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](续前)

一、日本发展超临界压力机组前的准备工作 [20](2a)

二、采用超临界压力机组的必要性 (2b)

日本超临界压力火力发电研究会认为,从日本发电燃料消耗看,采用超临界压力机组是非常紧迫的任务。提高电站热效率可降低每发1度电的燃料消耗量,对节约能源有重大的经济意义。换句话说,提高电站热效率后可用同样多的燃料发出更多的电力,或生产所需的电力只需要较少的燃料。日本发展超临界压力机组前,电站燃料消耗量变化情况(图 2-10)表明,煤炭增加尽管较快,但重油消耗量的增加则更快。后者的增长率已明显地超过了前者。日本燃料消耗量中重油用量骤增的原因是:

1)大容量机组要求调峰,而燃油锅炉的低负荷运行性能较好。

2)日本煤炭和石油资源都很贫乏,绝大部分靠国外进口。除煤炭产地外,在日本重油价格比煤炭还低。

在日本各种燃料电站容量的变化中(图 2-11),燃油机组的比例逐年增长。

三、日本发展超临界压力机组的可行性研究 [21]

日本超临界压力火力发电研究会, 在1961-1962年这段时间, 组织国内有关知名专家, 集中力量进行了日本是否应该和如何发展超临界压力机组问题的可行性研究工作。调动人力物力之多,进展之快,研究细緻之程度和收效之大是举世罕见的。该可行性研究主要针对是发展超临界或者是发展亚临界进行。在开展这项工作前,在日本有不少人主张上亚临界压力机组。因为当时的历史背景正值第一代超临界压力机组陆续投运,且问题最多的时候。美国那时已暂停发展这种机组,正进行完善化工作。可以用这样一句话来形容当时的超临界压力机组,即命运未卜,前途莫测。很多制造厂被一些技术问题弄得焦头烂额。还有一些原准备用的公司以重新变得踟蹰彷徨。可行性研究分经济和技术两部分 , 用一座总装机容量为 160万千瓦(4x40万千瓦)的电站作为模拟对象。比较时先假设一下列前提:燃料为重油,电站带基本负荷,电站地理位置是两面临海。锅炉用露天佈置,汽机的电机用室内佈置。燃料由海上运输。油罐的容量可保证该电站烧20 天。

表 2-7 可行性分折用40万千瓦机组的主要设备性能


项目

单位

亚临界压力机组

超临界压力机组

备注

 

 

汽机

汽压

公斤/厘米2

169

246

 

汽温

566/538

538/552/566

 

单机容量

万千瓦

40

40

 

种类

串联4流再热式

 

真空度

mmHg

722

 

给水加热段数

8

 

主蒸汽流量

吨/时

1291

1170

 

 

电机

种类

 

氢冷三相同步二极电机

 

容量和效率

47.1万千伏安, 85%

 

频率

50赫

 

项目

单位

亚临界压力机组

超临界压力机组

备注

电机

转速

转/分

3000

3000

 





炉 

种类

 

汽包炉

直流炉

 

蒸发量

吨/时

1370

1240

 

给水温度

275

285

 

空气预
热器

进口气温

20

20

设置蒸汽式
空气预热器

出口烟温

     150

给水加热器

 

高压给水加热器x3

超临界用管式
 

低压给水加热器x5

包括除氧器

1) 两种机组的热效率比较     

根据图2-12和图2-13的模拟热力系统,计算出在各种负荷下汽机设备的热效率,其结果如表2-8所示。

表2-8 40万千瓦机组汽机设备的热效率比较(%)

 

蒸汽参数

负荷

169公斤/厘米2
566/538℃

246公斤/厘米2
538/552/566℃

44

44.8

46.5

34

44.4

45.9

24

43.6

44.8

考虑到锅炉效率为89.5%,电站自用电为3%,电站热损失为0.5%,故电站实际供电热效率如表2-9所示.


表2-9 40万千瓦机组的电站实际供电热效率(%)

 

亚临界压力机组

超临界压力机组

汽机入口蒸汽参数

169公斤/厘米2 
566/538℃

246公斤/厘米2
538/552/566℃

汽机满负荷时热效率(%)

44.8

46.5

锅炉效率 (%)

89.5

89.5

电站热损失(%)

0.5

0.5

电站自用电率(%)

3.0

3.0

电站实际供电热效率(%)

38.7

40.1

电站实际供电热耗(大卡/度)

2225

2142

比较表明,超临界压力机组的电站实际供电热负荷比亚临界压力机组提高1.4%.电站自用电率和电站热损失,对这两种机组来说是一样的.实际供电热耗降低83大卡/度。故认为采用超临界压力机组对节约燃料有非常重大的意义。

2) 两种机组基建投资的比较

日本在1963年时已制造出了32.5,35,37.5万千瓦的亚临界压力机组(169公斤/厘米2),欲确定这种机组的基建投资,因有现存的经验可循,故并不困难.但当时日本对超临界压力机组毫无经验可言,原来按亚临界计算的投资,由于蒸汽参数的变化,必然产生变化。表2-10給出了基建投資費用的计算结果。日本根据若干公司的计算结果并参考了国外资料,详细列出了超临界压力机组主要设备的价格。求出了两种机组价格的比率。表2-1给出了电站基建投资的计算结果,与亚临界压力机组相比,超临界压力机组的基建费用高一些(约高2.5-5.5%)。


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图2-12 40万千瓦超临界压力机组汽机设备的模拟热力系统图

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图2-13 40万千瓦亚临界压力机组汽机设备的模拟热力系统图

表2-10电站基建投资费用计算的划分


基建项目

内容

建筑物

电站厂址、福利设施、室内开关房、公司住宅,仓库,其它建筑物及其基础

构件

锅炉给水设备、冷却水设备、烟囱、吸油设备、油码头、防油堤、重油库基础
、轻油库基础

蒸汽发生设备

锅炉(省煤器、空气预热器、重油燃烧设备),烟囱、热水和水处理设备(包
括给水加热器)、给水泵、蒸汽管、给水管(包括阀门)、重油和轻油库(基础
除外)、水箱,其它机械及其基础。

电气发生设备

汽机、发电机(包括励磁机)氢冷却装置、冷凝器、循环泵、冷凝水泵、真
空设备、主变压器(包括电站内变压器和啟动变压器)、配电盘开关设备、其
它机械及其基础。

其它设备

电讯、电灯、电力设备、维修试验装置、其余装置及其备件

其余费用

备用设备费、补充费、其它杂费

财务利息

 

表2-11日本40万千瓦机组基建投资(4台平均)

 

亚临界压力机组

超临界压力机组

蒸汽参数

169公斤/厘米2
566/538℃
246公斤/厘米2
538/552/566℃

土地

400

400

建筑物

1230

1290

构架

555

543

蒸汽发生设备

6800

6972――7400

电气发生设备

5490

5610――5640

其它装置

200

200

杂费

587

601-619

建设利息等

1374

1406-1449

总基建投资

16636

17028-17547

每千瓦装机容量
的建设投资

円/千瓦

41590

42570-43870

$/千瓦

115.5

118.2-121.8

比率

100

102.4-105.5

现将上述基建投资的计算过程说明如下:

(1)土地 假设两种机组的占地面积相同,均为33万2,公司宿舍占地2万2

(2)建筑物 1963年时,日本正在建设中的40万千瓦亚临界压力机组(169公斤/厘米2)电站主体建筑物容积为9.33万3。考虑到超临界压力机组比亚临界压力机组增加了承受超临界压力的汽缸,此外又因为采用了两次再热,需增加再热蒸汽管的数量,故主体建筑物相应增大到10.15万3,而服务设施,室内开关房,仓库和公司宿舍等建筑物,这两种机组间没有什么区别.

(3) 构架 包括冷却水系统,油码头,防油堤,重油储罐基础等基建投资。由于亚临界压力机组的冷却系统的容量大,故超临界压力机组反而便宜一些。

(4) 蒸汽发生设备和电气发生设备 主机的价格,对亚临界压力机组或参照日本当时国内的大容量机组,而超临界压力机组则需根据相应比率进行计算。蒸汽发生设备中其它机械的价格,如重油储罐、水箱和基础等,因和基建投资和蒸汽参数的变化无关,可以按大容量亚临界压力机组的实际费用计算。

(5)其它装置、杂费、建设利息等均按大容量电站的实际费用计算。另一些项目的费用可按日本电源发展方法研究会的结果计算。

3) 两种机组发电成本的比较

电站的发电成本必须考虑基建投资费,燃料费,直接费和间接费。在日本,这些费用的计算随电力公司不同而异。计算时,按下述假设条件。

(1) 计算发电成本的条件

发电成本受电站年利用率影响,故本计算假设有三种年利用率,即70、80、90% 。年利用率的高低将导致运行热效率和电站自用电率的若干变化。就是在年利用率相同的情况下,亦随运行时间和负荷状而变化。特别是当考虑用于基本负荷时,这种变化不大。根据日本电源发展方法研究会的结果,与年利用率相应的数据如表2-12。


表2-12 不同年利用率下,两种机组的运行热效率及电站自用电率


年利用率(%)

90

80

70

电站自用电率 (%)

3.1

3.3

3.5

电站供电
热效率(%)

160万2机组

37.9

37.4

36.9

246万2机组

39.3

38.9

38.3

(2) 年经费的计算法

年经费包括设备折旧费、直接费和间接费之和。

设备折旧费指利息、折旧和固定资产税等的统称。一般情况为总建设投资的13%左右。
 
直接费包括工资、维修及杂费,按过去日本电源发展方法研究会的计算选取。工资占基建投资的0.3%(运行人员数量按0. 2人/ 千千瓦计算)维修费为 1%。杂费为0.1% 。

间接费包括事业税等项目,约占总基建投资的 0.7% 。

在计算发电成本时,除燃料费外,所有其它费用统称为年经费。其比率占总基建投资的 15% 。
 
(3) 发电成本计算结果的比较

表2-13 是根据上述假设条件,亚临界压力机组(169万2)和超临界压力机组(246万2)发电成本的差值。这里的发电成本差值是一个范围,这是因为电站基建投资也是一个范围。从表中成看出,当超临界压力和亚临界压力的利用率相同时,若基建投资贵2.4%,超临界压力机组每度电便宜2.8—4.4分(日币)。就是投资高达5. 5%时,只要利用率高,采用超临界压力机组依然是有利的。

日本超临界压力火力发电研究会除了对上述 40万千瓦模拟机组进行超临界的经济性比较外,还对这两种机组作了技术方面的比较。与此同时,对早期超临界压力机组设计、制造和运行中的大量技术问题作了详细调查研究。有关这方面的情况,笔者将在本书第Ⅳ部分另辟章节,并结合其它国家的研究资料进行介绍。

表 2-13 超临界和亚临界压力机组发电成本的差值


燃料价格

年利用率

70%

80%

90%

60(分/103大卡)

增0.5-减2.8

减0.1-3.0

减 0.6-3.2

65(分/103大卡)

增0.1-减3.2

减0.6-3.4

减 1.1-3.6

70(分/103大卡)

减0.3-3.6

减1.0-3.9

减 1.5-4.0

75(分/103大卡)

减0.8-4.1

减1.4-4.3

减 1.9-4.4