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燃煤发电是通过产生高温高压的水蒸气来推动汽轮机发电的,蒸汽的温度和压力越高,发电的效率就越高。在.15摄氏度、22.兆帕压力下,水蒸气的密度会增大到与液态水一样,这个条件叫做水的临界参数。比这还高的参数叫做超临界参数。温度和气压升高到摄氏度、25―28兆帕这样的区间,就进入了超超临界的“境界”。
目前,美国投运的超临界机组大约为台,其中燃煤机组占70%以上。
前苏联MW及以上容量机组全部采用超临界参数。至年已有近台超临界机组投入运行,全国35%电力由超临界机组供给。
日本的超临界机组共有多台,总容量为超过万千瓦,占火电机组容量的61%,45万千瓦及以上的机组全部采用超临界参数,而且在提高参数方面做了很多工作,最高压力为31MPa,最高温度已达到/°C。
丹麦史密斯公司研究开发的前2台超超临界机组,容量为MW,过热蒸汽出口压力为29MPa,二次中间再热、过热蒸汽和再热汽温为//℃,机组效率为47%,机组净效率达45%(采用海水冷却,汽轮机的背压为26kPa);后开发了参数为30.5MPa,/℃、容量为MW的超超临界机组,该机组采用一次中间再热,机组设计效率为49%。德国西门子公司20世纪末设计的超超临界机组,容量在~0MW范围内,蒸汽参数为27.5MPa,/℃,机组净效率在45%以上。
欧洲正在执行“先进煤粉电厂(℃)”的计划,即在未来的15年内开发出蒸汽温度高达℃的超超临界机组,主要目标有两个:使煤粉电厂净效率由47%提高到55%(采用低温海水冷却)或52%(对内陆地区和冷却塔);降低燃煤电厂的投资价格。
美国和日本也将蒸汽温度为℃的超超临界机组作为进一步的发展目标。可见,国际上超超临界机组的参数已经达到27~32Mpa左右,蒸汽温度为~℃,热效率可以达到42~45%。国外机组的可靠性数据,表明了超超临界机组可以同样实现高的可靠性。
我国石洞口二厂两台60万千瓦超临界机组的可用率就高达90%以上,高于其它一些同容量亚临界机组。从环保措施看,国外的超超临界机组都加装了锅炉尾部烟气脱硫、脱硝和高效除尘装置,可以实现较低的排放,满足严格的排放标准。例如日本的超超临界机组的排放指标可以达到SOmg/Nm3;NOx30mg/Nm3;粉尘5mg/Nm3。
可见,超超临界燃煤机组甚至可以与燃用天然气、石油等机组一样实现清洁的发电。目前中国有玉环电厂、外高桥三厂、宁海国华二期、北仑电厂三期、嘉兴电厂三期,以及漕泾电厂等多个2×0MW超超临界燃煤机组已建成或在建。MW和0MW超临界机组将成为我国今后10年内带电网基本负荷的主力发电机组。
据财联社消息,6月6日举行的“中国这十年”系列主题新闻发布会上,科技部重点提到了“超超临界高效发电技术”,表示其处于全球领先水平,供电煤耗远低于全国平均值,正在向全国推广。
超超临界发电技术核心优势在于低碳、高效、清洁及技术的继承性。当前中国发电用煤占煤炭产量的50%以上,预计在年将达到60%~70%。而我国电力行业排放SO2占全国排放总量的53%,NOx约60%来自于煤的燃烧。因此,研发超超临界发电技术对能源结构以煤为主的我国来说,具有十分重要的现实意义和广阔的应用前景。
凭借巨大的国内市场以及技术持续突破,当前我国℃超超临界发电建成机组居世界首位,在火电机组装机容量中占比已达到约45%。现状而言,目前我国超(超)临界机组规划安装主要位于新疆、山西、内蒙古等煤炭资源丰富地区,未来或成为环保要求更高的沿海省份的发展转型重点。
在超超临界发电最核心的抗高温合金材料上,我国已有较大突破,即将步入商用阶段。我国具有自主知识产权的先进马氏体耐热钢G,可以应用于℃超超临界二次再热机组锅炉高温受热面管道,也可应用于主汽和高温再热系统的大管道上。目前,G材料的强度试验已超过4万h,材料的焊接工艺评定已经完成,基本具备投入商用的条件。
展望后市,随着发电技术的进步,更高参数的℃、℃等级超超临界发电技术将成为下一代火力发电主力机组技术,但这也对材料提出了更苛刻的要求。目前日本、美国、欧盟等在℃超超临界发电技术的高温材料开发已取得突破性进展,而我国在先进材料环节仍较薄弱,进口依赖度超40%,未来进口替代空间广阔。
落脚到A股市场,随着超超临界发电技术在全国推广,在超超临界发电机组有布局的电力公司,以及在耐高温金属材料方面有突破的公司有望充分受益。
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