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摘 要：随着对生态环境的日益重视，“节能减排”已经逐渐走进了人们的生活。火力发电厂作为碳排放大户，排碳量约占到全国总排放量的33%以上。因此，超（超）临界机组节能减排技术将是今后燃煤火电机组的装机主力。文章将结合多年从事电厂热机、环保技术的实践工作经验，阐述超（超）临界机组比亚临界机组具有的优势、超（超）临界机组能够采取的节能减排技术以及我国超（超）临界机组节能减排在设计方面的发展趋势。
关键词：超（超）临界；节能减排；电力设计
中图分类号：TG162.74 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）05-0120-02
超（超）临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果，我国将主要发展高效率高参数的超临界和超超临界火电机组。世界上超超临界机组发电热效率最高可达50%，供电煤耗远低于亚临界压力机组；采用低氮燃烧技术，可在燃烧过程中减少65%的氮氧化物及其它有害物质的形成，脱硫效率高于98%，大大提高机组节能降耗水平。为了减少二氧化硫、NOx等污染物的排放，目前各国都在争先研究更高参数的超超临界机组，努力研发节能减排技术，进一步提高机组热效率。我国提出2020年减排目标是单位GDP碳排放比2005年降40%～45%，发展超（超）临界机组刻不容缓。本文将详细阐述超（超）临界机组与亚临界机组的区别及优势、超（超）临界机组研制发展可能采取的节能减排设计技术以及超（超）临界机组节能减排设计的发展趋势。
1 超（超）临界机组与亚临界机组的比较及优势
①超（超）临界机组比亚临界机组二氧化碳排放量更少，能耗率更低。蒸汽参数很大程度上会影响火电厂的热效率，超临界机组相比同容量的亚临界机组在二氧化碳排放量方面会减少7%，煤耗降低3.8%；超超临界机组相比同容量的亚临界机组在二氧化碳排放量方面会减少10%，煤耗降低5.9%。其中，600 MW的超超临界机组发电煤耗为285 g/kW·h，供电煤耗为299 g/kW·h；600 MW的超临界机组发电煤耗为292 g/kW·h，供电煤耗为306 g/kW·h；而600 MW的亚临界机组发电煤耗达到每度301 g，供电煤耗达到318 g/kW·h。节能减排方面，超（超）临界机组比亚临界机组具有很大优势。
②超（超）临界机组比亚临界机组需要更高等级的金属材料，根据目前的市场价格，超（超）临界机组的锅炉造价比亚临界机组的锅炉造价会高出5%，加上一些汽轮机的价格变动，建设一个超（超）临界机组的投资费用大概会上涨2%左右。综合考虑电煤价格和超（超）临界机组供电效率高的因素，超（超）临界机组综合经济效益还是高于投资亚临界机组。
③超（超）临界机组的动态特征相比亚临界机组的动态特征要复杂的多。超（超）临界机组蓄质量、蓄热量相对较小，在外界存在较大的扰动影响时，会引起超（超）临界机组内部的温度波动，严重时会出现爆管现象；超（超）临界机组一般采用变压运行，使得该机组具有很强的变参数和非线性特性，较亚临界机组难以控制；超（超）临界机组一般采用直流锅炉，因为缺少汽包的缓和，像负载控制回路、气温以及给水之间都存在很强的非线性耦合。由于上述特点，目前一些超（超）临界机组采取了更多的高性能的自动控制系统。
④超（超）临界机组具有较好的负载调节能力。因为超（超）临界机组锅炉无汽包，因此变负荷性能较好，具有复合变压运行能力，可以适应电网调峰的要求。在低负荷时蒸汽比容大，运行良好，但要防止因为压力过低引起的流动不稳现象；在中间负荷范围内采取变压运行，可以保证较小的汽机热应力和较高的汽机内效率；在高负载运行时采用额定压力，这样就可以使机组具有良好的循环效率。因此超（超）临界机组就能无论在高负荷状态还是低负荷状态都能保持较高的效率。当然，若亚临界机组配备热工自动控制系统，也会具有较好的负载调节能力。
2 超（超）临界机组研制发展可能采取的节能、环保
设计技术
超（超）临界机组研制发展可能采取的节能技术包括：其一，采用低温高效烟气处理系统或者烟气余热回收技术，据相关实验验证，采用上述技术可以使煤耗降低1～3 g/kW·h；其二，将超（超）临界机组配套的磨煤机采用动态分离器，这样可以使锅炉的效率提高0.3%左右；其三，加大超（超）临界机组汽轮机排汽面积。例如600 MW超超临界机组汽轮机油两缸两排汽和三缸四排汽两种结构，背压相同情况下，前者比后者的排汽面积小约23%，机组煤耗值增加约0.75 g/kW·h；其四，降低超（超）临界机组排汽背压。相关资料显示，降低600 MW级超（超）临界汽轮机排汽背压0.5 kPa，热耗降低约65.3 kJ/kW·h，煤耗可以降低2 g/kW·h左右；其五，采用褐煤预干燥技术，可以再保证安全可靠的前提下，提高热效率，同时减小设备体积，国外相关的褐煤干燥技术的发展趋势可以围绕大型化干燥系统、水分蒸发废热循环利用等方面进行研究与应用；其六，相比与超临界机组，超超临界机组在提高电厂的热效率和降低煤耗等方面具有更大的优势。
超（超）临界机组研制发展可能采取的减排技术包括：其一，采用高效除尘器技术，目前常用的高效除尘器技术包括布袋除尘器、低温电除尘器、移动极板电除尘器和高效电除尘器。布袋除尘器作为一种全新的除尘技术，在国外已经广泛应用，其控制出口粉尘排放浓度约为10～20 mg/m3，除尘效率达到99.95%；移动极板电除尘器与相比传统的固定电机系统，耗电量更少，系统更加紧凑，且具有更加高效的收集高电阻率粉尘的功能，其工作原理主要是利用移动的收尘极板和旋转刷去除捕集的粉尘，并且可以防止电晕；高效电除尘器类型中，国内应用最为广泛的是双室五电厂静电除尘器，为了提高电除尘器的工作效率，目前一般采用数模流场优化、控制优化、高频电源优化等措施。其二，烟气脱硫技术，目前常用的烟气脱硫技术又可以分为活性焦干法烟气脱硫技术、烟气循环流化床半干法烟气脱硫技术和氨气、海水、石灰石等湿法烟气脱硫技术。活性焦干法烟气脱硫技术的脱硫效率可以达到95%，以理化吸收的原理进行可回收的干法烟气脱硫，其不仅能够脱硫和脱硝，还能够脱出其他有害物质，该技术常用于一些多煤少水的地区，因为该技术在脱硫、脱硝时几乎不耗水；烟气循环流化床半干法烟气脱硫技术，该技术相对比较成熟，脱硫率可以达到90%。其脱硫过程主要是在脱硫塔内进行，烟气进入化学反应液中，会与其中的钙离子发生反应，在蒸发过程中，烟气会不断的加热颗粒中的液相水分，相关颗粒会最终生成固体干态的脱硫灰渣。海水、石灰石等湿法烟气脱硫技术是目前可靠性最高并且脱硫效率最高的一门脱硫技术，国内有关专家讲吸收塔喷淋系统优化技术、双托盘等技术增加到海水、石灰石等湿法烟气脱硫技术中，进一步增强了其脱硫率。
3 我国超（超）临界机组节能环保设计的发展趋势
近年来，我国陆续在新疆、陕西、内蒙古等地区规划很多超（超）临界机组，上述地区煤炭资源丰富，但水资源严重不足。针对上述地区特有环境条件，将重点建设燃烟煤空冷机组、燃褐煤空冷机组和燃烟煤湿冷机组等，采用不同的设计集成技术，优化方案从而提高机组综合效率。
根据上文有关超（超）临界机组节能减排、环保设计技术分析，结合各地区分布特点，提出提高机组节能减排能力的建议：
①缺水地区最主要的特点就是煤多水少，煤质具有中低硫、高灰、高热值或者低硫、高灰、低热值的特点。针对上述特点可建设节水型高效烟气处理技术的超临界机组，采用循环流化床锅炉，布袋除烟气技术、烟气循环流化床半干法烟气脱硫技术、SCR脱硝技术的优化组合或者活性焦干法烟气脱硫技术、高效除尘器、SCR脱硝技术、低一氧化氮、二氧化氮燃烧器的优化组合。
②内陆偏远地区最主要的特点是远离国家能源中心，且煤质具有高硫、中等热值或者高硫、高灰、低热值的特点，可以采用燃低硫煤、高灰份的超临界机组。具体可以采用循环流化床锅炉，布袋除尘器、烟气循环流化床半干法烟气脱硫技术的优化组合，或者湿法烟气脱硫技术、布袋除尘器或者移动板极电除尘器或者高效电除尘器、SCR脱硝技术、低一氧化氮、二氧化氮燃烧器的优化组合。
③沿海地区最主要的特点是环保标准相对较高，且煤质具有低硫、低灰、高热值的特点，且燃煤主要靠进口。针对上述特点可以采用超超临界机组。具体可以采用湿法烟气脱硫技术、布袋除尘器或者移动板极电除尘器、低温电除尘器、高效电除尘器、SCR脱硝技术、低一氧化氮、二氧化氮燃烧器的优化组合。
4 结 语
通过上文分析可知，超（超）临界机组节能减排技术是未来几年的发展重点，针对不同的地区，采用不同的技术优化组合，才能真正达到机组节能减排的目的。
参考文献：
[1] 王学根.600MW超临界燃煤发动机组节能降耗实践[J].节能减排，2012，（3）.
[2] 王宁玲.600MW火电机组节能降耗分析与优化措施[J].中国电力，2009，（9）.
[3] 边小君.超临界机组的发展与应用[J].浙江电力，2003，（2）.
关键词：超（超）临界；节能减排；电力设计
中图分类号：TG162.74 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）05-0120-02
超（超）临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果，我国将主要发展高效率高参数的超临界和超超临界火电机组。世界上超超临界机组发电热效率最高可达50%，供电煤耗远低于亚临界压力机组；采用低氮燃烧技术，可在燃烧过程中减少65%的氮氧化物及其它有害物质的形成，脱硫效率高于98%，大大提高机组节能降耗水平。为了减少二氧化硫、NOx等污染物的排放，目前各国都在争先研究更高参数的超超临界机组，努力研发节能减排技术，进一步提高机组热效率。我国提出2020年减排目标是单位GDP碳排放比2005年降40%～45%，发展超（超）临界机组刻不容缓。本文将详细阐述超（超）临界机组与亚临界机组的区别及优势、超（超）临界机组研制发展可能采取的节能减排设计技术以及超（超）临界机组节能减排设计的发展趋势。
1 超（超）临界机组与亚临界机组的比较及优势
①超（超）临界机组比亚临界机组二氧化碳排放量更少，能耗率更低。蒸汽参数很大程度上会影响火电厂的热效率，超临界机组相比同容量的亚临界机组在二氧化碳排放量方面会减少7%，煤耗降低3.8%；超超临界机组相比同容量的亚临界机组在二氧化碳排放量方面会减少10%，煤耗降低5.9%。其中，600 MW的超超临界机组发电煤耗为285 g/kW·h，供电煤耗为299 g/kW·h；600 MW的超临界机组发电煤耗为292 g/kW·h，供电煤耗为306 g/kW·h；而600 MW的亚临界机组发电煤耗达到每度301 g，供电煤耗达到318 g/kW·h。节能减排方面，超（超）临界机组比亚临界机组具有很大优势。
②超（超）临界机组比亚临界机组需要更高等级的金属材料，根据目前的市场价格，超（超）临界机组的锅炉造价比亚临界机组的锅炉造价会高出5%，加上一些汽轮机的价格变动，建设一个超（超）临界机组的投资费用大概会上涨2%左右。综合考虑电煤价格和超（超）临界机组供电效率高的因素，超（超）临界机组综合经济效益还是高于投资亚临界机组。
③超（超）临界机组的动态特征相比亚临界机组的动态特征要复杂的多。超（超）临界机组蓄质量、蓄热量相对较小，在外界存在较大的扰动影响时，会引起超（超）临界机组内部的温度波动，严重时会出现爆管现象；超（超）临界机组一般采用变压运行，使得该机组具有很强的变参数和非线性特性，较亚临界机组难以控制；超（超）临界机组一般采用直流锅炉，因为缺少汽包的缓和，像负载控制回路、气温以及给水之间都存在很强的非线性耦合。由于上述特点，目前一些超（超）临界机组采取了更多的高性能的自动控制系统。
④超（超）临界机组具有较好的负载调节能力。因为超（超）临界机组锅炉无汽包，因此变负荷性能较好，具有复合变压运行能力，可以适应电网调峰的要求。在低负荷时蒸汽比容大，运行良好，但要防止因为压力过低引起的流动不稳现象；在中间负荷范围内采取变压运行，可以保证较小的汽机热应力和较高的汽机内效率；在高负载运行时采用额定压力，这样就可以使机组具有良好的循环效率。因此超（超）临界机组就能无论在高负荷状态还是低负荷状态都能保持较高的效率。当然，若亚临界机组配备热工自动控制系统，也会具有较好的负载调节能力。
2 超（超）临界机组研制发展可能采取的节能、环保
设计技术
超（超）临界机组研制发展可能采取的节能技术包括：其一，采用低温高效烟气处理系统或者烟气余热回收技术，据相关实验验证，采用上述技术可以使煤耗降低1～3 g/kW·h；其二，将超（超）临界机组配套的磨煤机采用动态分离器，这样可以使锅炉的效率提高0.3%左右；其三，加大超（超）临界机组汽轮机排汽面积。例如600 MW超超临界机组汽轮机油两缸两排汽和三缸四排汽两种结构，背压相同情况下，前者比后者的排汽面积小约23%，机组煤耗值增加约0.75 g/kW·h；其四，降低超（超）临界机组排汽背压。相关资料显示，降低600 MW级超（超）临界汽轮机排汽背压0.5 kPa，热耗降低约65.3 kJ/kW·h，煤耗可以降低2 g/kW·h左右；其五，采用褐煤预干燥技术，可以再保证安全可靠的前提下，提高热效率，同时减小设备体积，国外相关的褐煤干燥技术的发展趋势可以围绕大型化干燥系统、水分蒸发废热循环利用等方面进行研究与应用；其六，相比与超临界机组，超超临界机组在提高电厂的热效率和降低煤耗等方面具有更大的优势。
超（超）临界机组研制发展可能采取的减排技术包括：其一，采用高效除尘器技术，目前常用的高效除尘器技术包括布袋除尘器、低温电除尘器、移动极板电除尘器和高效电除尘器。布袋除尘器作为一种全新的除尘技术，在国外已经广泛应用，其控制出口粉尘排放浓度约为10～20 mg/m3，除尘效率达到99.95%；移动极板电除尘器与相比传统的固定电机系统，耗电量更少，系统更加紧凑，且具有更加高效的收集高电阻率粉尘的功能，其工作原理主要是利用移动的收尘极板和旋转刷去除捕集的粉尘，并且可以防止电晕；高效电除尘器类型中，国内应用最为广泛的是双室五电厂静电除尘器，为了提高电除尘器的工作效率，目前一般采用数模流场优化、控制优化、高频电源优化等措施。其二，烟气脱硫技术，目前常用的烟气脱硫技术又可以分为活性焦干法烟气脱硫技术、烟气循环流化床半干法烟气脱硫技术和氨气、海水、石灰石等湿法烟气脱硫技术。活性焦干法烟气脱硫技术的脱硫效率可以达到95%，以理化吸收的原理进行可回收的干法烟气脱硫，其不仅能够脱硫和脱硝，还能够脱出其他有害物质，该技术常用于一些多煤少水的地区，因为该技术在脱硫、脱硝时几乎不耗水；烟气循环流化床半干法烟气脱硫技术，该技术相对比较成熟，脱硫率可以达到90%。其脱硫过程主要是在脱硫塔内进行，烟气进入化学反应液中，会与其中的钙离子发生反应，在蒸发过程中，烟气会不断的加热颗粒中的液相水分，相关颗粒会最终生成固体干态的脱硫灰渣。海水、石灰石等湿法烟气脱硫技术是目前可靠性最高并且脱硫效率最高的一门脱硫技术，国内有关专家讲吸收塔喷淋系统优化技术、双托盘等技术增加到海水、石灰石等湿法烟气脱硫技术中，进一步增强了其脱硫率。
3 我国超（超）临界机组节能环保设计的发展趋势
近年来，我国陆续在新疆、陕西、内蒙古等地区规划很多超（超）临界机组，上述地区煤炭资源丰富，但水资源严重不足。针对上述地区特有环境条件，将重点建设燃烟煤空冷机组、燃褐煤空冷机组和燃烟煤湿冷机组等，采用不同的设计集成技术，优化方案从而提高机组综合效率。
根据上文有关超（超）临界机组节能减排、环保设计技术分析，结合各地区分布特点，提出提高机组节能减排能力的建议：
①缺水地区最主要的特点就是煤多水少，煤质具有中低硫、高灰、高热值或者低硫、高灰、低热值的特点。针对上述特点可建设节水型高效烟气处理技术的超临界机组，采用循环流化床锅炉，布袋除烟气技术、烟气循环流化床半干法烟气脱硫技术、SCR脱硝技术的优化组合或者活性焦干法烟气脱硫技术、高效除尘器、SCR脱硝技术、低一氧化氮、二氧化氮燃烧器的优化组合。
②内陆偏远地区最主要的特点是远离国家能源中心，且煤质具有高硫、中等热值或者高硫、高灰、低热值的特点，可以采用燃低硫煤、高灰份的超临界机组。具体可以采用循环流化床锅炉，布袋除尘器、烟气循环流化床半干法烟气脱硫技术的优化组合，或者湿法烟气脱硫技术、布袋除尘器或者移动板极电除尘器或者高效电除尘器、SCR脱硝技术、低一氧化氮、二氧化氮燃烧器的优化组合。
③沿海地区最主要的特点是环保标准相对较高，且煤质具有低硫、低灰、高热值的特点，且燃煤主要靠进口。针对上述特点可以采用超超临界机组。具体可以采用湿法烟气脱硫技术、布袋除尘器或者移动板极电除尘器、低温电除尘器、高效电除尘器、SCR脱硝技术、低一氧化氮、二氧化氮燃烧器的优化组合。
4 结 语
通过上文分析可知，超（超）临界机组节能减排技术是未来几年的发展重点，针对不同的地区，采用不同的技术优化组合，才能真正达到机组节能减排的目的。
参考文献：
[1] 王学根.600MW超临界燃煤发动机组节能降耗实践[J].节能减排，2012，（3）.
[2] 王宁玲.600MW火电机组节能降耗分析与优化措施[J].中国电力，2009，（9）.
[3] 边小君.超临界机组的发展与应用[J].浙江电力，2003，（2）.