更高效(節能)、更環保、更經濟一直是火力發電技術發展的主題,近年來節能、環保壓力愈加突出。自2006年國內第一臺10OOWM超超臨界機組投運以來,我國在參數等級為25~27MPa/600℃/600℃的超超臨界機組設計、製造、安裝、運行等方面,均取得了長足進展,大幅度降低了煤耗和排放水平,積累了較豐富的經驗。
但由於諸多原因,我國目前投運的絕大多數超超臨界機組與歐洲目前最先進的燃煤機組水平還存在一定差距,主要體現在主機效率需進一步提升、廠用電率需降低、熱力系統未全面綜合優化、排放尚難滿足更嚴苛的要求等。
在「700℃計劃」因材料原因難以短期內實現突破的條件下,如何使我國的超超臨界機組再上一個臺階,趕上甚至超越歐洲在建的最先進機組,達到世界領先技術水平,是我國火力發電領域的重要課題。
目前超超臨界技術主要有三個發展方向:
(1).進一步提升初參數、回熱系統全面優化、集成創新技術的新一代高效一次再熱機組
(2).採用二次再熱技術提升效率
(3).採用更大單機容量(1200一1300WM)以降低單位造價
經過對上述技術的深入對比研究,我們認為目前更大的單機容量還存在主機超大型化技術風險,並受到電網調度及負荷率制約;二次再熱在變負荷下的調節適應性等課題尚待深入研究;相比之下,穩步提升參數的高效一次再熱機組是目前兼顧創新和穩妥、更切實可行、更適宜全面推廣的技術路線。
新一代超超臨界高效一次再熱技術路線
在全面總結國內已投運1000WM機組設計運行經驗、調研國外最新超超臨界技術發展(德國、日本)、深入研究國外和國內大量先進可靠的創新節能減排技術基礎上,我們首次提出了「新一代1000姍高效一次再熱機組」的概念。新一代超超臨界高效一次再熱機組是與國內己投運的超超臨界機組相比較而言的,它必須要在主機、熱力系統、全廠綜合優化等方面有全面的突破,技術性能指標提升一個檔次,至少達到國外在建最先進一流機組水平。
近年來在以提升初參數、增加回熱級數等為核心技術的新一代1000WM機組研發中,主機廠、科研院所等全面協作、聯合攻關,應用先進的主機技術(提升機爐材料配置、控制汽溫偏差、採用更先進的汽機配汽和缸體結構、優化通流等)、綜合提升優化回熱系統、全面集成主輔設備和系統優化措施等,逐漸完善形成新一代超超臨界高效一次再熱機組技術路線。這些技術路線具有如下一些主要特點:
2.1提升初參數至28MPa/6000C/620oC歐洲超超臨界機組主蒸汽溫度經550℃、580℃發展到600℃,再熱蒸汽溫度從580℃、600℃發展到620℃,基本上是每10年上一個臺階。這種「小步慢跑」的發展策略,通過10年實踐充分發現材料、設計、製造上的問題,總結經驗教訓,是值得我們認真學習的穩妥創新發展思路。我國經過10年左右的600℃實踐積累,對P92等材料的應用研究已較深入,且有歐洲、日本作為「先行者」,目前已經有條件逐步將超超臨界參數提升至28MPa/600℃/620℃水平。
2.2對熱力系統進行升級優化與提高機組初參數相比,優化熱力系統一般具有投資小、技術風險小、容易實現等優點。以前國內的機組一般針對一種典型的主機型號、一個標準的銘牌容量,採用一種典型的熱力系統配置,甚至參數容量等級差異很大的機組仍然沿用相同的系統配置。主機與熱力系統的設計彼此相對獨立,即使優化也僅僅在局部展開。例如我國目前投運的超超臨界機組汽輪機,普遍採用的是從300WM等級亞臨界機組沿用至今的八級回熱系統,沒有針對機組總體熱經濟性進行綜合優化。這與國內設計院與主機廠相對獨立的模式有關。歐洲的先進火電廠一般將主機、熱力系統視為一個整體進行綜合優化,主要的方法有:(1)增加回熱級數;(2)利用鍋爐富餘煙氣熱量回熱提高給水溫度;(3)冷端優化以降低背壓減少排汽損失;(4)增加再熱次數等。上述第1、2項是我國高效一次再熱機組急待解決的薄弱環節,這需要設計院和主機廠打破孤立,深入協作,實現整套機組的綜合最優化。目前,以優化升級的九級回熱為核心,輔以利用3#抽汽過熱度提升給水溫度,以及將煙氣、熱風富餘熱量回收至回熱系統等,可實現對熱力系統的全面升級優化。
2.3煙氣餘熱綜合回收利用火電廠影響熱利用效率的兩大主要損失是鍋爐排煙損失和汽機冷端損失。相對冷端損失,前者溫度高,更利於回收利用。不同的回收系統經濟性、可靠性差異較大。新一代超超臨界機組應根據工程情況,優選適宜的煙氣餘熱回收利用方案,回收熱量用於汽機回熱系統利用、加熱冷風、或者提升機組環保排放水平。
2.4滿足更嚴格環保排放要求對火電廠環保排放日益嚴格是大勢所趨,新一代超超臨界機組在這方面更應發揮領頭羊作用。在目前普遍採用的機組脫硝、脫硫、除塵技術基礎上,應根據項目情況,優選更先進、排放更低的環保技術,例如低Nox燃燒技術、SNcR與更高效的SCR相結合的脫硝技術,大機組袋式、低低溫、溼式等除塵技術,以及更高效脫硫、防止石膏雨技術等,以使排放達到高於目前環保標準要求,甚至「近零排放」的水平。
2.5創新優化技術集成國內外部分已投產超超臨界機組也採用了一些「四新」優化技術,但這些應用一般為分散、獨立應用,效果有限。新一代超超臨界機組應在全面分析比選的基礎上,從全廠綜合最優的角度,分析這些創新優化措施的相互影響及匹配性、適應性,篩選併集成應用這些創新優化技術。例如,集成應用降低輔機裕量、變頻技術、高頻電源等各種降低廠用電率的技術,對汽驅引風機的綜合節能效果則需根據項目情況客觀分析。