張暉

摘要：近年來(lái)，我國(guó)火電機(jī)組的飛速發(fā)展,大量的高效率大的超臨界單元已經(jīng)市場(chǎng)化。600mw超臨界機(jī)體上比傳統(tǒng)的亞臨界單元占據(jù)了壓倒性優(yōu)勢(shì)。專家的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示, 發(fā)展超超臨界機(jī)組可降低煤耗約20%,很大程度上降低了電廠的運(yùn)營(yíng)成本,在很大程度上發(fā)電站的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用降低自己的節(jié)約能源浪費(fèi)的同時(shí),正在減少了污染物的排放,國(guó)家能源節(jié)約排放節(jié)約對(duì)策,具有非常重要的意義。本文主要研究我國(guó)產(chǎn)臨界機(jī)組的發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)，分析超臨界機(jī)組是如何進(jìn)行節(jié)能降耗，為我國(guó)超臨界機(jī)的發(fā)展做一定貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：600mw超臨界機(jī)組節(jié)能降耗火電機(jī)組

中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X(2012)06(c)-0079-01

超臨界機(jī)組的發(fā)展距今已有40多年的歷史，在美國(guó)、歐洲以及日本，超臨界機(jī)組占其國(guó)家火電容量的一半左右。目前世界上擁有的最大超臨界機(jī)組的單機(jī)容量為1300MW。我國(guó)國(guó)內(nèi)現(xiàn)在擁有300MW、500MW、600MW及900MW的超臨界機(jī)組并且已經(jīng)投入運(yùn)行。

在20世紀(jì)90年代初，我國(guó)首次從國(guó)外引進(jìn)了2臺(tái)60萬(wàn)kW超臨界機(jī)組，并在華能石洞口二電廠投入運(yùn)行。由于這次的引進(jìn)運(yùn)行效果很好，我國(guó)又先后從國(guó)外引進(jìn)了十幾臺(tái)超臨界機(jī)組并進(jìn)行安裝運(yùn)行。經(jīng)過(guò)運(yùn)行實(shí)績(jī)證明，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，社會(huì)效益顯著，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)，總體的技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際同類機(jī)組的先進(jìn)水平。目前，我國(guó)國(guó)產(chǎn)的600MW超臨界單元制機(jī)組及協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)均可以投入使用，我國(guó)的電力工業(yè)制造能力及技術(shù)裝備水平已經(jīng)進(jìn)入到了新的發(fā)展階段。我國(guó)的電力行業(yè)發(fā)展的主要方向之一就是發(fā)展超臨界和超超臨界機(jī)組。

1 超臨界機(jī)組的定義

超臨界機(jī)組是指過(guò)熱器出口主蒸汽壓力超過(guò)22.129MPa的機(jī)組。目前我國(guó)運(yùn)行的超臨界機(jī)組運(yùn)行壓力在24～25MPa之間。從理論上來(lái)說(shuō)，當(dāng)水的狀態(tài)參數(shù)達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)(壓力22.115MPa，溫度374℃)，水的汽化會(huì)在一瞬間完成。也就是說(shuō)在達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，飽和水及飽和蒸汽之間不會(huì)有汽水共存的狀態(tài)存在，二者的參數(shù)也沒(méi)有任何區(qū)別。因?yàn)樵谂R界參數(shù)下汽水密度相等，所以在超臨界壓力下汽水無(wú)法維持正常循環(huán)，即不能再使用汽包鍋爐，而是改為用直流鍋爐。我國(guó)的火電機(jī)組平均單機(jī)容量不足10萬(wàn)kW。2006年我國(guó)平均供電煤耗達(dá)到366g/(kW/h)，比國(guó)外高出50～60g/(kW/h)，比率達(dá)到25%以上。與國(guó)外相比較，我國(guó)的火電機(jī)組資源浪費(fèi)嚴(yán)重，廢氣排放量嚴(yán)重超標(biāo)。而超臨界機(jī)組和超超臨界機(jī)組是提高煤炭利用率，降低環(huán)境污染有效而經(jīng)濟(jì)的途徑之一。

2 600MW超臨界機(jī)組的特性

2.1 機(jī)、爐控制耦合

鍋爐、汽輪機(jī)的非線性耦合關(guān)系超臨界機(jī)組的主要困難,正?？刂葡到y(tǒng)難以達(dá)到良好的控制效果。由于直流鍋爐汽水的過(guò)程中對(duì)一次性周期特征,并沒(méi)和其它參數(shù)集中的儲(chǔ)能元件,在直流操作,汽水之間存在一個(gè)清晰的分界點(diǎn),水從省煤器進(jìn)口連續(xù)加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱,根據(jù)水、蒸汽和過(guò)熱蒸汽三個(gè)物理性能的差異,可分為加熱段、蒸發(fā)和過(guò)熱段三部分,在這個(gè)過(guò)程中每一個(gè)片段長(zhǎng)度的燃料,汽輪機(jī)閥門開度、水?dāng)_動(dòng)和變化,造成溫度、壓力、功率變化。

2.2 非線性特性強(qiáng)

超臨界機(jī)組采用的是超臨界參數(shù)的蒸汽,機(jī)組的運(yùn)行方式是滑參數(shù)運(yùn)行方式，超臨界機(jī)組是在亞臨界和超臨界兩種工況下進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行的。在亞臨界運(yùn)行工況下，給水需要經(jīng)過(guò)加熱段、蒸發(fā)段與過(guò)熱段三個(gè)部分；而在超臨界運(yùn)行工況下，因?yàn)槠拿芏认嗤?，水在一瞬間就轉(zhuǎn)化成蒸汽。由于亞臨界和超臨界區(qū)工質(zhì)物性存在巨大差異，以及不同燃燒率下的鍋爐蒸發(fā)段（或相變點(diǎn)）位置的遷移等因素的影響，機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)也發(fā)生大幅度變化，使超臨界機(jī)組呈現(xiàn)很強(qiáng)的變參數(shù)特性和非線性特性。所以在亞臨界運(yùn)行方式和超臨界運(yùn)行方式間，機(jī)組具有不同的控制特性。超臨界機(jī)組是復(fù)雜多變的被控對(duì)象，比常規(guī)的亞臨界機(jī)組更難控制。

2.3 燃水比難于控制

超臨界機(jī)組控制的難點(diǎn)在于鍋爐的燃水比調(diào)節(jié)。因?yàn)槿妓茸兓瘯r(shí)，出口汽溫的響應(yīng)遲延很大，所以不可以拿出口汽溫當(dāng)做燃水比調(diào)節(jié)的反饋量。和汽包鍋爐機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比較，超臨界機(jī)組的給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)類型有很多，但現(xiàn)有控制方案仍存在不足，還不能夠滿足變壓運(yùn)行與大范圍負(fù)荷變化的要求。

3 600MW超臨界機(jī)組的節(jié)能降耗

目前我國(guó)所擁有的發(fā)電主導(dǎo)機(jī)組主要是亞臨界30～60萬(wàn)kW機(jī)組，而且我國(guó)燃煤發(fā)電存在能耗高、污染重、效率低等問(wèn)題，在節(jié)能與環(huán)境問(wèn)題上矛盾突出。隨著我國(guó)“863”計(jì)劃的推廣和實(shí)行，目前的重點(diǎn)電力建設(shè)項(xiàng)目都鎖定了同一個(gè)目標(biāo)—— 600MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組和1000MW級(jí)超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組的建設(shè)。超臨界機(jī)組的熱效率比現(xiàn)有機(jī)組的熱效率高10%，而且節(jié)煤量比現(xiàn)有機(jī)組減少近25%?；鹆Πl(fā)電器后正常4億W,2010年安裝了超臨界機(jī)組后我國(guó)內(nèi)的火力發(fā)電增加到6億多kW、新增的2億火力發(fā)電裝載量約節(jié)約2億噸煤炭量。再加上關(guān)閉已到服務(wù)年限的電廠和現(xiàn)有每千瓦時(shí)發(fā)電煤耗高達(dá)400～500g的小火電需要新增的替代機(jī)組，節(jié)煤數(shù)量將更加可觀。發(fā)電超臨界減少的煤炭消耗,產(chǎn)生二氧化碳的煤炭火力發(fā)電站和灰塵的排放,同時(shí)也減少了煤炭的運(yùn)輸。

由表1中可以看出，與亞臨界機(jī)組相比較，超臨界機(jī)組的蒸汽指數(shù)與亞臨界相同，但是機(jī)組凈效率卻高于亞臨界，而且供電耗煤也比亞臨界少。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示,發(fā)展超臨界機(jī)組可降低煤耗約20%,超臨界機(jī)組的發(fā)電凈效率可達(dá)45%，這在很大程度上降低了電廠的運(yùn)營(yíng)成本,同時(shí)節(jié)省了能源浪費(fèi),并且減少了相同電量污染物的排放,對(duì)于響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排策略具有重要意義。

4 結(jié)語(yǔ)

超臨界組合在自己的運(yùn)營(yíng)方式和動(dòng)態(tài)特性,控制對(duì)象自己發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)和非線性間的結(jié)合可能性較高的狀態(tài)。目前在發(fā)展的參數(shù)大的超臨界單元和超臨界單元,但由于起步晚,沒(méi)有經(jīng)驗(yàn),水平比較落后。外國(guó)先進(jìn)技術(shù)連接起來(lái)的同時(shí),我們也在總結(jié)自己的特點(diǎn),并在經(jīng)驗(yàn)當(dāng)作教訓(xùn),努力提高自身水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 錢慶生.600MW超臨界機(jī)組控制系統(tǒng)特點(diǎn)與協(xié)調(diào)控制策略[J].熱點(diǎn)技術(shù)，2008-2

[2] 劉立偉、方廷璋、吳延龍.600MW超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)[J].電力建設(shè)，2009-7