专题一火力发电技术发展趋势--宋长华

重庆电力高等专科学校专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华1动力工程系宋长华副教授专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华2一、火力发电概述1.1火力发电生产过程1.2世界电力工业的发展1.3我国电力工业概况专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华3主要内容一、火力发电概述二、火力发电技术的发展趋势提高超临界火电机组效率燃气－蒸汽联合循环发电技术多联产发电技术洁净煤燃烧发电技术燃煤磁流体发电技术空冷发电技术火电厂计算机控制技术三、新能源发电技术专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华41.1火力发电生产过程火力发电厂概念:就能量转换的形式而言，火力发电机组的作用是将燃料（煤、石油、天然气）的化学能经燃烧释放出热能，再进一步将热能转变为电能。火电厂外景其发电方式有:汽轮机发电、燃气轮机发电及内燃机发电三种。其中汽轮机发电所占比例最大，燃气轮机发电近年来有所发展，内燃机发电比例最小。火电厂(汽轮机)能量转换过程与三大主机作用如下：锅炉：燃料化学能→蒸汽热能汽轮机：蒸汽热能→机械能,外形图,结构图发电机：机械能→电能火力发电厂原理和生产过程示意图和火电厂分类（按蒸汽参数）专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华51.2世界电力工业的发展a)电力工业回顾b)发电量、发电装机容量及其地区分布c)用电量及其构成的变化d)世界电力发展概况和预测专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华690年代后，电力发展三个突出的动向世界发电量的年增长率趋缓，而一些发展中国家，特别是亚洲国家仍维持较高的电力增长速度；电力技术的发展向效率、环保的更高目标迈进；电业管理体制和经营方式发生变革，由垄断经营逐步转向市场开放。专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华71.3我国电力工业概况我国能源形势我国电力工业起源与发展我国电力工业与国外差距我国火电（集控室图）设备生产历程专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华8二、火力发电技术发展趋势2.1提高超临界火电机组效率2.1.1提高初参数，采用超超临界初参数的提高主要受金属材料在高温下性能是否稳定的限制，目前，超临界机组初温可达538℃～576℃。随着冶金技术的发展，耐高温性能材料的不断出现，初温可提高到600℃～700℃。如日本东芝公司1980年着手开发两台0型两段再热的700MW超超临界汽轮机，并相继于1989年和1990年投产，运行稳定，达到提高发电端热效率5％的预期目标，即发电端效率为41％，同时实现了在140分钟内启动的设计要求，且可在带10％额定负荷运行。在此基础上，该公司正推进1型（30．99MPa、593／593／593℃）、2型（34．52MPa、650／593／593℃）机组的实用化研究。据推算，超超临界机组的供电煤耗可降低到279g／kWh。专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华9超临界火电机组概况世界第一台125MW超临界机组于1959年4月在美国投运,至今已有近40年的历史，目前超临界机组最大单机容量为1300MW，在美国、日本及俄国，超临界机组占火电容量的50%以上。目前，国际上已经投运了单机在800MW以上火电机组的国家主要有美国、日本、原苏联和德国等。我国超临界机组现已投运或正在安装的有6000MW（有300MW、500MW及600MW机组共14台），大都是进口设备，最大单机容量为900MW。目前国内还不具备整套设计和制造超临界机组的能力。河南华能沁北电厂2×600MW工程作为国产超临界机组示范电站，主机招标锅炉由东方锅炉厂中标，汽轮发电机组由哈尔滨动力集团中标；发电机由上汽发电集团中标；该工程于2004年9月投产。上海外高桥电厂2×900MW机组于2004年5月投产.专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华10超临界机组发展世界第一台，1959年（美国），125MW，31MPa,621/566/566℃。目前单机容量最大（美国）1300MW，26.5MPa,538/538℃，共有六台，第一台1969投产。目前参数最高的是（美国西屋公司制造）325MW，34.3MPa,649/566/566℃，二次再热,1959年投产。欧洲几大发电集团正合作攻关蒸汽温度为700℃的燃煤机组.2015达到40MPa/700/720℃专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华11超临界、超超临界机组的特点机组热效率高(与同容量亚临界火电机组比较，超临界机组可提高效率2-2.5%，超超临界机组可提高效率约5%,供电煤耗可降低到279g/Kw.h)，可靠性好，环保指标先进；可复合变压运行，调峰性能好；（1）在低负荷时效率高；（2）具有良好的启动性能；（3）具有良好的负荷适应性。蒸汽压力高，蒸汽比容小，汽轮机叶片短，加之级问压差大，影响内效率，因而超临界及超超临界参数更适于大容量机组。专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华12超临界机组关键技术a)新钢种的研究开发新钢种的开发与应用；调峰运行问题；材料的研究与国产化。a)超临界压力锅炉的关键技术b)超临界压力汽轮机的关键技术c)其它关键技术汽水化学工况；辅助设备；自动控制技术；运行技术。专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华132.1.2采用高性能汽轮机汽轮机制造技术已很成熟，但仍有进一步提高其效率的空间，主要有以下三种途径：(1)首先是进一步增加末级叶片的环形排汽面积，从而达到减小排汽损失的目的。末级叶片的环形排汽面积取决于叶片高度，后者受制于材料的耐离心力强度。日本700MW机组已成功采用钛制1．016M的长叶片，它比目前通常采用的12Cr钢制的0．842M的叶片增加了离心力强度，排汽面积增加了40％，由于降低了排汽损失，效率提高1．6％。(2)其次是采用减少二次流损失的叶栅。叶栅汽道中的二次流会干扰工作的主汽流产生较大的能量损失，要进一步研制新型叶栅，以减少二次流损失。(3)最后是减少汽轮机内部漏汽损失。汽轮机隔板与轴间、动叶顶部与汽缸、动叶与隔板间均有一定间隙。这些部位均装有汽封，以减少漏汽损失。要研制新型汽封件以减少漏汽损失。专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华14建设有大容量火电机组群的大电厂世界上2000MW以上大型火电厂有82座，其中4000MW以上的5座，3001MW～4000MW的24座2501～3000MW的24座，2000～2500删的有29座。世界最大的燃褐煤和燃烟煤的火电厂分别是波兰的贝尔哈托夫电厂和南非的肯达尔电厂，最大的燃气和燃油电厂分别是俄罗斯的苏尔古特第二火电厂和日本鹿岛火电厂，其装机容量分别为4320MW／4116MW，4800MW和4400MW我国目前最大的火力发电厂———浙江北仑发电厂终于全面建成；该厂总装机容量达360万千瓦。（共6台600MW机组）专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华152.2燃气—蒸汽联合循环发电技术（CombinedCvcle，简称CC或GTCC）联合循环:就是把在中低温区工作的蒸汽轮机的朗肯（Rankine）循环和在高温区工作的燃气轮机的布雷登（Brayton）循环的叠置，组成一个总能系统循环，由于它有很高的燃气初温（1200℃～1500℃）和蒸汽作功后很低的终温（30～40℃），实现了热能的梯级利用，使总的循环效率很高。专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华162.2.1燃气—蒸汽联合循环的主要优点a)热效率高，目前为50%～55%，2000年以后渴望达到60%～61%；b)低污染，环保性能好；c)运行灵活，可靠性高，可日启停、调峰性能好；d)单位容量投资较低，简单燃气轮机每千瓦投资为l00～300美元／kW，汽轮发电机组为600～1000美元／kW，而联合循环发电机组为280～530美元／kW；e)标准的模块化设计，建设周期短，可分阶段建设，一年内即可发出60％～70％额定负荷；占地少，仅为PC＋FGD发电厂占地的1／3；f)节水，为同容量常规电站用水量的1／3；专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华172.2.2联合循环机组举例电站\项目燃机型号出力MW燃料供电效率%投运日期日本辅助Futtsu电站14×STAG109E2000LNG48.51985土耳其Ambarbi1350天然气52.51991韩国Seoinchon电站8×STAG107F1910天然气541992香港BlaokPoink电站8×PG9311FA拟扩到600天然气54（设计）52.9（当地）1996英国Didcot电站4×V94.31350天然气55.51996我国大陆以煤为主要发电一次能源，目前联合循环机组容量仅占全国发电容量的1．5％。专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华182.3多联产发电技术2.3.1热电联产指的是火电机组在发电的同时，用抽汽或背压机组的排汽进行供热，由于实现了热能的梯级利用，其总的能源利用率为70％～80％。如果联合循环机组用于热电联产，即高作功能力的燃气（1000℃以上）在燃气轮机中做功，其排气在余热锅炉中产生中等作功能力的蒸汽（500℃以上），驱动汽轮机继续做功，其低作功能力的抽汽或排汽用于工业或生活用汽用热，形成联合循环热电联产（图），其总的能源利用率可达80％～90％（理论极限为93％）。热电联产比热电分产可节约能源30％左右。我国有50万台工业锅炉，年耗煤4亿吨，平均容量2．28吨／时，如果其供热量的一半由热电联产供给，则年可节煤1．2亿吨。专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华192.3.2热、电、冷三联产热电冷三联产:指锅炉产生的蒸汽在背压汽轮机或抽汽汽轮机发电，其排汽或抽汽，除满足各种热负荷外，还可做吸收式制冷机的工作蒸汽，生产6～8℃冷水用于空调或工艺冷却.热电冷三联产的优点：（1）蒸汽不在降压或经减温减压后供热，而是先发电，然后用抽汽或排汽满足供热、制冷的需要，可提高能源利用率；（2）增大背压机负荷率，增加机组发电，减少冷凝损失，降低煤耗；（3）保证生产工艺，改善生活质量，减少从业人员，提高劳动生产率；代替数量大、型式多的分散空调，改善环境景观，避免“热岛”现象。专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华202.3.3热、电、煤气三联产煤中挥发份和部分固定碳受热后气化，产生城市煤气供万人城镇民用，焦碳送CFBC锅炉中燃烧产生蒸汽，用于热电联产。此外，在电厂中安装蓄热器回收排热或机组起停过程中排汽，可对热负荷移峰填谷；可增加尖峰发电力出力，提高能源利用率和机组稳定运行水平。还有一种双背压凝汽式汽轮发电机，是通过凝结水串联通过凝汽器的两个部分，形成两个不同的背压。由于改善了蒸汽热负荷的不均匀性，使其平均背压低于传统的单背压汽轮机的背压，可提高循环热效率。专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华212.3.4燃气轮机高效热力循环a)程式双流体热力循环（回注蒸汽的燃气轮机热力循环）指余热锅炉产生的过热蒸汽，与压气机来的高温高压空气一起进入燃烧室，燃料燃烧产生的燃气和被加热到燃气初温的蒸汽，一起进入燃气轮机中作功，形成燃气、蒸汽在同一台燃机中膨胀作功的双流体热力循环。该循环燃机功率增大，循环效率提高；对燃气叶片冷却效果好，没有蒸汽轮机系统，使系统简化；可降低NOx排放。专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华22b)湿空气透平（HAT）循环（蒸发-回热式双流体循环）指软化水经燃机排气加热后喷人压气机出口蒸发器中被高温高压空气蒸发，空气与水蒸汽混合物在回热器中被燃气排气加热后，供给燃烧室，产生的燃气、蒸汽混合物进入燃气轮机作功。由于燃机排气余热的充分利用，可大大提高循环效率；由于燃机工质流量增加，使机组功率也大大增加；由于没有了蒸汽轮机，使系统大为简化，造价仅为余热锅炉型联合循环的50％。如果把整体煤气化产生的煤气经净化后供燃烧室燃烧，就形成IGHAT循环，也大大简化系统，节约投资。专题一：火力发电技术发展趋势--宋长华232.4煤炭洁净燃烧发电技术火力发电发展至今，其一次能源仍以煤为主。如我国煤炭在一次能源的生产和消费中占了大头，同时煤电在电力装机总容量中占了75％.燃煤发电目前存在着两个突出的问题：一