国产600MW超临界机组节能降耗浅析

张晖

摘要：近年来，我国火电机组的飞速发展,大量的高效率大的超临界单元已经市场化。600mw超临界机体上比传统的亚临界单元占据了压倒性优势。专家的统计结果显示, 发展超超临界机组可降低煤耗约20%,很大程度上降低了电厂的运营成本,在很大程度上发电站的运营费用降低自己的节约能源浪费的同时,正在减少了污染物的排放,国家能源节约排放节约对策,具有非常重要的意义。本文主要研究我国产临界机组的发展现状及特点，分析超临界机组是如何进行节能降耗，为我国超临界机的发展做一定贡献。

关键词：600mw超临界机组节能降耗火电机组

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2012)06(c)-0079-01

超临界机组的发展距今已有40多年的历史，在美国、欧洲以及日本，超临界机组占其国家火电容量的一半左右。目前世界上拥有的最大超临界机组的单机容量为1300MW。我国国内现在拥有300MW、500MW、600MW及900MW的超临界机组并且已经投入运行。

在20世纪90年代初，我国首次从国外引进了2台60万kW超临界机组，并在华能石洞口二电厂投入运行。由于这次的引进运行效果很好，我国又先后从国外引进了十几台超临界机组并进行安装运行。经过运行实绩证明，机组运行稳定，社会效益显著，经济指标先进，总体的技术水平已经达到了国际同类机组的先进水平。目前，我国国产的600MW超临界单元制机组及协调控制系统均可以投入使用，我国的电力工业制造能力及技术装备水平已经进入到了新的发展阶段。我国的电力行业发展的主要方向之一就是发展超临界和超超临界机组。

1 超临界机组的定义

超临界机组是指过热器出口主蒸汽压力超过22.129MPa的机组。目前我国运行的超临界机组运行压力在24～25MPa之间。从理论上来说，当水的状态参数达到临界点时(压力22.115MPa，温度374℃)，水的汽化会在一瞬间完成。也就是说在达到临界点时，饱和水及饱和蒸汽之间不会有汽水共存的状态存在，二者的参数也没有任何区别。因为在临界参数下汽水密度相等，所以在超临界压力下汽水无法维持正常循环，即不能再使用汽包锅炉，而是改为用直流锅炉。我国的火电机组平均单机容量不足10万kW。2006年我国平均供电煤耗达到366g/(kW/h)，比国外高出50～60g/(kW/h)，比率达到25%以上。与国外相比较，我国的火电机组资源浪费严重，废气排放量严重超标。而超临界机组和超超临界机组是提高煤炭利用率，降低环境污染有效而经济的途径之一。

2 600MW超临界机组的特性

2.1 机、炉控制耦合

锅炉、汽轮机的非线性耦合关系超临界机组的主要困难,正常控制系统难以达到良好的控制效果。由于直流锅炉汽水的过程中对一次性周期特征,并没和其它参数集中的储能元件,在直流操作,汽水之间存在一个清晰的分界点,水从省煤器进口连续加热、蒸发和过热,根据水、蒸汽和过热蒸汽三个物理性能的差异,可分为加热段、蒸发和过热段三部分,在这个过程中每一个片段长度的燃料,汽轮机阀门开度、水扰动和变化,造成温度、压力、功率变化。

2.2 非线性特性强

超临界机组采用的是超临界参数的蒸汽,机组的运行方式是滑参数运行方式，超临界机组是在亚临界和超临界两种工况下进行实际运行的。在亚临界运行工况下，给水需要经过加热段、蒸发段与过热段三个部分；而在超临界运行工况下，因为汽水的密度相同，水在一瞬间就转化成蒸汽。由于亚临界和超临界区工质物性存在巨大差异，以及不同燃烧率下的锅炉蒸发段（或相变点）位置的迁移等因素的影响，机组的动态特性参数也发生大幅度变化，使超临界机组呈现很强的变参数特性和非线性特性。所以在亚临界运行方式和超临界运行方式间，机组具有不同的控制特性。超临界机组是复杂多变的被控对象，比常规的亚临界机组更难控制。

2.3 燃水比难于控制

超临界机组控制的难点在于锅炉的燃水比调节。因为燃水比变化时，出口汽温的响应迟延很大，所以不可以拿出口汽温当做燃水比调节的反馈量。和汽包锅炉机组的调节系统相比较，超临界机组的给水调节系统类型有很多，但现有控制方案仍存在不足，还不能够满足变压运行与大范围负荷变化的要求。

3 600MW超临界机组的节能降耗

目前我国所拥有的发电主导机组主要是亚临界30～60万kW机组，而且我国燃煤发电存在能耗高、污染重、效率低等问题，在节能与环境问题上矛盾突出。随着我国“863”计划的推广和实行，目前的重点电力建设项目都锁定了同一个目标—— 600MW超临界燃煤发电机组和1000MW级超超临界燃煤发电机组的建设。超临界机组的热效率比现有机组的热效率高10%，而且节煤量比现有机组减少近25%。火力发电器后正常4亿W,2010年安装了超临界机组后我国内的火力发电增加到6亿多kW、新增的2亿火力发电装载量约节约2亿吨煤炭量。再加上关闭已到服务年限的电厂和现有每千瓦时发电煤耗高达400～500g的小火电需要新增的替代机组，节煤数量将更加可观。发电超临界减少的煤炭消耗,产生二氧化碳的煤炭火力发电站和灰尘的排放,同时也减少了煤炭的运输。

由表1中可以看出，与亚临界机组相比较，超临界机组的蒸汽指数与亚临界相同，但是机组净效率却高于亚临界，而且供电耗煤也比亚临界少。根据有关数据显示,发展超临界机组可降低煤耗约20%,超临界机组的发电净效率可达45%，这在很大程度上降低了电厂的运营成本,同时节省了能源浪费,并且减少了相同电量污染物的排放,对于响应国家节能减排策略具有重要意义。

4 结语

超临界组合在自己的运营方式和动态特性,控制对象自己发现的系统和非线性间的结合可能性较高的状态。目前在发展的参数大的超临界单元和超临界单元,但由于起步晚,没有经验,水平比较落后。外国先进技术连接起来的同时,我们也在总结自己的特点,并在经验当作教训,努力提高自身水平。

参考文献

[1] 钱庆生.600MW超临界机组控制系统特点与协调控制策略[J].热点技术，2008-2

[2] 刘立伟、方廷璋、吴延龙.600MW超临界机组协调控制系统的分析与设计[J].电力建设，2009-7