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超超临界机组
超超临界机组和超临界机组指的是锅炉内工质的压力。锅炉内的工质都是水，水的临界参数是:22.129MPa、374.15℃ ；在这个压力和温度时，水和蒸汽的密度是相同的，就叫水的临界点，炉内工质压力低于这个压力就叫亚临界锅炉，大于这个压力就是超临界锅炉，炉内蒸汽温度不低于593℃或蒸汽压力不低于31 MPa被称为超超临界。从国际及国内已建成及在建的超临界或超超临界机组的参数选择情况来说，只要锅炉参数在临界点以上，都是超临界机组。但对超临界和超超临界机组并无严格的界限，只是参数高了多少的一个问题，国内及国际上一般认为只要主蒸汽温度达到或超过600℃，就认为是超超临界机组。
含义超临界、超超临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果，超超临界机组与超临界机组相比，热效率要提高1.2%-4%，一年就可节约6000吨优质煤。未来火电建设将主要是发展高效率高参数的超临界（SC）和超超临界（USC）火电机组，它们在发达国家已得到广泛的研究和应用。 发电技术超超临界燃煤发电技术是一种先进、高效的发电技术，它比超临界机组的热效率高出约4%，与常规燃煤发电机组相比优势就更加明显。可是，2002年，“超超临界燃煤发电技术的研发和应用”项目立项时，我国连超临界机组的示范工程都尚未开始建设，国际上也仅有德国、丹麦、日本的5个电厂投产。是等待国内超临界机组示范成功、国际上超超临界技术成熟后再来考虑我国下一代的电力技术，还是超前进行研究，以技术为先导，来推动中国电力行业的发展？ 时任国家电力公司科技环保部主任的张晓鲁等人争取到了科技部的支持，决定对国际上的先进技术进行论证，基于我们能采购到的、成熟商业应用的高温合金材料，研究在中国发展超超临界的技术类型和技术路线，希望以此指导我国电力装备业新一代设备的研发，为我国电力行业的产业升级提供技术储备。 中国华能集团公司、中国电力投资集团公司、哈尔滨锅炉厂、上海汽轮机有限公司、国家电站燃烧工程技术研究中心……23家单位的100多名研究人员通力合作，首次提出了我国发展超超临界火电机组的技术选型方案，完成了3种不同型式100万千瓦超超临界锅炉、汽轮机的设计开发、制造软件包研制和材料加工性能研究，自主设计了超超临界电站，自主调试成功了100万千瓦和60万千瓦机组，申请了17项国家技术专利，形成了我国完整的超超临界电站开发基础。 技术储备很快就派上了大用场。从2003年开始，我国电力行业进入高速发展期，年装机容量从过去十多年里每年1000多万千瓦急速攀升到5000万千瓦、6000万千瓦，2006和2007两年达到1亿千瓦左右。到2007年底，国产60万千瓦超超临界机组的订货量达到90多台，100万千瓦的订货数也有将近50台。预计到2010年，我国投产的百万千瓦超超临界机组将占全世界的一半以上。 世界银行的代表找到已是中国电力投资集团公司副总经理的张晓鲁，说要减少燃煤发电温室气体和污染物排放，最有效的技术就是超超临界技术，打算拿一笔钱支持中国开展这方面的研究。张晓鲁回答：“谢谢你，我们已经跨过了这个阶段。” 该技术的节能环保示范作用十分显著，作为示范工程的华能玉环电厂项目，于2007年11月全部建成投产，成为世界上超超临界百万千瓦级容量最大的火电厂。工程应用了大量该课题的研究成果，2台100万千瓦超超临界发电机组（参数26.25MPa、600℃/600℃）是当今国际上参数最高、容量最大、同比效率最高的超超临界机组，经实际运行，效率高达45.4%,供电煤耗283.2克/千瓦时，比2006年全国平均供电煤耗366克/千瓦时低82.8克/千瓦时，大幅节约了煤炭资源,每年可少排放二氧化碳50多万吨、二氧化硫2800多吨、氮氧化物约2000吨，具有国际先进的能耗和环保水平，企业经济效益和社会环境效益前景巨大。 发电供热用煤占全国煤炭生产总量的50%左右，而且污染物排放量也很大。据统计，全国二氧化硫的排放量中，90%是由煤电产生的。百万千瓦超超临界机组的研发和应用对实现我国火电结构调整、节能降耗，建设资源节约型、环境友好型社会，电力工业可持续发展具有重要意义。 世界发展蒸汽温度不低于593℃或蒸汽压力不低于31 MPa被称为超超临界。在1985～1990年，美、苏、日、德、法等国已着手研制开发可实际运行的超超临界机组，并制定了超超临界机组的两步发展计划，其中第一步目标是主蒸汽参数为30 MPa，593℃；第二步目标是主蒸汽参数为34.5 MPa，649℃。第二步目标比常规的蒸汽参数为24.1MPa，538/566℃的超临界机组（国内机组）净效率提高8.8%。 美国是发展超临界发电技术最早的国家。世界第一台超超临界参数机组（125MW，31.03MPa 621/565/538℃）于1957年在美国投运。美国投运的超临界机组占大型火电机组的30%以上，容量以50～80万千瓦为主。美国于上世纪60年代初完成世界首台超超临界火电机组的设计和制造，后经过20余年努力，用材体系不断完善，掌握了大型铸锻件制造技术，超超临界火电机组逐渐得以推广应用。美国拥有超临界机组两个世界之最，即最大单机容量1300MW和最高蒸汽参数（费城电力公司EDDY-STONE电厂的#1机组，蒸汽参数为34.5MPa，649/566/566℃）。近年来，美国GE公司还为日本设计制造了蒸汽参数分别为26.6MPa/577℃/600℃和25MPa/600℃/610℃的超超临界机组。 俄罗斯是发展超临界机组最坚决的国家。1963年，前苏联第一台30万千瓦超临界机组投入运行，机组参数为23.5MPa/580℃/565℃。共有超临界机组200多台，占总装机容量的50%以上，其30万千瓦以上容量机组全部采用超临界参数。俄罗斯研制的新一代大型超超临界机组采用参数为28～30Mpa/580～600℃。前苏联发展超临界技术主要依靠本国力量，以自主开发为主，初期也走过不少弯路，但经过长期试验研究已具有一套比较完整的超临界技术和产品系列。 日本采用引进、仿制、创新的技术发展路线。日本的超临界机组占常规火电机组装机容量的60%以上，其45万千瓦以上机组全部采用超临界参数，最初投运的两套超超临界机组由三菱公司设计，装机容量70万千瓦、蒸汽参数34.5MPa/620℃/650℃。日本发展超超临界机组起步较晚，但很快由仿制过渡到应用自己的科研成果，同时建立了自己的试验台，发展速度很快、收效显著。 我国超临界、超超临界机组发展较晚。我国于上世纪80年代后期开始从国外引进30万千瓦、60万千瓦亚临界机组，第一台超临界机组于1992年6月投产于上海石洞口二厂（2×600MW，25.4MPa，541/569℃）。从引进到完全消化吸收，用了近20年时间。国产超临界发电技术从新世纪元年起步，到投入商业化运行，只用了3年时间。而国产百万千瓦超超临界技术从项目研发到2006年玉环电厂首台机组投运，仅用了4年时间。应当说，这种跨越式的发展正是发电业和电站装备制造业共同进步、共同发展的必然结果。在“超超临界燃煤发电技术”的研发和应用下，我国发电业及电站装备制造业的整体水平跃上了一个新台阶。 技术攻关超超临界机组的关键大型部件，如汽轮机转子、叶片、锅炉管等，是制约现代重大装备制造业发展的瓶颈，尽早攻克电站关键用材和大型铸锻件制造技术成为国家和上海中长期科学技术发展规划纲要的重要内容。 为此，上海市科委组织专家开展了上海现代装备用关键材料技术现状与发展方向的调研，并在此基础上，于2005年将“电站装备用特种材料研究与开发”列入上海市科委重大科技攻关项目，由上海发电设备成套设计研究院牵头，组织上海多家企业，联手上海交通大学和上海大学等高校，开展产学研合作攻关。联合攻关团队解决了高温持久蠕变等多道技术难题，取得了系列成果。 由上海重型机器厂有限公司等负责的高中压缸体试制，形成了冶炼、铸造、热处理、焊补等成套生产工艺，产品已用于600MW汽轮机。高压转子的研制工作经历了多次失败，终于解决了低硅、低铝的高合金钢冶炼难题，开发了氮气保护电渣重熔技术，成功试制出高压转子一根、在制产品转子两根。 由宝山钢铁股份有限公司特殊钢分公司负责，上海锅炉厂有限公司参与开发的奥氏体不锈钢管，国产管的冶金质量已相当于进口材料的水平，在650℃的高温下持久强度可达99MPa。 由上海汽轮机有限公司等负责开发的叶片和螺栓用高温高强度材料已实现产业化，年产约600吨。安装有该部件的山东黄岛和安徽宿县等电厂发电机组已投入正常运行。由上海新闵重型锻造有限公司等负责开发的汽轮发电机用高强度穿心螺杆材料，已成功用于1000MW级发电机。 据专家估算，待该项目全部完成后，超超临界机组的造价可下降一半。 我国“十一五”规划纲要提出，要“以大型高效环保机组为重点优化发展火电，建设大型超超临界电站和大型空冷电站。”纲要还将超超临界火电机组列为“装备制造业振兴的重点”之一。而《国家中长期科技发展规划》明确将能源列为优先发展的领域，并在“煤的清洁高效开发利用、液化及多联产”专题中明确提出了高参数超超临界机组等技术。 我国“十一五”能源发展面临的生存环境与以往相比发生了很大变化。我国资源条件与国际竞争环境已不允许我国继续重复增加能源与资源投入带动经济增长的旧模式，必须转向依靠提高能源与资源利用率实现经济增长的发展模式。发展超超临界发电技术，无论是对优化煤电结构，还是提升电站装备制造水平，都具有重要意义。 |
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