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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 4

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

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

4-1和图4-2表明,尽管从50年代以来,西德电力工业有了长足的进步,如从1950年到1981年,发电设备的装机容量由1131万千瓦变到8942万千瓦,增加了7.9倍,平均每年递增252万千瓦。发电量由440亿度增加到了3688亿度,增加了8.4倍,平均每年增加104.7亿度,但和大力发展超临界压力机组的美国、苏联和日本比较起来,还是有很大的差距(图4-3和图4-4)。

西德的装机容量在1950年时为美国装机容量的13.7%,经过31年发展后,始终和美国保持着同样比率的差距,基本上是在原地踏步不前(4)1984年提高到42.5%,净增18.74%。日本装机容量由12.9%增加到23%,净增10.1%。又台苏联的发电量由23.46%增加到56.26%,净增32.79%。日本的发电量由11.91%增加到24.5%,净增12.59%。

西德电力工业的发展在技术上自成一个体系。为了满足国民经济增长和工业发展的需要,西德也像美、苏、日等国一样,致力于发展大容量机组,但尚和这几个国家差一个数量级。美、苏、日的最大单机容量为130120100万千瓦,而西德目前的最大机组,烧褐煤的为60万千瓦,烧烟煤的为72万千瓦。西德电力工业构成中火电占9097%。水电占的比例甚微,核电的比重逐年增加,但目前占的比例依然不大。如19731978年西德原计划投运10万千瓦以上发电机组60台,其总容量为3100万千瓦,其中火电1767万千瓦,水电186万千瓦,核电1147万千瓦,平均每年增长为600万千瓦左右。从图4-1可看出实际上还没有达到原计划要求达到的水平。又如西德计划到1985年新装机容量达60006500万千瓦,均为大机组,其中核电容量达4500万千瓦。

西德是发展超临界压力机组历史最早的国家,世界上首台超临界压力工业背压机组是西德制造的。早期发展这种机组的速度也异常快,但后来放慢了步伐,对是否继续发展超临界参数机组犹豫不决,时上时下。从而影响了其发展速度。因此,可以认为,西德在单机容量和蒸汽参数上的保守和倒退是导致停滞不前的根本原因。

2.西德超临界压力机组的特点 [60],[62

1)背压机组多工业

在西德超临界压力机组中,各企业的自备电站占了相当大的比例。例如,根据19656月到196710月发表的资料统计,在已有的14台超临界压力机组中,属于自备电站背压机组的占了5台,约占当时超临界压力机组总数的13


2)
早期机组蒸汽参数偏高

在发展之初,有的机组的蒸汽压力和温度均选得偏高。如许尔斯化工厂第二电站No.1机组,即世界上首台超临界压力工业背压机组,其蒸汽压力为309公斤/厘米,蒸汽温度为605565565℃。蒸汽供1.6万千瓦背压汽机,排汽经再热后供7.2万千瓦汽机发电机组发电,总容量为8.8万千瓦。该机组于195611月投运,比美国菲洛电站No.6机组早一年。许尔斯化工厂第二电站后来又根据No.1机组的经验,投运了两台同类型的 超临界压力机组,但初温由605℃降为555℃。因为No.1机组以及美国第一代超临界压力机组投运后,发现了不少的问题,其中有些问题(如材料和制造工艺缺陷)是由于参数偏高造成了。故后来西德蒸汽参数有下降的趨势。


3
)  单机容量偏小。一般为1020万千瓦机组。其中最小的如巴威略乌尔丁根电站No.12机组仅为1.8万千瓦,175吨/时,299公斤/厘米525525℃。当时(1967年)西德最大的超临界压力机组是斯陶丁格电站的27万千瓦机组。后来才有32万千瓦机组。

4)
多烧60007000大卡/公斤左右发热值的好煤,只有约1442005000大卡/公斤稍差的煤。

5
)主要炉型为本生式直流锅炉。这种炉型在西德有悠久的发展历史,有丰富的设计、制造和运行经验。西德是本生锅炉的发源地。到目前为止,全世界有数十家公司都购买了西德锅炉联合制造公司(KWU)的本生锅炉制造专利。截止1972年底,全世界已有739台本生直流锅炉在运行。又如美国福斯特—惠勒公司也向西德购买了本生直流锅炉专利,发展了FW型锅炉[63],[64]。

6)
发展速度比较缓慢[61

早在1954年西德窦尔锅炉厂就开始研制超临界压力锅炉,居世界之前列。但发展速度不快,到1972年为止,只有26台在运行,总容量为590万千瓦,仅占当时西德火电装机容量的12%。一句话,超临界压力机组占的比例不高,发展速度不快,单机容量偏小,根本原因是思想过于保守。现将其和美国、苏联和日本作如下比较。

美国发展超临界压力机组的时间稍晚于西德,但发展速度要快得多。截止1972年共发展了101台,6371.4万千瓦,平均单机容量为63万千瓦。

苏联的发展时间比美国还要晚,但到1970年时已发展了71台,2100万千瓦,平均单机容量为29.5万千瓦。到1977年便进一步发展到149台,4950万千瓦,平均单机容量过到33万千瓦。

日本发展的时间更晚,1967年才投运第一台超临界压力机组,而且还是从美国引进的。但到1972年时,仅仅短短的5年时间便投运了22台,1166万千瓦。平均单机容量为52.9万千瓦。

西德发展超临界压力机组缓慢的原因是多方面的。主要的有如下几点:

(1)
有丰富而价格低廉的褐煤资源。但西德设计的超临界压力机组锅炉中没有一台是烧这种劣质燃料的。受美国早期机组燃煤锅炉炉内问题多的影响,为保险起见绝大部分烧标准烟煤。而西德褐煤多,烟煤却较少。为了充分利用本国资源,故倾向于发展亚临压力机组。从另一角度看看,采用超临界压力机组固然可以比亚临界机组提高一些电站热效率,节约一些燃料,但如果在缺少经验的情况下,大力发展超临界压力褐煤炉,炉内问题多,可用率下降,经济效益并不明显。

(2)
西德铬、镍合金资源贫乏,价格高昂,故能够供给发展超临界压力机组使用的奥氐体不锈钢较少。

(3)
西德电站要经常承担周期性负荷,尤其是近年来核电的崛起,对火电机组的调峰性能提出了严格的要求。由于西德的电站多烧褐煤,这种燃料着火容易,但稳燃较难,作超临界压力的调峰机组用尚有许多技术问题有待深入研究解决。

(4)
西德学术界对是否发展超临界压力机组问题存在着严重的分歧,反对者居多数。他们的观点有正确的一面,但也不够全面。现举几例说明:

a)西德最大的电力公司莱因—威斯特伐利亚电力公司不赞成上超临界压力机组,认为经济性受设备材料费用高昂影响大。觉得30万千瓦以下的机组,在西德的燃料供给情况下,以采用亚临界压力机组为经济。这种观点是无蠏可击的。

b)
西德专家K.舍夫的观点是,根据他多年对燃煤机组的研究,认为4.910万千瓦机组经济的蒸汽参数宜为160200公斤/厘米25301530万千瓦机组可以采用更高的压力级。但具体是否上超临界参数,得视燃料费用高昂的程度而定。

c)
现在有不少学者主张另辟途径来提高电站热效率。西德的具体国情是褐煤资源必须得到充分而有效的利用。发展超临界压力机组虽可节省褐煤,但它不是最隹的办法。认为现在大量发展超临界压力机组还不如继续发展亚临界压力机组。同时,建议由德国政府出面组织力量,大力投资,研究出适合于大规模工业化和电力生产的褐煤气化方法,发展气/汽透平联合循环赛发电。还有人提出更进一步的设想,利用核电的原子能反应堆热量对褐煤进行他热气化,以节省气化时自燃消耗的1/3左右的褐煤。用同样的褐煤可多生产1/3的煤气。然后,再用气/汽透平联合循环发电,并在发电的过程中运用超临界压力锅炉。这种燃料利用方法,电站热效率将比目前最好办法还要高得多得多。且可实现燃料的综合利用和彻底解决目前电站黒烟滾滾等严重的令人头痛的环境污染问题[70]—[78]。

西德赞成发展超临界压力机组的一派也不是一味地盲目地肯定一切,而是主张在适当的情况下发展。如V..葛尔克说,斯陶丁格电站的27万千瓦机组,原来也是考虑采用亚临界压力参数(160公斤/厘米520520℃),但根据设备费用、投资费用和节约燃料等全面权衡下来,最后依然确定上超临界压力机组。采用的蒸汽参数为225公斤/厘米535535℃。

.米切尔认为,那怕对20万千瓦的小机组,当燃料费用为81012马克/兆卡,年固定资产费12.6%,折旧年限为20年时,采用300公斤/厘米525535565℃或250公斤/厘米525535565℃的蒸汽参数,年运行时间50003000小时,或56004000小时,通过试算表明,也比采用亚临界参数(180公斤/厘米540540℃)有利得多。


(5
)两次再热机组较多。如到1968年为止发展的26台机组中,两次再热机组占了9台,为总台数的34.6%,稍高于美国和日本两次再热机组的比率[79],[80]。

  图4-1 西德历年发电设备的装机容量

 

4-2 西德历年发电设备的发电量

 

4-3 西德、日本、苏联和美国装机容量的比率(以美国为标准100

4-4 西德、日本、苏联和美国发电量的比率(以美国为标准100