年运行寿命接近40 年，采用700℃/720℃超临界机组更换老机组，可明显提高热效率；二是欧盟各成员国己批准了《联合国气候变化框架公约》京都议定书，大量采用
700℃/720℃超临界机组替代老机组可以使CO 减排约30%，满足“京都议定书”的要求。其战略意义
是使欧盟成员国的燃煤火电机组的技术水平始终处于世界领先水平，显著提高欧盟成员国燃煤火电
机组的竟争能力。
目前新的USC 火电机组均集中在日本和欧洲市场，其参数状况为:进汽温度普遍达到600℃。根
据对日本电厂的统计目前不论功率大小，所有机组均已采用600℃参数。现役机组的实际年均运行
小时均达到8300 小时左右，可靠性高整体技术已相当成熟。
3 我国USC 燃煤发电示范工程——华能玉环电厂
华能玉环电厂位于浙江省玉环县，是为配合国家引进的USC 技术，为国内制造企业牵头，与国
外合作，利用国外技术制造，逐步实现USC 国产化的依托工程。电厂规划安装四台1000MW 级机
组，一期工程建设2 台，2004 年6 月开工，计划于2007 年和2008 年投产。一期工程还将分别建设
以用与燃煤运输的10 万吨级泊位专用码头和以用于大件、燃油、石灰石运输的3000 吨级综合码头。
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