百万等级超超临界机组技术选型研究.doc

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1、“十五”国家重点科技攻关计划项目课题名称：超超临界燃煤发电技术 （2002AA526010）子课题1：超超临界发电机组技术选型研究 （2002AA526011）编号：密级：百万等级超超临界机组技术选型研究子课题1技术报告之 附件二哈尔滨锅炉厂有限责任公司哈尔滨汽轮机厂有限责任公司哈尔滨电机厂有限责任公司2003年 5 月第一部分百万等级超超临界锅炉技术选型研究哈尔滨锅炉厂有限责任公司2003年 5 月课 题 名 称： 超超临界燃煤发电技术子 课 题 名 称： 超超临界发电机组技术选型研究子 课 题 编 号： 2002AA526011 工 作 起 迄 日 期： 2002.82003.9报 告 名

2、 称： 百万等级超超临界锅炉技术选型研究负 责 人：车东光主要工作人员：张志伦、华洪渊、吴履琛、张殿军、左国华报 告 编 写 人 ：华洪渊报 告 校 阅 人 ：吴履琛审 核：杨仲明批 准：李文健、于龙前 言全世界电力的40%是由燃煤发电厂提供，我国的比例则更高，为了提高煤炭能源的利用率，改善环境质量，世界上许多国家积极开发能效更高、污染物更少的清洁煤发电技术，包括超临界和超超临界燃煤发电机组加烟气污染控制、常压循环流化床（CFBC）燃烧、增压循环流化床（PFBC）联合循环及整体煤气化联合循环（IGCC）等。目前CFBC、PFBC和IGCC等技术仍处于试验或示范阶段。在大型化方面还有很长的路要走

3、，只有超临界和超超临界燃煤发电机组在国际上已是商业化的成熟技术，其可用率、可靠性、运行灵活性和机组寿命等方面已可以和亚临界机组相媲美，常规超临界机组的供电效率比亚临力量机组提高2%左右，而对于超超临界（高效超临界）机组，其供电效率又比常规超临界机组再提高4%左右，因此对节约能源、降低污染物的排放量等效果明显，因此近十多年来，发达国家积极开发应用超超临界发电机组。日本的超临界机组（含超超临界机组）已占总装机容量的61%，其中超超临界机组已投运二十多台。我国是世界上最大的煤的煤炭生产国和消费国，也是当今世界上几乎唯一的以煤为初级能源的经济大国，煤炭占能源消费总量的比例高达70%，用于发电的煤炭占煤

4、炭总量的40%，我国现有的火电机组设备总体技术水平落后，性能与世界先进水平的差距很大，发、供电煤耗高，据原电力部1996年的统计，全国供电煤耗平均值为410g/kw.h，而当时世界先进水平仅为340 g/kw.h，因此不仅能源利用率低而且也增加了污染物的排放量，因此大力降低燃煤机组煤耗减少污染已成当务之急，而更快发展超超临界燃煤机组是我国当前在改善能源利用、改善环境的具有重大意义的实用措施。近10多年来，我国从国外引进了11200MW的超临界机组，其中8400MW已经投运，通过这些机组的成功投运，基本掌握了超临界机组电站的设计，调试和运行，积累了丰富的应用经验，为我国超临界和超超临界机组的发展

5、奠定了基础，另一方面国内研究机关和高等院校与动力设备制造企业从20世纪七十年代就开始了超临界机组的实验、研究与开发工作，并在九十年代完成600MW超临界机组方案设计论证，垂直水冷壁系统水动力特性研究，垂直内螺纹管传热流动特性试验，从1986年开始采取技贸结合的方式与国外合作为上海石洞口二厂生产了二台600MW螺旋管圈水冷壁的超临界直流炉并已顺利投运。从2002年开始，随着沁北电厂二台600MW变压超临界机组通过国内招标，国外厂商技术支持的新型发展方式的成功，我国火力发电技术结束了从八十年代初全面引进亚临界机组以来一直停留在只能设计、制造亚临界火力发电机组的局面，迅速踏上了设计制造超临界火电机组

6、的新阶段，到目前为止又有一批600MW变压运行超临界机组正在设计制造中，这些都为我国进一步追赶火力发电技术国际先进水平超超临界机组创造了有利条件，通过国内已掌握的一些超临界机组的设计、制造和运行经验，再加上国外著名厂商的全面技术支持和技术引进，经过进一步的研究和攻关近期内可望实现超临界火电设备国产化的目标。第27页1、国外超超临界机组概况1.1九十年代以来世界上投运和在建的大型超超临界机组业绩表1 九十年代以来世界上投运和在建的大型超超临界机组业绩电 站 名 称功率MW蒸 汽 参 数MPa、锅 炉 制造 商燃料投运年月日本Kawagoe（川越）#170031.0,566/566/566MHI液

7、化天然气1989.6Kawagoe（川越）#270031.0,566/566/566MHI液化天然气1990.6Hekinan（碧南）#370024.1,538/593IHI烟煤1993.4Noshiro（能代）#260024.1,566/593IHI烟煤1994.12Nanaohta（七尾太田）#150024.1,566/593日立烟煤1995.5Haramachi（原町）#1100024.5,566/593MHI烟煤1997.7Matsura（松浦）#2100024.1,593/593日立烟煤1999.7Misumi（三隅）#1100024.5,600/600MHI烟煤1998.6Nana

8、oohta（七尾太田）#270024.1,593/593IHI烟煤1998.7Haramachi（原町）#2100024.5,600/600日立烟煤1998.7Tachibanwan（桔湾）#1105025.0,600/610IHI烟煤2000.7Tachibanwan（桔湾）#2105025.0,600/610日立烟煤2001.1Tsuruga（敦贺）#270024.1,593/593MHI烟煤2000.10Hekinan（碧南）#4100024.1,566/593IHI烟煤2001.11Hekinan（碧南）#5100024.1,566/593IHI烟煤2002.11Isogo-sin（矶

9、子）#160025.0,600/610IHI烟煤2002.3Tomatoatsuma（苫东厚真）#470025.0,600/610IHI烟煤2002.6Reihoku（苓北）#270024.1,593/593MHI烟煤2003.6Hitachinaka（常陆那珂）#1100024.5,600/600日立烟煤2003.12Hirono（广野）#560024.5,600/600MHI烟煤2004.7Maizuru（舞鹤）#190024.5,595/595MHI烟煤2004.8丹麦Skrbk #341528.5,580/580/580FLsmilj天然气1997.7Nordiylland #3415

10、28.5,580/580/580FLsmilj烟煤1998.4Avedre #241530.5,582/600FLsmilj天然气/油2001德国Boxberg91026.6,545/583德B&W煤2000Lippendorf R/S94026.7,554/583德B&W煤1999/2000Niederauen K100026.5,580/600ALSTOM煤2002Frimmerdorf91526.5,576/599德B&W煤Schwarze Pumpe81526.8,547/565ALSTOM煤1998上海外高桥二期90025,538/566ALSTOM煤200320041.2 容量与蒸

11、汽参数国际上通常把主蒸汽压力在28MPa以上或主蒸汽、再热蒸汽温度在580及其以上的机组定义为超超临界（Ultra supercritical；简称USC）机组或高效超临界（high efficiency supercritical）机组。日本的观点认为，机组主汽和再热汽温均超过566或者压力超过24.2MPa，均被认为是超超临界机组。1.2.1容量从表1可看出九十年代以来开发的超超临界机组的容量除丹麦外，绝大部分为6001000MW，大多数为百万千瓦等级（即9001000MW），这是因为单机容量增大后，天论从厂用电率，机组的散热损失，单位千瓦的金属耗量乃至电厂运行人员的配置数量均有所降低。目

12、前，日本已投运和正在建造中的百万千瓦等级的超超临界机组已有十多台。德国已投运和在建的四台超超临界锅炉也均为百万千瓦等级。只有丹麦的三台超超临界机组由于采用深海水低背压运行方式，机组容量受到汽轮机排汽口面积的限制为400MW等级。1.2.2蒸汽参数八十年代末，日本投运的二台700MW超超临界机组（川越电厂#1、#2），由于受当时耐热钢材的限制，蒸汽压力虽由25MPa提高到31MPa，但汽温仍维持在569/569/569，由于当时蒸汽压力和温度不能匹配，不得不采用二次再热以避免汽轮机排汽湿度过高，二次再热虽是成熟的技术，但31MPa，566二次再热与24.1MPa，566一次再热相比机组热效率可提

13、高约2%（其中二次再热可提高效率1.31.5%，压力的提高均可提高机组效率1%），无论是汽机或锅炉的系统大为复杂，以锅炉来说，二次再热的布置，一、二次再热调温方式和相互之间的影响和对自控设计的要求等均成为设计中的难题从而增加机组的造价，使电站的投资增加约1015%，随着新型热强钢的开发和应用取得了成熟经验（如25Cr20Ni，Super304H以及TP347HFG），日本九十年代生产的大批超超临界机组均采用2425MPa，593610的一次再热机组，其热效率仅比川越的二次再热机组低0.5%左右，降低了设备造价也简化了系统和运行。以欧洲来说，丹麦九十年代末投运的二台400MW超超临界机组也采用了

14、二次再热580/580/580加上采用了深海水低背压运行方式，使这二台燃煤和燃油气机组的效率分别达到47%和49%，是目前世界上热效率最高的火电机组，但鉴于二次再热设计和运行上的复杂性，其第三台400MW超超临界锅炉（油/气）也改为一次再热，但提高了主汽压力和再热汽温，采用了30.5MPa，582/600以仍能保持较高的机组效率，德国近年投标的几台百万等级的燃煤超临界机组，主汽压力稍高均大于26MPa，均采用一次再热，蒸汽温度已由前二台的550/580提高到后二台的580/600，新投运和正设计中的百万级超超临界机组的热效率均可达到45%以上（改进了机组加热系统的设计和增加锅炉尾部烟侧的换热器

15、等）。表2不同蒸汽参数技术方案的经济性比较项 目外高桥二期2900MW华能某电厂2900MW蒸汽参数24.955MPa538/56625.0MPa580/56625.0MPa600/60028.0MPa580/60028.0MPa600/600汽机热耗KJ/KWh7602预计7451.3预计7409.4预计7392.4预计7350.5供电效率%43.544.3844.6344.7344.99供电煤耗g/KWh283277275275273根据国内外汽机制造厂的分析，在超超临界参数范围内，主汽压力从25MPa提高到28MPa，汽机热效率相对提高值约为0.560.57%，若主汽温度从580提高到6

16、00则汽机热效率相对提高值为0.540.56%，看起来在超超临界参数范围内，提高压力与提高主汽温对汽机热效率的改善几乎是相同的，但根据华东电力设计院与浙江电力设计院的设计分析，由于提高主汽压力后给水泵电耗的增加等因素，与提高主汽温度相比，供电效率的增加甚微，如表2所示，28MPa，580/600与25MPa，600/600相比，机组供电效率仅增加0.1%，供电煤耗基本不变，而提高主汽压力从25MPa到28MPa，对锅炉来说，由于所有受压件钢材用量和阀门费用的增加，将使锅炉投资增加810%，对汽机来说，由于高压缸需增加一级，主汽阀喷咀室等的壁厚有所增加，使整机成本增加69%，使整个电厂造价增加2

17、3%。同时提高主汽压力，由于锅炉受压部件和汽机进汽部分壁厚的增加，机组启动时间会有所延长。而主汽温度从580提高到600，对锅炉来说，锅炉受压件金属总重增加较少，过热器的蛇形管需采用Super304H（18Cr10NiNb）或25Cr20Ni级的优质奥氏体钢（HR3C即Sus310JITB），上部水冷壁或许需采用少量的T23（HCM25）的优质珠光体钢，末级过热器出口集箱和导管则必须采用P92（NF616），但锅炉总的成本增加较少。汽机厂认为主汽温度采用600与580相比，所采用的钢材是相同的。因此目前国际上（日本、德国等）对超超临界机组均出现了采用简单的一次中间再热，主汽压力保持2425MP

18、a水平而大幅度提高主汽温度到600，甚至更高的水平的趋势，以进一步提高机组的热效率。随着新型热强钢的开发研究日益成熟，欧洲已开始执行为期15年的采用更高蒸汽参数（最终予期达到37.5MPa，700/700）的先进火电厂发展规划，将现有的超超临界机组的热效率4445%水平，最终提高到50%的热效率，使火力发电厂的经济性可以与蒸汽燃气联合循环电厂相媲美。1.3 炉型欧洲的超超临界锅炉均采用塔式布置，其优点是水冷壁（尤其是上炉膛）回路简单，不仅炉膛各墙水冷壁间热力与水动力偏差小，而且后水冷壁回路也特别简单，烟气自下向上垂直流动，消除了型锅炉中因有二次90转弯（炉膛出口和尾部转向室）而导致的烟侧偏差，

19、此外从减轻对流受热面的结渣和烟侧磨损也是有利的。缺点是：锅炉较高，增加了安装难度，四根大立柱承受锅炉全部荷载，对柱基础的设计要求较高，增加了锅炉房地基的费用。日本的超超临界锅炉均采用双烟道的型布置，其主要优点是锅炉高度稍小，易于安装；单根柱的荷载较小，地基的费用较少，适用于沿海电厂的软地基，缺点是水冷壁特别是上部后水冷壁的回路较复杂，其热力与水力偏差稍大，过热器与再热器沿炉宽方向的烟侧偏差稍大；转向室后的低温对流受热面存在局部烟侧磨损的可能性。图1为ALSTOM公司的900MW超临界烟煤锅炉（外高桥），图2为MHI公司典型的1000MW超超临界锅炉（三隅#1）。总之，二种炉型代表了不同的设计传

20、统，均有其优缺点，只要设计合理，均能保证锅炉的可靠运行。1.4 燃烧方式与炉膛尺寸目前世界上已投运百万千瓦等级燃煤超超临界锅炉就其燃烧方式而言仍分切向燃烧和对冲燃烧二大类，而在切向燃烧方式中又分单切圆和双切圆二种，德国、丹麦等欧洲国家均采用单切圆正方形炉膛，能保证较好的燃烧效果和炉内空气动力场，已投运的最大的正方形炉膛为德国Schwarze Pump的800MW褐煤炉，其截面尺寸为24m24m，其次为Niedrauen的900MW褐煤炉，其尺寸为23.16m23.16m；外高桥900MW超临界烟煤炉的炉膛尺寸为21.48m21.48m，哈尔滨锅炉厂已投运的元宝山#3褐煤锅炉的炉膛断面尺寸为20

21、.193m20.052m，除外高桥900MW外，均已顺利运行，说明百万级单切圆正方形炉膛是可行的，在直流燃烧器的火焰穿透能力及燃烧组织方面没有出现任何问题。日本三菱重工（MHI）为了消除型布置单切圆燃烧沿炉宽方向水冷壁、高温过热器和再热器的烟侧偏差，改善切向燃烧炉膛内的空气动力场，从八十年代末开始采用旋转方向相背的双切圆矩型炉膛，已为十余台容量为700MW1000MW的超临界和超超临界锅炉所采用并取得了良好的运行业绩。日本日立和石川岛播磨（IHI）二家公司的超临界和超超临界锅炉均采用旋流式燃烧器前后墙对冲布置，均有良好的运行业绩，也均采用矩形炉膛，对于百万千瓦级的燃煤锅炉，其炉宽可达30m，因

22、此对长伸缩式吹灰器的工作性能有很高要求。为了降低NOx生成量，所有投运的超超临界锅炉的炉膛均采用了分级燃烧，ALSTOM公司烟煤超临界锅炉运行中的NOx生成量可达到240mg/m3，日本MHI生产的1000MW超超临界锅炉（三隅电厂#1炉）燃用澳大利亚烟煤时在锅炉出口测得的NOx生成量仅为137 PPm，而在脱硝装置后测得的NOx量又降到30PPm，因此为了满足对火力发电厂日益严格的环保要求，绝大部分超超临界锅炉均采用分级燃烧和脱硝装置。1.5 水冷壁系统世界上已投运的超超临界锅炉的水冷壁大多数为下炉膛采用螺旋管圈，上炉膛采用垂直管圈，如ALSTOM（EVT）、日立、IHI等公司，其优点是水冷

23、壁沿炉膛四周热偏差较小，对煤种和燃烧方式变化的敏感性较小也不需采用内螺纹管和节流孔圈。主要缺点是水冷壁阻力较大，增加了给水泵电耗，安装和制造工作量较大，但各锅炉制造商为了降低厂用电耗，近年来采用了所谓低阻力的螺旋管圈水冷壁，即适当加大螺旋倾角，在保证运行可靠的前提下，适当降低质量流速（由过去采用的3000kg/m2s降到22002400kg/m2s）。另外，日立B&W近年来开发了在燃烧器高热负荷区采用内螺纹管的螺旋管圈水冷壁。自八十年代末以来，日本MHI公司首创了用节流圈调节一次上升垂直内螺纹管圈水冷壁，其突出优点是可以采用较低的质量流速，早期的螺旋管圈水冷壁的质量流速接近3000 kg/m2

24、s，而垂直内螺纹管水冷壁只有1500-1700 kg/m2s。因此阻力较低；易于制造和安装，安装焊口的数量和长度仅为螺旋管圈的1/2.5（见图7）；内螺管的采用可以避免产生膜态沸腾（DNB）和控制干涸（DRO），由于垂直管圈水冷壁安装焊口的对接只需在垂直方向作调正，应力小，因此可靠性高，而螺旋管圈水冷壁安装焊口的对接需作二个方向调正，焊口的应力较为复杂，影响其可靠性（见图8），从结渣角度看，螺旋管圈易于导致粘结灰渣，而垂直管水冷壁不易结渣，吹灰器的效果也较螺旋管圈为好。此外垂直水冷壁从水动力角度看，具有始终保持正向流动的优点，即具有部分自然循环炉的自补偿能力（见图9），这是因为在垂直水冷壁总阻

25、力中摩擦阻力所占的比例较小，而螺旋管圈则与之相反。缺点是：由于水冷壁较细和垂直上升因此对煤种的变化和炉内空气动力场及温度场的变化较为敏感，另外，为装设节流孔圈，需采用大直径的水冷壁下集箱，针对上述缺点和根据运行经验，MHI近年来对垂直管圈水冷壁作了二项改进，一是取消大直径的水冷壁下集箱，节流孔圈装于下集箱进口管子上，便于安装和调试，同时为了减少水冷壁出口温度偏差，已加装了中间混合集箱。1.6 锅炉受压件钢材由于超超临界机组主汽和再热汽温度由超临界锅炉的538566提高到580以致近几年的600及600以上，因此锅炉高温受热面不仅要求有高热强性即高温下的高蠕变强度和持久强度，而且还应具有优良的抗

26、烟侧高温腐蚀和抗蒸汽侧高温氧化的性能，八十年代以来各国开发的这类高热强钢方面已取得了显著的成绩，在发展超超临界机组走在最前面的日本已开发出一系列的性能优良且经过长期运行考验的新钢种，如用于高温过热器和再热器管的Super304H（18Cr10Ni3Cu日本牌号为Sus304JIHB）、HR3C（25Cr20NiNb，日本牌号为Sus310JIYB）和TP347HFG等。这些钢种都具有高的热强性（即高温蠕变强度）见图10，而且具有良好的抗烟侧高温腐蚀和抗蒸汽氧化的性能，其中尤以含Cr，Ni最多的HR3C在热强性，抗高温腐蚀和蒸汽氧化方面最为突出，它已成功应于汽温为600/600的许多百万千瓦级U

27、SC锅炉中。TP347HFG和super304HFG则可用于蒸汽温度为566580的超临界和超超临界锅炉中。在超超临界锅炉的集箱和导管的新钢种方面，则在P91的基础上开发了P92（或称NF616），即在P91的Cr，Mo成份基础上加入1.52%的钨，它已成功地应用于600等级锅炉的过热器和再热器出口集箱和主汽导管上，另外在超超临界锅炉水冷壁的管材方面，又开发了HCM2A（T23，即在T22的基础上加1.5%的钨）以及HCM12（T122）。前者可用汽温为600的超超临界锅炉，后者可用于汽温达650的超超临界锅炉或者用于普通超临界锅炉的末级过热器。此外，MHI和住友钢铁公司联合开发了ASME C

28、ode Case 2328的18% Cr细晶粒奥氏体钢，即在原TP347H的基础上加钨，氮等成份，它的高温强度比普通的TP347H高15%，且具有良好的抗蒸汽氧化层剥落的性能，它适用于过热器分隔屏管，已在日本三隅等1000MW USC锅炉中取得良好的运行业绩。欧洲国家为了配合火力发电厂700/700的规划，近年来也开发了一些可用于超超临界机组的高热强钢，如Vollourec & Mannesmann钢管公司开发了用于水冷壁的7CrMoVTiB1010（T24，即在10CrMo910的基础上加入Ti，N，Nb及B等成份），在奥氏体方面，德国开发了X3CrNiMoN1713，但尚未应用于锅炉，欧洲

29、（德国、丹麦）的超超临界锅炉高温过热器、再热器的管材基本采用日本开发的已有长期运行业绩的钢种，如TP347HFG，P91和P92等。上述钢材的化学成份见表34：表3 集箱和导管用钢材化学成份牌号CCrMoWCo其它X20CrMoV1210.17-0.2310.0-12.50.80-1.20VP910.08-0.128.0-9.50.85-1.05V,Nb,NNF616（P92）0.07-0.138.5-9.50.30-0.601.5-2.0V,Nb,N,BE9110.09-0.138.5-9.50.90-1.100.9-1.1V,Nb,N,BHCM12A（P122）0.07-0.1410.0-

30、12.50.25-0.601.5-2.5V,Nb,N,B,CuNF120.08-0.1110.6-11.10.10-0.202.5-2.72.4-2.8V,Nb,N,BSAVE120.0810.00.153.02.5V,Nb,N,B,Cu表4 过热器和再热器管用钢材化学成份牌号CrNiMoNbTi其它马氏体钢：X20CrMoV12110.0-12.50.30-0.800.80-1.20-VP918.0-9.5max.0.400.85-1.050.06-0.10-V,NHCM1211.0-13.0-0.80-1.20max-0.20-V奥氏体钢：X3CrNiMoN171316.0-18.012.

31、0-14.02.0-2.8-NSuper304H17.0-19.07.5-10.5-0.30-0.60-Cu,NTempaloy A-117.5-19.59.0-12.0-max.0.40max.0.20-TP347HFG17.0-20.09.0-13.0-max.1.0-NF70918.0-22.022.0-28.0-0.10-0.400.02-0.20N,BTempaloy A-321.0-23.014.5-16.5-0.50-0.80-N,BSAVE2521.0-24.015.0-22.0-0.30-0.60-W,Cu,NHR3C24.0-26.017.0-23.0-0.20-0.60-

32、N2、国产百万千瓦级超超临界锅炉蒸汽参数选用的技术经济比较技术经济比较是按华能某电厂900MW机组完成的，具体的依据如下： 蒸汽参数：由于迄今尚未得到汽机厂的正式蒸汽参数（汽机热平衡图），目前所做的计算分析是按2002年11月哈汽厂所提供的25MPa/580/600；25MPa/600/600；28MPa/580/600和28MPa/600/600四个工况所做的锅炉热力计算等工作完成的； 煤质和对锅炉的技术要求：按华能某电厂900MW机组招标书的要求； 炉型：按塔式布置、切向燃烧、过热器三级布置、再热器二级布置； 水冷壁入口和出口温度：必须考虑到在最低直流负荷下水冷壁入口工质有一定的欠焓以免在

33、低负荷时出现汽化，同时也要使出口工质有一定的过热度和水冷壁管材的合理选用，因此所有四个方案水冷壁出口温度均为450； 由于我公司所采用的计算机程序与ALSTOM公司计算的程序有所不同，塔式炉的计算结果略有差异，因此各级受热面的增减均采用相对值； 四个方案的计算采用相同的炉膛尺寸、相同受热面布置特性、相同的排烟温度与预热器进口风温。表5 华能某电厂900MW超超临界锅炉方案比较方案1（基本）25MPa，580/600方案225MPa，600/600方案328MPa，580/600方案428MPa，600/600炉膛尺寸（宽深高）21.46m21.46m59m同左同左同左炉膛出口烟温1256125

34、412531253水冷壁出口工质温度450450450450省煤器出口水温351349339338屏式过热器（一级）受热面增减重量增减管子材质集箱、导管材质00T91P910+4%T91P910+10%T91P910+14%T91P91末级过热器（三级）受热面增减重量增减管子材质进口集箱及导管材质出口集箱及导管材质00TP347HFG或Super304HP91P91或P920+10%同左P91P920+10%同左P91P91或P920+20%同左P91P92中温过热器（二级）受热面增减重量增减管子材质集箱及导管材质00T91P91+94%+100%T91P91+69%+79%T91P91+19

35、0%+210%T91P91末级再热器（二级）受热面增减重量增减管子材质进口集箱及导管材质出口集箱及导管材质00TP347HFG或Super304HP22P91或P9200同左P22P9200同左P22P91或P9200同左P22P92低温再热器（一级）受热面增减重量增减管子材质集箱及导管材质00T11/T22/T91P11/P2200同左同左+42%+42%同左同左+52%+52%同左同左省煤器受热面增减重量增减管子材质集箱及导管材质00SA-210CSA-106C-3%-3%SA-210CSA-106C-16%-6%SA-210CSA-106C-20%-10%SA-210CSA-106C水冷

36、壁受热面增减重量增减水冷壁管材集箱材质00T22P11/P2200T22或部分T23P11/P220+10%T22或部分T23P11/P22或P910+14%T22或部分T23P11/P22或P91锅炉构架重量增减00+3%+4%阀门重量增减材质0106C/P11/P22/P910106C/P11/P22/P92+10%106C/P11/P22/P91+10%106C/P11/P22/P92主汽管道重量增减材质0P91+4%P92+10%P91+14%P92锅炉造价增加*0+4.7%+7.8%+12.8%汽机造价增加*00+8%+810%锅炉汽机总造价增加02000万元5000万元7300万元

37、机组标准煤年耗量节约012600t17000t25200t机组神木烟煤年耗量节约*016230t21890t32450t每年节约神木烟煤费0487万元657万元974万元机炉造价总增加回收年限04.1年7.6年7.5年* 锅炉、汽机造价绝对值按予计出厂价；* 汽机造价相对增加值取自国家863超超临界燃煤发电技术“课题”子课题一报告2003.1；* 神木烟煤低发热值22760KJ/kg（5436kcal/kg），每吨煤含税价300元。由表5可看出 主汽温度为600的方案2与4和主汽温度为600的方案1与3相比，因过热器系统的吸热量的增加，导致受热面可变动的中温过热器受热面的显著增加，屏式过热器和

38、末级过热器虽受热面积不变，但因主汽温度的上升导致壁温的上升，尤其是末级热器，即使仍采用TP347HFG，其管子壁厚和重量也将增加。此外，在方案4中由于中温过热器受热面增加幅度更大，因而使低温再热器区的烟温和温差下降，导致低再受热面积和重量的增加。此外，当主汽温度由580上升600后，过热器出口的安全阀、PCV阀、末过出口集箱和主汽管道的材质也将由P91上升为P92，以上各项将锅炉造价增加4.75%。 主汽压力为28MPa的方案3与4和主汽压力为25MPa的方案1与2相比，因设计压力增加12%，锅炉所有主汽侧的受热面管、集箱与管道的壁厚与重量至少要增加10%左右，另外压力的升高，所需的过热器受热

39、面（表现在可变化的中温过热器）也有所增加，由于烟温和温差的降低，使低温再热器的受热面增加，这一点在主汽压力为28MPa和主汽温度为600的方案4中尤为明显。此外，主汽压力的升高也将导致锅炉构架的重量，阀门和主汽管道的重量增加或材质升档，因此方案3与方案1相比，锅炉造价将增加8%（7.8%）。同时28MPa，方案4比方案3的锅炉造价增加5%，而将28MPa，600/600的方案4与25MPa，580/600的方案1相比，则锅炉造价则增加12.8%。 按华东电力设计院和浙江电力设计院所做的华能某电厂900MW超超临界机组四个蒸汽参数方案的经济性比较（表2），主汽温度由580升高到600，机组供电效

40、率的提高为0.250.26%，供电煤耗约降低2g/KW.h。当主汽压力由25MPa升高到28MPa，供电效率也提高0.250.26%，供电煤耗也降低2g/KW.h。由表3可看出，若压力保持25MPa不变，主汽温度升为600，锅炉造价增加约5%，对汽机而言，根据日本对超超临界汽机的经验和哈汽的分析，汽机所采用的钢材与主汽为580的材料基本相同，汽机造价也基本相同，因此机炉总造价的增加4年左右即可回收。若仅将主汽压力提高到28MPa，高压缸大约需要增加一级，需要提高叶片根径，增加主汽调节阀的阀壳，进汽管和喷咀室等部件的壁厚，因此也增加了汽机的成本，予计汽机造价约增加69%，如表3所示，主汽压力由2

41、5MPa升为28MPa而主汽温度保持580不变，则机炉总造价的增加需7.6年才能回收，对于同样的28MPa主汽压力，将主汽温度由580升为600，也需要5年时间才能回收机炉总造价的增加，若以28MPa，600/600的方案4与25MPa，580/600的方案1相比，由于供电效率又进一步提高，因此回收的年限也是7.5年左右。 从运行和安全角度看，压力的提高将使锅炉的厚壁元件，如汽水分离器、末级过热器出口集箱以及汽机进汽部分的壁厚增加，因而可能会延长机组的启动时间，增加了启动用燃料耗量,提高了启动成本，同时这些部件壁厚的增加也提高了应力水平，不仅限制了机组的启停速度，而且降低了机组的机动性，如果采

42、用较高的启停速度则可能会影响机组的使用寿命，特别对调峰机组。 从所采用的钢材材质看，只要主汽温度不变，压力提高3MPa，锅炉受压件和汽机的材质基本不变，只是壁厚有所增加，而主汽温度自580升高为600，则末级过热器的出口集箱和主汽导管的材质必须由P91升档为P92（NF616），高温的末级过热器蛇形管虽仍可采用TP347HFG细晶粒奥氏体钢，但壁厚要显著增加，当然也可采用热强性能更好的超级304H奥氏体钢（18Cr10Ni3Cu）或热强性、抗烟侧高温腐蚀和蒸汽侧高温氧化性能更好的25Cr20Ni级奥氏体钢（HR3C）。这些钢材已为国外（日本）超超临界锅炉成熟采用的新型热强钢，通过工艺试验和技术

43、引进也是可以很快掌握的。 根据上述分析，我公司认为无论从经济性（造价和回收年限）或安全性（启动速度和应力水平）二个角度看，从表2和表5可以看出将主汽压力自25MPa提高到28MPa与主汽温度自580提高到600对机组经济性的改进几乎相同，但机组和电厂造价增加较多，同时较高的压力也会对机组的使用寿命有影响，因此提高压力不如提高温度更为经济合算，所以900MW超超临界机组采用25MPa，600/600的蒸汽参数是现阶段最为合理的选择。同时，选用25MPa的蒸汽压力也将对国内已普遍采用的超临界技术和配套辅机如阀门、水泵以及汽机回热系统中的辅机等在技术上也有较好的继承性。3、国产百万千瓦等级超超临界锅炉几个关键技术的分析3.1炉型如第1节所述，塔式炉型具有水冷壁回路简单，炉内空气动力场均匀，沿炉宽的烟侧偏差和工质侧偏差均较小，受热面灰渣易于掉落，低温受热面烟侧磨损小等一系列优点。其主要缺点为锅炉较高，以900MW烟煤机组为例，锅炉总高度（大板梁顶缘）比“”型布置增加2030m，增加了安装难度，另外塔式炉对地基要求较高，对沿海电厂的软地基区可能需要采用钢管桩和整体地基等措施，增加了地