国外超临界压力火力发电机组

江河水编译

 

目录

第一部分 国外超临界压力机组发展概况

第一章 美国


一.美国发展超临界压力机组的原因
1.超临界比亚临界压力机组具有更好的技术经济效益
2.节约能源
3.适应大机组发展的需要

.美国各个时期超临界压力机组发展概况
三.单机容量
四、蒸汽参数
五、美国超临界压力机组生产下降分折


第二章 日本

一.日本发展超临界压力机组前的准备工作
二、采用超临界压力机组的必要性和可行性研究 (2b)
三.日本超临界压力机组发展概况

第三章 苏联

一.苏联超临界压力机组发展概况
二.苏联超临界压力机组的若干特点
三.
苏联各种容量进超临界压力锅炉的特性 (3c)


第四章 西德


一、西德超临界压力机组发展概况 [57]-[61 (4a)
1. 西德电力工业发展情况
2.西德超临界压力机组的特点[60],[62

二a.西德各个时期生产的超临界压力典型机组(4b)
二b
.西德各个时期生产的超临界压力典型机组(4c)(续前)

第二部分 大机组的单机容量和蒸汽参数

第一章 单机容量

一.美国电站锅炉单机容量的发展概况
1.美国各个历史时期的发展情况
2.美国火电设备单机容量下降的原因

二.其它国家电站锅炉单机容量发展概况(包括日本、苏联、西德和英国)
三.发展大容量机组的优点
四.若干国家机组容量发展的比较

第二章 蒸汽参数

一.若干国家蒸汽参数发展历史的回顾
二.蒸汽参数发展的总趨势

第三部分 各种超临界压力锅炉的炉型特点和典型机组概况

第一章 超临界压力UP直流锅炉

一.发展历史回顾
二.设计中的若干具体问题
1.工质流程
2.炉膛结构

三.典型机组概况

第二章超临界压力复合循环锅炉

一.概述
二.主要特点
三a.设计中的若干具体问题

三b.设计中的若干具体问题(续前)
四.典型机组概况

第三章 超临界压力苏尔寿锅炉

一.发展历史回顾
二.主要设计特点
三.典型机组概况


第四章 超临界压力FW型锅炉

一.主要特点
二.典型机组概况


第五章 变压运行的超临界压力锅炉

一.对变压运行超临界压力机组的概述
二.变压运行超临界压力机组的基本技术
三.典型机组概况

第四部分 国外早期超临界压力机组的运行情况及其主要技术问题

第一章 国外早期超临界压力机组的运行情况

一、概况
二、早期机组运行不隹的征兆-可用率低
三、早期机组调峰性能差
四.早期机组啟动热量损失大,啟动时间长
五、运行费用偏高
六、发电成本高


第二章 国外早期超临界压力机组的主要技术问题

一 设计问题
二 制造工艺问题
三 钢材问题
四水处理问题
五 阀门问题


第五部分 发展超临界和亚临界压力机组的经济和技术比较

第一章 发展超临界和亚临界压力机组的经济性比较

一.经济性比较的方法和侧重点
二.燃料消耗的比较
三.基本建设费用的比较
四 发电成本的比较
五 经济比较的结论


第二章 超临界和亚临界压力机组的技术比较较

一.超临界压力机组的可靠性问题
二.技术比较的结论

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第一部分 国外超临界压力机组发展概况 (2)

(1)(2)(3)(4)

第二章 日本[13-14](2a)

日本是当今世界上发展超临界压力机组最坚决的国家之一。从1961年开始,就组织各方面的学者、专家、电力公司和电站有关人员成立研究会,对发展超临界压力机组的可行性问题,进行了广泛深入的学术论证。日本的超临界压力机组发展非常快,可以说成绩显赫。日本电力工业的高速发展,与大力发展超临界压力机组有密切的关系。我国现在的条件,应该讲比日本当时好得多。日本发展这种机组之初,碰到的困难、问题、和来自方方面面的阻力也不比我们现在碰到的少。经过论证,看准了目标,就不顾一切地坚持下去,这就是日本成功的经验。为此,仔细研究这段时间日本发展国民经济的历史是有一定意义的。

一、日本发展超临界压力机组前的准备工作 [20]

这种准备工作是由国家出面组织各方面人力、物力,集中进行的。主要由日本超临界压力火力发电研究会负责。该研究会由电力中央研究所、关西电力公司和东京电力公司任正、副委员长。下设三个分会,分别由庆大、通产省和中部电力公司任主任。下面的委员由58名日本知名专家组成,这些专家分别来自各产业部门和电力公司。该研究会从成立之后,便积极开展了广泛的情报调研和学术讨论活动。从1961年2 月15日到1962年11月2 日,短短一年多时间,就召开了各种学术讨论会达26次之多,会上详细讨论了研究会宗旨、研究课题、研究方针、具体分工、调查对象及前提条件、主要设备参数和投资费用计算方法、主蒸汽管计算标准、主机价格比率、热效率计算、投资和热效率的实际计算、投资的最后确定、设备清单、计算结果研究分折、可行性报告书的编写方法和最后通过可行性报告书。

日本经过上述准备工作后写出的可行性报告有极大的份量。因为它是由全国所有有关部门共同研究后提出的,从而很大程度地改变了发展初期大家众说纷纭和意见分歧严重的局面,使各大学、各研究所、各产业部门,包括主机和辅机制造厂、有关钢厂以及和运行直接有关的各电力公司都统一了认识。日本发展超临界压力机组尽管起步晚,但却能后来居上,并总是勇往直前,这绝不是偶然的。日本在发展超临界压力机组过程中,碰到困难和问题时,不是犹豫不决,而是认真对待,该改就改,该变即变,用新的结构去适应新形势的需要,作到坚定不渝地发展,同样不是偶然的。
 
日本该研究会的工作,搞清了日本发展超临界压力机组的历史背景、作了能源供求、经济发展和电力需要量之间关系的分折。还分折了火电和电气化的关系、详细研究了日本电力工业的现状,并展望了今后的发展。指出日本的当务之急是应该提高电站热效率,论证了在日本采用超临界压力机组的必要性。该研究会还对早期的超临界压力机组的情况进行了调查研究,作了技术经济分折;并对若干技术问题作了详细的摸底。现具体介绍如下:

1. 发展超临界压力机组的历史背景

1)日本通产省的产业结构调查会,根据综合能源学会的资料,认为:1972年,日本发电量中火电的比重将达到 75 %左右。并且火电在电力经济中的比重还有继续增大的趨势。

2)研究中发现,日本火电中燃料的消耗量特别大,而日本又是一个资源极度贫乏的国家,日本的燃料绝大部分靠国外进口,因此节约发电用燃料,便成了当时日本燃眉之急的大事。

3)为了节省燃料,必须大力提高火电设备的经济性。提高蒸汽参数,用大机组又是提高发电效率,减少建设费用(即降低每千瓦装机容量的投资)的最有效措施。

4)第二次世界大战后,日本火力发电技术进步极大。169公斤/厘米2 级的亚临界压力机组已有很多顺利投运。到 1966年为止,正在建设中的这种亚临界压力大机组的总数达 80台,1680万千瓦。

5)日本不应满足于池时已取得的成绩。认为在火电设备中还有很大的潜力可挖。亚临界压力机组的热效率还不够高。为了节约燃料和提高经济效益,必须把蒸汽参数提高到超临界压力,即应超过 226公斤/厘米2

6)当时国外(指美国、西德和苏联等)已将这种超临界压力机组在火电设备中大量采用,并且此势头正在继续高涨。

7)日本正是在这样的历史背景下写出了适合日本当时国情的,发展超临界压力机组的可行性论证报告。并事先估计到了发展中可能碰到的各种困难和技术问题。

2.对能源供求和电力需要量关系的分折

当时日本人认为:随着经济的发展,必须持续地维持总的能源供求量。在 1964年时,日本的能源供求情况已发生了重大变化,原来主要烧固体燃料,已大量转变成烧液体燃料。原来日本一次能源供给的大部分的煤,到1953年,日本煤的耗量已下降到仅占总能源供给量的 50 %(按 7000大卡 / 公斤标准煤换算),后来,到了1962年时,又进一步下降到只占 33 % 。反之,1935年时日本石油耗量仅占总能源的 10 %左右,到 1962年便上升到了 43 % 。日本的水电由1935年的 18 %,到 1949年上升到 34 %,但 1962年又下降到 20 % 。

Bild

图 2-1 日本 1953-1972年一次能源构成的比率

Bild

图 2-2 日本 1964-1972年一次能源供给中水力、煤及石油的变化

日本专家们认为,若从今后一次能源供求考虑,按照通产省产业结构调查会能源学会资料,1967年和1972年日本一次能源的需求量如表 2-1 所示。该表表明,1972年日本的水力、煤和石油将各占12.7 %、16.9 %和 66.9 %。比较看出,日本水力和煤炭将减少,石油耗量将大幅度增加。即水力和煤炭的增加比较平缓,而石油则会突飞猛进般增长。如 1953年石油耗量为1000万千升,但到 1962年便上升到 5500万千升,到1972年时将进一步上升到 2 亿千升,比 1953年石油耗量增长了 20倍(图 2- 2 )。对能源的需要又可进一步分为对电力的需要和其它能源的需要。在1953年时,日本电力的需要量占总能源需要的 32.3%,但到 1962年时则达到 38.9%。

3.对经济发展和电力需要量关系的分折

日本 1964年经济发展极快。从 1953-1962年实际国民生产总值的年增长率达到 11.1%的惊人发展速度。这样的发展速度在国外也是没有先例的。为了维持日本各产业部门的高速度发展,特别是矿业生产的年增长率(13.6%),故电力需要量也大幅增加。这便要求加快电力工业的发展。因而,采用高效率的发电设备便成了日本发展经济的当务之急。

图 2-3 是日本 1953-1972年实际国民生产总值、矿业生产指数和电力需要量的实际情况。表 2-2为实际电力需要量。1957-1962年这6年中发电量约增加了 2 倍。表 2-3 给出了日本 1967年实际国民生产总值为 24 兆円(1958年价格),矿业生产指数为 483.6(设 1955年为 100),到 1972年将达到 34兆4800亿円及719。相应的电力需要量 1967年为2113.6亿度, 1972年达到3340亿度。但是,实际国民生产总值的年增长率,1962-1967年为 8.6 %, 1967-1972% 。但是矿业生产指数的年增长率分别为 9.9 % 和 8.3 % 。电力需要量的年增长率为 11.7 %和 9.6 % 。

4.对火力发电和实现电气化关系的分折

日本过去的电力供给情况一向是水主火从。但后来由于水电开发地点减少,日本经济建设又迫切需要电力,不得不改变这种方针。日本后来热衷于发展建设周期短的大容量火电机组,用火电带基本负荷,而只用大水库和高埧式水力发电来带尖峰负荷,变为火主水从的电力发展方针。

随着火力发电技术的进步,建设可用率高的高参数大容量机组,利于提高电站热效率,降低建设费用,增加经济性。这样机组的发展又反过来促进了火电设备的发展。图 2-4和图 2-5是日本 1945-1965年历年水电和火电的装机容量和发电量增加和情况。在1961年前日本水电的比例还大于火电,但以后火电便超过水电了。 日本水电和火电所占比例的差距将越来越大。图 2-6是日本火电设备年平均利用率的变化情况,由于火电已上升为带基本负荷,所以日本从1951-1961年这10年左右时间内,火电设备的利用率提高了一倍以上。

Bild

图 2-3 日本1953-1972年实际国民生产总值、
矿业生产指数和电力需要量的关系

Bild

图 2-4 日本 1945-1965年水电和火电装机容量的变化

Bi;ld


图 2-5 日本 1945-1965年水电和火电发电量的变化

表2-1 1962-1972年一次能源供给情况 (换算单位 7000大卡 / 公斤标准煤 )103

   

单位

1962年

1967年

1972年

实际数字

换算

构成比

实际数字

换算

构成比

实际数字

换算

构成比

水力

百万度

62372

37423

20.2

82800

49680

16.5

93300

55980

12.7

原子能

     

58

580

0.2

400

4000

0.9

煤炭

千吨

68220

61722

33.3

79230

72483

24.1

81282

74740

16.9

国产煤炭

千吨

3787

2044

26.9

7000

3780

18.1

7000

3780

12.3

 

千吨

53587

47746

55700

50520

55700

50520

进口煤炭

千吨

10847

11932

6.4

16530

18183

6.0

18582

20440

4.6

褐煤

千吨

1057

529

0.3

900

450

0.2

700

350

0.1

石油

1000千升

55277

79046

42.6

118104

168889

56.2

206980

295981

66.9

国产石油

1000千升

876

1253

0.7

1100

1573

0.5

1100

1573

0.3

进口石油

1000千升

47261

67583

36.4

119260

157194

52.3

196375

280816

63.5

输入石油制品

1000千升

7140

10210

5.5

7078

10122

3.4

9505

13592

3.1

液化石油气

千吨

127

217

0.1

272

465

0.2

272

465

0.1

天然气

百万米3

1586

2147

1.2

3115

4279

1.4

5400

7454

1.7

油田气

百万米3

1304

1826

1.2

2800

3920

1.3

5000

7000

1.6

煤田气

百万米3

282

321

0.2

315

359

0.1

400

454

0.1

总计

千吨

 

181179

97.7

 

296826

98.8

 

438970

99.3

薪炭

千吨

 

4350

2.3

 

3693

1.2

 

3220

0.7

 

千吨

6600

3300

1.8

5600

2800

0.9

5000

2500

0.5

木炭

千吨

1050

1050

0.5

893

893

0.3

720

720

0.2

合计

千吨

 

185434

100.0

 

300519

100.0

 

442190

100.0

输入能源

千吨

 

89742

48.5

 

186544

62.1

 

319313

72.2

注:(1) 换算率: 水力 0.6吨/千度, 煤: 1962年0.891吨/吨, 1972年0.907吨/吨, 进口煤1.1吨/吨, 薪炭0.54吨/吨, 褐煤0.5吨/吨, 石油1.43吨/吨, 液化气1.71吨/吨,油田气1.4吨/吨,木炭1吨/吨, 核燃料万吨/吨(天然铀).
(2)进口燃料包括原油和煤气等

表2-2日本 1930-1962年电力需要量的变化情况


年份

电力需要量(百万度)

和前一年的比率( % )

1930

12618

 

1935

19393

 

1940

28576

 

1945

16419

 

1946

20805

 

1947

23204

 

1948

26863

 

1949

29867

111

1950

33898

113

1951

36844

109

1952

40182

109

1953

45216

113

1954

48004

120

1955

53144

111

1956

60967

114

1957

68005

114

1958

72068

106

1959

84501

117

1960

99408

118

1961

114582

114

1962

121772

106

表 2-3 日本 1962-1972年实际国民生产总值、矿业生产指数和电力需要量

 

1962

1967

1972

 

1967/1962(%)

 

1972/1967
(%)

实际国民生产总值(亿円)
(1958年价格)

158000

240000

151.8

344800

 

矿业生产指数
(以1955年为100)

301.1

483.6

160.6

719

148.7

电力需要量(百万度)

121700

211360

174

334000

158

表 2-4 1952-1963年日本电站每年安装和投运的机组容量表(单位:万千瓦)


年份

1952

1953

1954

1955

1956

1957

1958

1959

1960

1961

1962

1963

 




153

84.1

9.7

31.1

106.9

75.9

59

46.3

153.1

120.4

40.9

116.2

(73)

(80)

(18)

(22)

(33)

(32)

(56)

(24)

(28)

(22)

(9)

(37)


57.5

20.5

45.5

110.9

218.9

158.4

45.7

144.7

394.8

433.2

437.1

196.5

(27)

(20)

(82)

(78)

(67)

(68)

(44)

(76)

(72)

(78)

(91)

(63)


210.5

104.6

55.2

142

325.8

234.3

104.7

191

547.9

553.6

478

312.7

(100)

(100)

(100)

(100)

(100)

(100)

(100)

(100)

(100)

(100)

(100)

(100)

 




22.3

69.5

59.8

55.9

70.4

64

56.3

61.9

131.5

84.2

71

120.1

(61)

(64)

(60)

(47)

(71)

(44)

(33)

(31)

(51)

(35)

(24)

(23)


14

38.9

40

63.1

28.9

82.2

113.8

236.8

128

158

222.2

409.4

(39)

(36)

(40)

(53)

(29)

(56)

(67)

(79)

(49)

(65)

(76)

(77)


36.3

108.4

99.8

119

99.3

146.2

170.1

298.7

259.5

243.2

293.2

529.5

(100)

(100)

(100)

(100)

(100)

(100)

(100)

(100)

(100)

(100)

(100)

(100)

注: ( )内的数字表示水电和火电的构成比率

日本经济的高速发展,对电力需要量的增长,有力地促进了电力的发展。表 2-4 是日本发展超临界压力机组前13年的电力发展情况的统计数字。表中的数字分为已安装和已投运的两大部分。从表中可以看出增长最快的年份是1960和1961年。该两年的装机容量增长量达到547.9和553.6万千瓦。但1962和1963年又有所降低。日本在1960年12月召开了第30次电力发展调整审查会,会上制定了日本长期电力发展规划,并决定 1960-1967年每年的水电和火电装机容量要求上升到720万千瓦。从表 2-4 中可以看出,日本能源构成中的水电和火电的构成比率在发生变化。原来以水电为主的电力发展方针,由于水力资源减少和高效大容量火电机组的发展,已使发展的重点转到火电上来。图2-7是日本 1951-1965年历年装机容量的变化情况。尤其是到1962年左右,火电所占比重骤增,到1963年时,火电比重已上升到 77 % 。

sdghg

图2-8 1929-1963年日本火电站供电热效率的变化

sdag

图 2-9 1952-1961年美、英、日三国供电热效率的变化情况

 

日本在1960年12月正式制定了电力发展长期规划。1959-1960年的电力发展年增长率已达到16.3 %,1962年降到 12.9 %。规划要求 1960-1967年的电力发展年增长率达到 10.3 %,并按此要求来制定这段时间的电力发展规划。
按日本政府制定的这个规划,在 1962-1971年这 10年内,前 5 年是规划的重点,其水力和火力发电规划的数字如表 2-5 所示。

表 2-5日本1962-1971年水力和火力发电的规划

 

前 5 年(1962-1966)

10年内(1962-1971)

装机容量(万千瓦)

装机容量(万千瓦)

已安装

水电

346

676

火电

1816

3906

总计

2162

4582

已投运

水电

328

768

火电

1499

3372

总计

1812

4140

其中到1971年投运的水电为768万千瓦,而火电(包括核电)要达到 3372万千瓦。这样一来,日本水电和火电设备的比率将由 1961年底的53对47%,变为1967年的31对69%,火力发电将会取得大幅增长。

6.对提高电站热效率的迫切需求

由于火电设备单机容量的不断增大 、蒸汽压力和温度的提高,又由于设计、制造和运行技术的进步,促进了电站热效率的快速上升。图 2-8 为日本 1929-1963年历年电站最高平均供电热效率的变化情况。在蒸汽参数 45公斤/厘米2 ,450 ℃级的时代,供电热效率为 22%(发电热效率为24%)。

以后,由于蒸汽参数的提高,电站热效率急剧上升。1955年突破 30%,到 1962年则达到37.13%(发电热效率为 39.35%)。日本同期全国平均供电热效率和前述最高供电热效率的发展情况完全相同。在1961年也突破了30%,到1962年又达到了 31.6%(发电热效率为33.84%)。

日本在发展超临界压力机组前,电站供电热效率上升已较迅速(图 2-9)。美国当时由于投用了亚临界压力机组和超高压再热机组,具有较高的热效率。尤其是还有部分机组采用了超临界参数。美国爱迪斯顿电站No1机组的热效率跃居世界首位。英国的20万千瓦机组已于1959年投运,故其热效率也较高,1961年时达到的最高供电热效率为 34%(布莱恩A电站20万千瓦机组),而当时英国其它12万千瓦机组的热效率均较低。 日本1945-1965年电站煤炭和 重油消耗量的变化情况如图2-10,日本1961-1966年各种 燃料电站容量的变化情况如图2-11。

 

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图 2-10 日本1945-1965年电站煤炭和
重油消耗量的变化情况

 

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图 2-11 日本1961-1966年各种
燃料电站容量的变化情况

表 2-6给出了 1952-1961年苏联、意大利、西德和法国电站供电热效率的变化。显而易见,日本比这几个国家热效率提高的速度都要快一些。当时苏联的电站供电热效率还相当落后,几乎比这里列举的所有国家低。

表2-6 1952-1961年几个国家电站供电热效率的变化


年份

苏联

意大利

西德

法国

1952

23.5

19.3

22.0

19.7

1953

24.0

23.7

22.6

21.1

1954

24.7

28.0

22.8

21.4

1955

25.6

27.9

23.2

22.7

1956

26.1

25.8

23.8

23.8

1957

26.9

27.7

27.2

26.2

1958

27.5

28.1

28.2

28.1

1959

27.9

30.2

29.7

30.1

1960

26.2

 

30.3

30.8

1961

   

30.9

31.5

在自备电站中, 当时已开始了二次利用蒸汽。并以逐步占压倒多数。 这种电站采用背压式汽机。將发电用过的蒸汽再供工厂的生产用,从而使蒸汽得到更有效的利用。这类自备电站的热效率非常高。特别是西德,它是世界上最先采用超临界压力机组的国家(西德许尔斯化工厂自备电站)。尽管容量不大,蒸汽参数却相当高。故电站综合经济性良好。日本超临界压力火力发电研究会认为,尽管日本当时已采用了亚临界压力机组,但不能只满足于现状。因电站热效率已达到亚临界压力机组的最大值,不采用超临界压力参数,欲进一步提高就不那么容易了。