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| 全球首臺高效超臨界煤氣發(fā)電機組成功并網(wǎng)發(fā)電 | |||
| 煤炭資訊網(wǎng) | 2022/4/6 22:52:44 頭條 | ||
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3月31日9時38分，全球首臺高效超臨界煤氣發(fā)電機組在廣西防城港市成功并網(wǎng)發(fā)電。該機組由我國自主研發(fā)，具有完全的自主知識產(chǎn)權，全套國產(chǎn)化設備，運行壓力、溫度和發(fā)電效率均創(chuàng)造了煤氣發(fā)電領域新的“世界紀錄”。 該機組是全球首座高效超臨界煤氣發(fā)電站，利用鋼鐵冶煉過程中伴生的低熱值煤氣，實現(xiàn)變廢為寶。 據(jù)了解，項目于2021年4月1日破土動工，在參建各方的共同努力下，于今年2月底進入聯(lián)調聯(lián)試。發(fā)電站設置三臺145MW（兆瓦）高效超臨界煤氣發(fā)電機組，預計今年7月份另外兩臺機組也將建成投入使用。 （總臺記者 廖汨 劉暢 李子儀 防城港臺 高山 顏循波 何彥儒 李佳欣） 相關鏈接： 先進超超臨界發(fā)電技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 陳碩翼 1 ，朱衛(wèi)東 1，張麗 1，唐明生 2，李建福 3 （1. 科技部高技術研究發(fā)展中心；2. 中國科學院理化技術研究所；3. 北京鑒衡認證中心有限公司） 一、關于先進超超臨界發(fā)電 技術 超超臨界發(fā)電技術是指燃煤電廠將水蒸汽壓力、溫度提高到超臨界參數(shù)以上，實現(xiàn)大幅提高機組效率、降低煤耗和污染物排放的技術。超超臨界發(fā)電機組是指蒸汽壓力 25MPa、溫度 580℃以上的超高參數(shù)燃煤火力發(fā)電機組，俗稱“超超臨界發(fā)電機組”，其發(fā)電效 率 在 43.8% ～ 45.4% 之 間， 遠 火力發(fā)電技術一直以提升機組容量和蒸汽參數(shù)，進而提高機組熱效率、降低污染物排放為目標。先 進超超臨界發(fā)電技術的核心優(yōu)勢就在于低碳、高效、清潔。本文對先進超超臨界發(fā)電技術國內外發(fā)展現(xiàn) 狀與趨勢進行了梳理分析，并提出了我國進一步發(fā)展重點和對策建議。 高于亞臨界機組的 37.5%。隨著發(fā)電技術相關材料的進步，更高參數(shù)的 630℃、760℃等級超超臨界發(fā)電技術將成為下一代火力發(fā)電主力機組技術，其供電效率預計可達 47% ～ 53%，比目前最先進的 600℃等級超超臨界機組煤耗約可再降低 40 克標煤 / 千瓦時。 先進超超臨界發(fā)電技術是在鎳鐵基、鎳基高溫材料研發(fā)突破的基礎上，進一步將蒸汽參數(shù)提 高至 630℃、760℃以上，供電效率可在 50% 以上，供電煤耗可達250 克標煤 / 千瓦時以下，能夠大 幅度提高機組發(fā)電效率，降低煤耗及污染物、CO2 等溫室氣體的排放。一臺 600MW 等級的 700℃先進超超臨界機組，可比同容量 600℃超超臨界機組節(jié)約標準煤約 14.3萬噸 / 年，大氣污染物減少 14% 左 右（NOx、SOx），CO2 減 排 約30 萬噸 / 年，具有十分顯著的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。 先進超超臨界發(fā)電技術核心優(yōu)勢在于低碳、高效、清潔及技術的繼承性，研發(fā)先進超超臨界 發(fā)電技術對能源結構以煤為主的我國來說，具有十分重要的現(xiàn)實意義和廣闊的應用前景。 二、國際發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 超臨界發(fā)電技術已走過近半個世紀的歷程，目前從事超超臨界技術研發(fā)的國家主要有美國、歐盟、日本、中國等。在材料工業(yè)發(fā)展的支持下，超超臨界發(fā)電科技中國 2018年9月 第9期 15 技術正朝著更高參數(shù)的技術方向前進，從現(xiàn)在的 600℃等級向參數(shù)更高的 630℃、700℃、780℃等級超超臨界發(fā)電技術邁進。 1. 美國 美國是發(fā)展超臨界火電機組最早的國家，目前擁有 9 臺世界上最大的超臨界機組，單機容量 為 1300MW。2001 年， 美 國 啟 動 先 進 超超臨界發(fā)電技術研發(fā)，目標是提高燃煤發(fā)電技術的清潔和競爭力， 蒸 汽 參 數(shù) 比 歐 洲 高， 達 到38.5MPa/760℃ /760℃，機組凈效率達到 50% 以上；在超臨界循環(huán)流化床技術上，完成 460MW 超臨界循環(huán)流化床鍋爐機組商業(yè)運行后，正在進行 550MW 超臨界循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電技術示范。 美國 2014 年頒布《全面能源戰(zhàn)略》等戰(zhàn)略計劃，將“科學與能源”確立為第一戰(zhàn)略主題。該 戰(zhàn)略進一步強調提高能效和大力發(fā)展低碳技術作為美國能源創(chuàng)新的主題，提出形成從基礎研究到 最終市場解決方案的完整能源科技創(chuàng)新鏈條。美國政府承諾投入近 60 億美元，研發(fā)提高新建電廠效率和 CO2 捕集能效，進而提升各類電廠能效以及降低 CO2 捕集能耗和投資成本。目前美國正在進行新一代（760℃）用于超超臨界參數(shù)機組的鍋爐材料研究計劃，以開發(fā)溫度和壓力更高的燃煤發(fā)電機組。 2. 歐盟 歐洲 1998 年啟動相關研究，研究內容比較系統(tǒng)、全面，目前約有 60 臺超臨界機組，其中具有 表性的超臨界機組是德國 Hessler電廠投運的 700MW 機組（蒸汽參數(shù) 為 30MPa/580 ℃ /600 ℃），以 及 丹 麥 投 運 的 2 臺 411MW二次再熱超超臨界機組（29MPa/582℃ /580℃/580℃）， 海水冷卻情況下其熱效率達到～ 47%。歐盟 2011 年底發(fā)布的《2050能源技術路線圖》等戰(zhàn)略劃中，突出可再生能源在能源供應中的主體地位，提出了智能電網(wǎng)、碳捕集與封存、核聚變以及能源效率等方向的發(fā)展思路。在高效燃煤 發(fā) 電 技 術 方 面， 正 積 極 開 展700℃超超臨界發(fā)電、大容量超超臨界循環(huán)流化床發(fā)電等項目研究，已基本解決 700℃超超臨界發(fā)電技術相關材料的研發(fā)，正開展高溫部件長周期驗證試驗，為工程示范提供驗證數(shù)據(jù)，預計 2020 年前后建成 700℃超超臨界發(fā)電示范機組。 3. 日本 日本非常注重發(fā)電機組的效率，其超超臨界技術采用的是引進、仿制、創(chuàng)新的技術路線，截至目前已有 60 多臺超臨界以上火力發(fā)電機組運行。日本超超臨界二次再熱機組以 31MPa/538℃ /552℃ /566℃參數(shù)為主，1989 年川越電站兩臺 700MW機組（31MPa/566℃ /566℃ /566℃）投入運行，機組熱效率達 41%。2008 年 日 本 啟 動“ 先 進 的超 超 臨 界 壓 力 發(fā) 電（A-USC）”（2008—2016）項目研究計劃， 計劃以 600℃超超臨界機組為基礎，由政府組織材料研究、電力及制造廠聯(lián)合進行 700℃超超臨界裝備研發(fā)，明確在 2015 年達到35MPa/700 ℃ /720 ℃，2020 年 實現(xiàn) 750℃ /700℃超超臨界產(chǎn)品的開發(fā)目標，可實現(xiàn)全廠凈效率由42% 提高到 46 ～ 48%。日本雖然起步較晚，但以超超臨界機組可靠性高、經(jīng)濟性好、技術發(fā)展快而躍居為超超臨界機組先進國家，在 700℃超超臨界發(fā)電技術的高溫材料開發(fā)已取得突破性進展。從國外先進國家以及我國的先進超超臨界發(fā)電技術研發(fā)和技術布局來看，研究開發(fā)更高參數(shù)、更低污染物排放、燃料適應性更強的超超臨界發(fā)電技術是火力發(fā)電技術的必然趨勢，其目的始終圍繞進一步提高運行發(fā)電效率、降低污染物排放。 三、我國發(fā)展現(xiàn)狀與水平 十余年來，我國超超臨界燃煤發(fā)電技術實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，在 600℃等級超超臨界機組設計、運行等方面積累了豐富經(jīng)驗，整體上達到國際先進水平。科技部和能源局的支持下，我國“十二五”期間相繼開展了660MW 超臨界循環(huán)流化床鍋技術、1000MW 等級超超臨界二次再熱發(fā)電技術、00℃超超臨界燃煤發(fā)電關鍵技術等研究，為進一步開發(fā)更高參數(shù)的 630℃、700℃等F RONTIER 前沿16 科技中國 2018年9月 第9期級超超臨界一次 / 二次再熱發(fā)電技術奠定了良好基礎。 1. 總體技術水平 在國家科技項目持續(xù)支持下， 經(jīng)過十余年的引進、消化、再創(chuàng)新，我國實現(xiàn)了超超臨界燃煤發(fā)電技術的跨越式發(fā)展，整體上達到國際先進水平，很多技術已與國外同步，部分技術已經(jīng)引領世界發(fā)展趨勢。我國超超臨界機組技術水平、發(fā)展速度、裝機容量和機組數(shù)量均已躍居世界首位，600℃等級大容量超超臨界發(fā)電機組已成為我國火力發(fā)電主力機組。截至 2014年底，超超臨界機組總裝機超過 1億千瓦，是新建機組的主力機組，對優(yōu)化火電行業(yè)結構、全面提高燃煤發(fā)電效率、減少污染物排放有重大貢獻。 2. 關鍵技術進展 清華大學、中國科學院、西安熱工研究院、浙江大學等主要科研單位、煤炭燃燒相關重點實 驗室和工程中心，以及大量企業(yè)進行了煤炭高效發(fā)電技術研發(fā)，代表性企業(yè)包括五大電力公司 神華集團和三大電氣集團等電力企業(yè)和制造企業(yè)，基本形成科研、技術開發(fā)示范及產(chǎn)業(yè)化應用的研發(fā)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈，在 600MW 等級超超 臨 界 循 環(huán) 流 化 床 鍋 爐 技 術、630℃超超臨界二次再熱發(fā)電技術、700℃超超臨界發(fā)電關鍵技術等先進超超臨界發(fā)電技術上開展了大量研究工作，為我國先進超超臨界發(fā)電技術發(fā)展提供了有力支撐。 國內企業(yè)、高校、科研院所共同攻關，開發(fā)成功了具有自主知 識 產(chǎn) 權 的 600 ～ 1000MW 等 級超超臨界空冷機組發(fā)電技術，打破國外技術壟斷；自主研發(fā)成功600MW 等級大型空冷機組，建成世界首座 1000MW 等級超超臨界空冷機組，目前空冷系統(tǒng)機組總裝機達 6600 萬千瓦，滿足了煤電布局要求，年節(jié)水達 11 億噸。 自主研發(fā)了 600 ～ 1000MW 等級超超臨界二次再熱發(fā)電技術，完成我國首臺套 1000MW 等級二次再熱超超臨界機組的工程示范，發(fā) 電 效 率 達 47.82%， 發(fā) 電 煤 耗256.8 克 / 千瓦時，發(fā)電效率和發(fā)電煤耗均達到世界領先水平，超超臨界二次再熱發(fā)電機組已成為我國新建 600 ～ 1000MW 等級火力發(fā)電機組的首選技術。 建 成 了 我 國 第 一 套 250MWIGCC 示范電站，設計發(fā)電效率達到 41%（LHV），實現(xiàn)了我國 IGCC發(fā)電技術零的突破。循環(huán)流化床（CFB）鍋爐技術開發(fā)與工業(yè)應用已基本成熟，完成了 300MW 等級燃劣質燃料機組的自主研制和產(chǎn)業(yè)化應用，在此基礎上完成世界最大的 600MW 超臨界循環(huán)流化床鍋爐機組開發(fā)，并在四川白馬投入商業(yè)運行，達到世界領先水平。開展了 700℃超超臨界發(fā)電技術基礎性研究，成立了 700℃發(fā)電產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，整合國內科研和生產(chǎn)力量，針對 700℃超超臨界發(fā)電相關材料、設計、工藝制造等關鍵技術，開展了總體方案設計、關鍵材料、鍋爐關鍵技術、關鍵部 件驗證試驗平臺與電站建設的工程可行性等研究。2016 年我國首個 700℃超超臨界發(fā)電關鍵部件驗證試驗平臺在華能南京熱電廠建成并投運，目前正開展相關材料和高溫熱部件的長時間驗證試。 我國 700℃超超臨界燃煤發(fā)電技術研究開發(fā)工作已經(jīng)取得重要階段性成果，但由于起步太晚，大量研究工作才剛剛開始，與國外相科技中國 2018年9月 第9期 17比仍存在較大差距。 四、我國進一步發(fā)展重點及 對策建議 1. 發(fā)展重點 經(jīng)過十余年的快速發(fā)展，我國超超臨界發(fā)電技術取得了一定成就，掌握了豐富的超超臨界鍋爐設計、制造、運行經(jīng)驗，燃煤發(fā)電技術已大大縮短與國外發(fā)達國家的差距，整體達到世界先進水平，某些技術已達到國際領先 水平，并已成為世界上超超臨界機組裝機容量最多的國家。隨著我國經(jīng)濟增速下降進入新常態(tài)和能源供給側調整，能源消費增長呈現(xiàn)減速換檔的趨勢，能源正從粗放型利用向精細化發(fā)展。我國以煤為主的能源結構決定了必須不斷發(fā)展更高效率、更高參數(shù)的超臨界燃煤發(fā)電技術。 在更高參數(shù)的超臨界燃煤發(fā)電技術上，我國起步較晚，在高溫熱部件、鍋爐設計與制造技術、汽輪機設計與制造技術、輔機技術和熱力系統(tǒng)優(yōu)化技術等方面還需進一步研究與優(yōu)化。為此，我國應在現(xiàn)有技術基礎上，加快 630℃超超臨界發(fā)電一/ 二次再熱技術、600MW 等級大容量超超臨界循環(huán)流化床發(fā)電技術、700℃等級超超臨界發(fā)電技術等先進超超臨界發(fā)電技術的關鍵技術突破與工程示范，實現(xiàn)超高參數(shù)燃煤發(fā)電機組規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化運行，大幅降低我國火電機組平均供電煤耗，實現(xiàn)煤炭的高效、清潔利用。 同時，考慮到我國電網(wǎng)可再生能源比例的增加，以及目前發(fā)電機組負荷變得較大的實際情況，應進一步開發(fā)適合調峰的高參數(shù)、靈活燃煤發(fā)電機組技術，如先進高效清潔靈活一次 / 二次再熱燃燒發(fā)電技術等。 另外，我國煤種多種多樣，動力用煤煤質特性參差不齊，提高燃煤發(fā)電機組的煤種適應性，也將成為我國未來燃煤發(fā)電技術的重要發(fā)展方向，如：適合燃用劣質煤種的大容量超臨界循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電技術、準東高堿煤發(fā)電技術等。 2. 對策建議 為保障我國超超臨界發(fā)電技術持續(xù)進步和領先，建議：一是加強基礎材料研究，開發(fā)成套技術。在已有基礎上，加快組織各方力量，瞄準國際最先進目標開展聯(lián)合攻關，加快超超臨界發(fā)電技術高溫材料的研制，開發(fā) 630℃超超臨界二次再熱技術、650℃ /700℃超超臨界發(fā)電技術。二是適應能源特性變化，開發(fā)針對性機組技術。結合我國具體國情，開發(fā)適合我國電網(wǎng)需求的大容量、高參數(shù)靈活調峰下一代超超臨界發(fā)電機組技術。結合我國動力用煤煤質特性，研究提高燃煤發(fā)電機組的煤種適應性技術。 三是推進污染物防治，強化機組潔凈化發(fā)電技術。開展現(xiàn)有機 組 NOx、SO2、 汞、SO3 等 污 染物生成與排放規(guī)律研究，分析不同污染物的影響因素，研究提出相應的污染物控制方案，通過改造現(xiàn)有機組和設計新建機組，實現(xiàn)燃煤發(fā)電的超低排放。本報告為科技創(chuàng)新戰(zhàn)略研究專項項目“重點科技領域發(fā)展熱點跟蹤研究”（編號：ZLY2015072） 研究成果之一。上海交通大學張忠孝教授、清華大學呂俊復教授參與了本研究。 本文特約編輯：姜念云
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