摘要：超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)是目前世界上成熟、先進、高效的發(fā)電技術(shù)。本文從國家電力發(fā)展的角度出發(fā)，分析了我國發(fā)展超超臨界機組的必要性，介紹了國外超超臨界機組的技術(shù)指標，在此基礎(chǔ)上闡述了我國發(fā)展超超臨界機組的技術(shù)路線，并對超超臨界發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用前景做了展望。
　　關(guān)鍵詞：超超臨界燃煤發(fā)電；潔凈煤發(fā)電技術(shù)；必要性；可行性
　　1 我國發(fā)展超超臨界機組的必要性
　　按照國家制訂的2020年電力發(fā)展規(guī)劃，我國發(fā)電裝機容量將從目前的4億千瓦增加到2020年9億千瓦，其中燃煤機組將達到5.8億千瓦。
　　2003年，全國二氧化硫排放總量達到2100多萬噸，其中燃煤電廠二氧化硫排放約占全國排放總量的46%。我國酸雨pH值小于5.6的城市面積占全國的70.6%。隨著燃煤裝機總量的增加，我國將面臨嚴峻的經(jīng)濟與資源、環(huán)境與發(fā)展的挑戰(zhàn)。提高燃煤機組的效率、減少總用煤量、降低污染物排放是當前我國火電結(jié)構(gòu)調(diào)整，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)。
　　目前我國電力工業(yè)裝機中高效、清潔的火電機組比例偏低，結(jié)構(gòu)性矛盾突出。2002年，火電機組中30萬千瓦及以上機組占41.7%，20萬千瓦以下機組占42.5%，超臨界機組只占2.38%。潔凈煤發(fā)電、核電、大型超（超）臨界機組、大型燃氣輪機技術(shù)開發(fā)、設(shè)備生產(chǎn)剛剛起步。全國火電平均供電煤耗383g/kWh，比世界先進水平高出60g/kWh。因此迫切需要在近期研制出新一代燃煤發(fā)電設(shè)備來裝備電力工業(yè)。
　　新一代發(fā)電設(shè)備應(yīng)具備可靠、大型、高效、清潔、投資低等性能；能夠替代現(xiàn)有的300MW和600MW亞臨界機組，成為裝備電力工業(yè)的主流機型；同時國內(nèi)設(shè)備制造企業(yè)經(jīng)過努力后能夠具備生產(chǎn)能力，能夠形成規(guī)模生產(chǎn)和市場競爭局面。
　　分析國際上燃煤發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢，將采用兩種技術(shù)路線來提高效率和降低排放。其一是利用煤化工中已經(jīng)成熟的煤氣化技術(shù)，集成蒸汽燃氣聯(lián)合循環(huán)技術(shù)實現(xiàn)高效清潔發(fā)電，其代表技術(shù)為IGCC。此技術(shù)提高能效的前景很好，但因系統(tǒng)相對復雜而造成投資偏高的問題需要解決。目前正在煙臺電廠建設(shè)一臺300或400MW等級的IGCC示范機組，為今后的發(fā)展作好技術(shù)儲備。另一個發(fā)展方向是通過提高常規(guī)發(fā)電機組的蒸汽參數(shù)來提高效率，即超臨界機組和超超臨界機組。超超臨界機組在發(fā)達國家已經(jīng)實現(xiàn)了大容量、大批量生產(chǎn)。通過努力我國可以較快實現(xiàn)國產(chǎn)化能力，降低設(shè)備成本。
　　如果我國600MW等級的燃煤機組采用超超臨界技術(shù)，供電煤耗278g/kWh，比同容量亞臨界機組的煤耗減少30克/kWh，按年運行5500小時計算，一臺600MW超超臨界機組可比同容量亞臨界機組節(jié)約標煤6萬噸/年，同時SO2、氮氧化物、粉塵等污染物以及CO2排放將大大減少。采用超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)對于節(jié)約資源消耗、保護環(huán)境、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
　　2 國外超超臨界機組的技術(shù)指標
　　超超臨界機組蒸汽參數(shù)愈高，熱效率也隨之提高。熱力循環(huán)分析表明，在超超臨界機組參數(shù)范圍的條件下，主蒸汽壓力提高1MPa，機組的熱耗率就可下降0.13%～0.15%；主蒸汽溫度每提高10℃，機組的熱耗率就可下降0.25～0.30%；再熱蒸汽溫度每提高10℃，機組的熱耗率就可下降0.15%～0.20%。在一定的范圍內(nèi)，如果采用二次再熱，則其熱耗率可較采用一次再熱的機組下降1.4%～1.6%。
　　亞臨界機組的典型參數(shù)為16.7MPa/538℃/538℃，其發(fā)電效率約為38％。超臨界機組的主蒸汽壓力通常為24MPa左右，主蒸汽和再熱蒸汽溫度為538～560℃；超臨界機組的典型參數(shù)為24.1MPa/538℃/538℃，對應(yīng)的發(fā)電效率約為41％。超超臨界機組的主蒸汽壓力為25～31MPa，主蒸汽和再熱蒸汽溫度為580～610℃。
　　超臨界機組的熱效率比亞臨界機組的高2%～3%左右，而超超臨界機組的熱效率比超臨界機組的高4%左右。
　　目前，美國投運的超臨界機組大約為170臺，其中燃煤機組占70%以上。前蘇聯(lián)300MW及以上容量機組全部采用超臨界參數(shù)。至1988年已有近200臺超臨界機組投入運行，全國35%電力由超臨界機組供給。
　　日本的超臨界機組共有100多臺，總?cè)萘繛槌^5760萬千瓦，占火電機組容量的61%，45萬千瓦及以上的機組全部采用超臨界參數(shù)，而且在提高參數(shù)方面做了很多工作，最高壓力為31MPa，最高溫度已達到600/600°C。
　　丹麥史密斯公司研究開發(fā)的前2臺超超臨界機組，容量為400MW，過熱蒸汽出口壓力為29MPa，二次中間再熱、過熱蒸汽和再熱汽溫為582/580/580℃，機組效率為47%，機組凈效率達45%（采用海水冷卻，汽輪機的背壓為26kPa）；后開發(fā)了參數(shù)為30.5MPa，582/600℃、容量為400MW的超超臨界機組，該機組采用一次中間再熱，機組設(shè)計效率為49%。
　　德國西門子公司20世紀末設(shè)計的超超臨界機組，容量在400～1000MW范圍內(nèi)，蒸汽參數(shù)為27.5MPa, 589/600℃，機組凈效率在45%以上。
　　歐洲正在執(zhí)行“先進煤粉電廠（700℃）”的計劃，即在未來的15年內(nèi)開發(fā)出蒸汽溫度高達700℃的超超臨界機組，主要目標有兩個： 使煤粉電廠凈效率由47%提高到55%（采用低溫海水冷卻）或52%（對內(nèi)陸地區(qū)和冷卻塔）；降低燃煤電廠的投資價格。美國和日本也將蒸汽溫度為700℃的超超臨界機組作為進一步的發(fā)展目標。
　　可見，國際上超超臨界機組的參數(shù)已經(jīng)達到27～32Mpa左右，蒸汽溫度為566～600℃，熱效率可以達到42～45%。(考試大注冊安全工程師)國外機組的可靠性數(shù)據(jù)，表明了超超臨界機組可以同樣實現(xiàn)高的可靠性。我國石洞口二廠兩臺60萬千瓦超臨界機組的可用率就高達90%以上，高于其它一些同容量亞臨界機組。從環(huán)保措施看，國外的超超臨界機組都加裝了鍋爐尾部煙氣脫硫、脫硝和高效除塵裝置，可以實現(xiàn)較低的排放，滿足嚴格的排放標準。例如日本的超超臨界機組的排放指標可以達到SO2 70 mg/Nm3；NOx 30 mg/Nm3；粉塵5 mg/Nm3?？梢?，超超臨界燃煤機組甚至可以與燃用天然氣、石油等機組一樣實現(xiàn)清潔的發(fā)電。
　　與其余幾種潔凈煤發(fā)電技術(shù)相比，超超臨界機組技術(shù)具有繼承性好，容易實現(xiàn)大型化的特點，在機組的可靠性、可用率、熱機動性、機組壽命等方面已經(jīng)可以和亞臨界機組媲美，已經(jīng)有了較多的商業(yè)運行經(jīng)驗。