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xx电力集团公司
超超临界机组设备选型对经济性影响专题研究

超超临界机组主机设备选型研究

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超超临界机组主机设备选型研究

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超超临界机组主机设备选型研究
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目 录
1前言 1
2超超临界机组发展情况 2
2.1总述 2
2.2美国大容量超(超)临界发电机组的发展现状及趋势 3
2.3日本大容量超超临界发电机组的发展现状及趋势 5
2.4欧洲大容量超超临界发电机组的发展现状及趋势 8
2.5 我国大容量超超临界发电机组的发展现状及趋势 10
2.6 超超临界机组二次再热机组发展情况 12
3.国内超超临界机组特点 16
3.1锅炉部分 17
3.2汽机部分 21
4 国内超超临界机组工程实施情况 33
4.1国内1000MM等级超超临界机组工程实施情况 33
4.2国内600MM等级超超临界机组工程实施情况 34
7.二次再热机组 51
7.1二次再热技术 51
7.2我国二次再热技术的发展及应用 52
8.超超临界机组主机技术分析论证 57
8.1锅炉主要技术条件分析论证 57
8.2汽轮机主要技术条件分析论证 101
8.3发电机主要技术条件分析论证 110
9机、炉、电容量及参数匹配 118
9.1锅炉和汽轮机主蒸汽、再热蒸汽参数匹配关系分析论证 118
9.2锅炉BMCR与汽机VWO之间的容量匹配关系 126
9.3机、炉、电参数及容量匹配原则 127
10.主机主要技术条件的选择总结 129
10.1锅炉主要技术条件 129
10.2汽机主要技术条件 130
10.3 汽轮发电机主要技术条件 132

2013年11月

【内容摘要】 根据xx电力集团公司《设备选型对超超临界机组经济性的影响研究》提纲的要求，对国内外超超临界燃煤机组主机设备的应用业绩、运行性能指标、性能考核试验、投运后存在的问题等方面进行深入广泛地收资调研、对比分析、总结出各种主机设备配置方案及设计和实际运行的差异，提炼出满足电力集团绿色电站设计导则主机设备选型的建议。
1.前言
主机选型分析中，一方面考虑机组的参数优化，在材料和运行许可的范围内达到优异的热耗经济指标；另一方面，结合目前国内主机厂的设备引进、消化、制造、投运、煤种适应性、以及投资等方面的实际情况，选用指标先进、电厂全寿命周期综合收益性最优、可靠性高的机组。
1 本专题研究超超临界机组主机主要技术条件，包括炉型选择分析、主机设备参数选择及匹配原则等内容进行了全面的技术分析论证，重点对机炉匹配，机组功率，汽机进汽初参数，以及工况选择进行了详细分析；研究超超临界机组主机设备选型对机组经济性的影响，将涉及超超临界燃煤发电机组设备设计及制造、工程设计、运行等方面内容。通过本课题的研究，将为电力集团公司超超临界燃煤机组建设设备选型及系统优化设计提供指导性的参考意见，为在役机组节能技术改造提供依据。同时通过本课题研究成果的应用，进一步提高新建机组的经济性、可靠性。

2. 超超临界机组发展情况
2.1总述
蒸汽动力装置的发展一直是沿着提高参数和发展大容量机组相结合的方向前进，提高蒸汽参数与发展大容量机组相结合是提高常规火电厂效率及降低单位容量造价最有效的途径。
火电机组的发展经历了由低压机组、高压机组、超高压机组、亚临界机组、超临界机组到超超临界机组的历程，单机容量已发展到超过1000MW。
世界上超(超)临界发电技术的发展过程大致可以分成三个阶段：
第一个阶段，从上个世纪50年代开始，以美国和德国等为代表。当时的起步参数就是超超临界参数，但随后由于电厂可靠性的问题，在经历了初期超超临界参数后，从60年代后期开始，美国超临界机组大规模发展时期所采用的参数均降低到常规超临界参数。直至80年代，美国超临界机组的参数基本稳定在这个水平。
第二个阶段，大约是从上个世纪80年代初期开始。由于材料技术的发展，尤其是锅炉和汽轮机材料性能的大幅度改进，及对电厂水化学方面的认识的深入，克服了早期超临界机组所遇到的可靠性问题。同时，美国对已投运的机组进行了大规模的优化及改造，可靠性和可用率指标已经达到甚至超过了相应的亚临界机组。通过改造实践，形成了新的结构和新的设计方法，大大提高了机组的经济性、可靠性、运行灵活性。其间，美国又将超临界技术转让给日本(GE向东芝、日立，西屋向三菱)，联合进行了一系列新超临界电厂的开发设计。这样，超临界机组的市场逐步转移到了欧洲及日本，涌现出了一批新的超临界机组。
第三个阶段，大约是从20世纪九十年代开始进入了新一轮的发展阶段。这也是世界上超超临界机组快速发展的阶段，即在保证机组高可靠性、高可用率的前提下采用更高的蒸汽温度和压力。其主要原因在于国际上环保要求日益严格，同时新材料的开发成功和和常规超临界技术的成熟也为超超临界机组的发展提供了条件。主要以日本(三菱、东芝、日立)、欧洲(西门子、阿尔斯通)的技术为主。
据统计，目前全世界(除xx外)已投入运行的超临界及以上参数的发电机组大约有600多台。其中在美国有170多台，日本和欧洲各约60台，俄罗斯及原东欧国家280余台。目前发展超超临界技术领先的国家主要是日本、德国等。世界范围内(除xx外)属于超超临界参数的机组大约有60余台。
在xx超超临界技术的应用起步较晚，但发展速度迅猛。据不完全统计，自2007年以来xx订货的1000MW 超超临界机组已超过100台，至2013年1月底已建成投产53台。xx已是世界上1000MW超超临界机组发展最快、数量最多、容量最大和运行性能最先进的国家之一。
为进一步降低能耗和减少污染物排放，改善环境，在材料工业发展的支持下，各国的超（超）临界机组都在朝着更高参数的技术方向发展。
2.2美国大容量超(超)临界发电机组的发展现状及趋势
2.2.1 发展现状
上世纪90年代以来，美国高效火电机组的发展较为缓慢。现在美国没有任何投运的超过600℃的超超临界机组，唯一的AEP Turk电厂 25MPa/601/610℃ 超超临界机组正在建造。目前美国拥有9台世界上单机容量最大的1300MW超临界双轴机组，见表2-1。这些机组均为上世纪70年代至90年代初投入运行的，虽然机组容量为目前世界最大，但是技术水平与目前世界先进的高效火电水平有较大差距。

表2-1 美国现役单机容量最大的1300MW超临界双轴机组
电站
锅炉
制造商
锅炉蒸发量
(t/h)
汽机
制造商
运行方式
主汽压力(MPa)
主/再汽温(℃)
投运时间
Cumberland 1#
B&W
4535
ABB
定压
24.2
538/538
1972
Cumberland 2#
B&W
4535
ABB
定压
24.2
538/538
1973
Amos 3#
B&W
4433
ABB
定压
24.2
538/538
1973.10
Gavin 1#
B&W
4433
ABB
定压
24.2
538/538
1974
Gavin 2#
B&W
4433
ABB
定压
24.2
538/538
1975
Mountaineer 1#
B&W
4433
ABB
定压
24.2
538/538
1980.9
Rockport 1#
B&W
4433
ABB
定压
24.2
538/538
1984
Rockport 2#
B&W
4433
ABB
定压
24.2
538/538
1989
Zimmer
B&W
4433
ABB
定压
25.4
538/538
1991.03

2.2.2 发展趋势
美国发电机组的技术发展重点在于燃煤电厂燃料利用率和环境指数的提高。1999年美国能源部(DOE)提出了火电新技术发展的Vision21计划。Vision21 计划包括目前正在发展的低污染燃烧技术，煤气化技术，高效率炉膛和换热器技术，先进燃气轮机，燃料合成技术，超临界和系统合成技术。Vision 21 计划的目标见表2-2。
表2-2 Vision 21 计划的目标
项 目
内 容
效率
煤炭作为基本燃料的机组效率为55～60%(HHV);天然气作为基本燃料的机组效率为75%(LHV)
效率
热/电联产的效率为85%以上
燃料利用率
从煤炭中生产氢气或液态燃料的电站燃料利用率为75%
环境影响
氮、硫氧化物，微粒的排放接近于零；二氧化碳的排放减少40-50%，如果配备碳捕捉装置的话，二氧化碳的排放为零。

美国能源部希望通过Vision 21 计划美国可以制造运行温度达到760°C的锅炉钢管和各种部件；如果工程需要，也将规划制造运行温度为871°C的超级合金钢。当今典型燃煤电站的效率为35%，如果开发耐高温材料获得成功，美国能源部希望将效率提高到52-55%。效率的提高将减少大约30%的二氧化碳和其它污染物排放。
该计划的核心是5个方面：
(1) 选定在指定热效率和运行温度的热电厂中使用的材料。
(2) 确定制造运行温度为760°C的锅炉钢管的工厂制造方法、流程、以及喷涂工艺。
(3) 通过ASME的认证。
(4) 确定运行蒸汽参数为35MPa/760℃/760℃/760℃的大容量两次再热超超临界火电机组的设计和运行难点。
(5) 促进新管材技术的商业化开发和应用。
2.3日本大容量超超临界发电机组的发展现状及趋势
2.3.1 发展现状
20世纪80年代初，日本启动了超超临界发电技术的研究计划，由电源开发公司(EPDC)领衔，钢铁、锅炉、汽轮机制造厂和研究机构参加。由于日本当时已经开发出一系列的(9～12)%Cr铁素体耐热钢和奥氏体耐热钢，其蠕变强度和耐腐蚀性能都很好，因此，对USC机组的研究主要集中于这些耐热材料在现场应用中的性能数据和可靠性方面。
日本投运容量1000MW以上的超超临界机组9台，其中7台双轴机组，2台单轴机组，见表2-3。80年代末，90年代初日本投运的川越电厂二次再热机组参数见表2-4。
2.3.2 发展趋势
1997年起，日本国立金属研究所(NRIM)启动了一项用于35MPa/650℃参数级别的USC机组大直径管道和联箱的高级铁素体耐热钢的研究计划。目前日本还在进行所谓的“新阳光(NewSunshine)”的发电技术研究计划，建立运行温度为700℃的发电机组。该项目由日本电力公司(即以前的电源开发公司)牵头，得到了日本通产省的大力支持，目前正对所需材料进行研究。
日本 A-USC（700℃超超临界）计划是日本政府2008年提出的“COOL Earth Program”的一部分，A-USC超超临界计划的分步走方案见表2-5。
Ø 计划时间：9年，2008-2016
Ø 计划组织：由日本政府经济贸易和工业部（ METI）主持，下列成员参加：三菱、石川岛播磨、日立Babcock 、日立公司、住友金属、富士电气等公司；
Ø 日本A-USC的发展技术路线：
（1）总的参数目标为700℃/720℃、700℃/750℃ 以及将来800℃，采用二次再热方案；
（2）改造现有大量超临界机组，提出25MPa不变，仅仅采取700℃的一次再热USC+A-USC方案
Ø 日本700℃超超临界机组的计划目标：
发电效率：48%; 净效率：46%
Ø 日本A-USC示范厂工程， 包括容量、参数、地点和时间表现在还未最后确定。
Ø 计划分工：
（1）阀门——日立、三菱、东芝和福士；
（2) 锅炉—Babcock、IHI、三菱、国家材料 研究中心等；
（3）汽轮机——日立、三菱、东芝
Ø 计划内容：
A-USC示范厂的概念设计：2008-2011
 锅炉材料研发：
（1）大型厚壁管件： 2008-2012
（2）长期蠕变强度试验： 2008-2016
（3）高等级材料的制造工艺（焊接、锻铸和弯管）:2008-2012
（4）高温阀门: 2008-2012
蒸汽轮机材料的研发：
（1）材料、转子等: 2008-2012
（2）高温汽机材料蠕变断裂试验:2008- 2016
 实际锅炉的部件挂炉试验: 2010-2016
表2-3 日本投运的1000MW以上的超超临界机组
电厂/
机组号
电力
公司
容量
(MW)
蒸汽参数
(MPa/℃/℃)
制造厂
(炉/机)
汽轮机
型式
转速
(r/min)
投运
时间
原町1号
Haramachi
Tohoku
1000
25/566/593
三菱/东芝
双轴/四缸四排汽
3000/1500
1997/ 7
三隅 1号
Misumi
Chugoku
1000
25/600/600
三菱/三菱
双轴/四缸四排汽
3600/1800
1998/ 6
原町2号
Haramachi
Tohoku
1000
25/600/600
日立BHK/日立
双轴/四缸四排汽
3000/1500
1998/ 7
松浦 2号
Matsuura
EPDC
1000
24.6/593/593
日立BHK/三菱
双轴/四缸四排汽
3600/1800
1999/ 7
橘湾 1号
Tachibana-wan
EPDC
1050
25/600/610
IHI/东芝
双轴/四缸四排汽
3600/1800
2000/7
橘湾 2号
Tachibana-wan
EPDC
1050
25/600/610
日立BHK/三菱
双轴/四缸四排汽
3600/1800
2001/1
碧南 4号
Hekinann
Chubu
1000
24.6/566/593
IHI/东芝
单轴/四缸四排汽
3600
2001/11
碧南 5号
Hekinann
Chubu
1000
24.6/566/593
IHI/东芝
单轴/四缸四排汽
3600
2002/11
常陆那珂1号
Hitachi- naka
Tokyo
1000
24.5/600/600
日立BHK/日立
双轴/四缸四排汽
3000/1500
2003/12
表2-4 日本川越电厂二次再热机组参数
机组
出力MW
燃料
主汽压力MPa
蒸汽温度℃
投运时间
川越电厂#1
700
天然气
31.0
566/566/566
1989
川越电厂#1
700
天然气
31.0
566/566/566
1989
表2-5 A-USC计划方案
项目
压力/过热/再热汽温
MPa/℃/℃
净热效率
%
热耗率
超临界
24.2/566/566
基准41.5
基准
600℃超超临界
25/600/600
42.2
-1.66%
700/℃超超临界
（A-USC）
24.2/610/720
43.4
-4.6%
25/700/720
44.3
-6.7%
35/700/720/720
>46
-10.8%

2.4欧洲大容量超超临界发电机组的发展现状及趋势
2.4.1 发展现状
欧洲已投运容量1000MW以上的超超临界机组一台，是NIEDERAUSSEM-#K，为单轴机组，见表2-6。此机组为德国实施火电优化设计计划(简称“BoA”计划)第一期的依托工程。
表2-6 欧洲已投运的1000MW超超临界机组
国家
电厂名称
机组容量MW
投产日期
主汽压力 MPa
主/再热汽温℃
德国
NIEDERAUSSEM-#K
1025
2002
26.5
576/599

在总结吸收NIEDERAUSSEM-#K机组的经验基础上，进行了进一步的改进和优化，第二期“BoA”计划的依托工程为Neurath #F，G机组，容量增加到1100MW，主蒸汽和再热蒸汽参数提高到600℃和605℃，电厂供电效率达到43％，更低的污染物排放。同时，新建机组开始实施在现有材料基础上，主蒸汽压力进一步提高，再热蒸汽温度提升到620℃的方案。
另外丹麦的Nordjylland电厂＃3机组虽然机组容量不大，但是采用了两次再热，深海水冷却等技术，是目前世界上机组效率最高的燃煤电厂之一。
据不完全统计2005年后欧洲开工建设的1000MW以上机组有7台，其中，3台机组的再热汽温提高为619℃，1台机组的再热汽温提高为620℃，见表2-7。
表2-7 欧洲正在建设的1000MW及以上超超临界机组
国家
电厂名称
机组容量MW
投产日期
主汽压力MPa
主/再热汽温
℃
德国
Neurath #F
1100
2011
26.0
600/605
德国
Neurath #G
1100
2011
26.0
600/605
德国
Datteln ＃4
1100
2011
27.5
596/619
德国
Staudinger #6
1100
2012
27.5
598/619
德国
Karlsruhe＃8
912MW＋220MW供热

27.5
600/620
荷兰
Maasvlakle＃3
1113
2012
27.5
596/619
英国
Ratcliffe
2×1000
2013

2.4.2 发展趋势
欧洲于1998年1月启动“AD700”先进超超临界发电计划，欧洲“AD700”的目标是使下一代超超临界机组的蒸汽参数达到35MPa/700℃/720℃(二次再热)，从而发电效率可达50%以上(海水冷却方式50.5%，内陆地区和冷却塔方式49.5%)，使温室气体CO2的排放降低15%，并降低燃煤电厂投资。该计划原预期在2018年完成。
欧洲发电集团E.ON计划投资10 多亿欧元在德国西北部的Wilhelmshaven 建设1台550MW示范火电机组，为进一步降低技术风险，起步为一次再热路线，主蒸汽温度为700℃，压力为35MPa，再热热段蒸汽温度为720℃，压力为7MPa。待该示范工程高温耐热钢应用成功后，再进一步发展二次再热提高发电效率。
从世界范围上来看(见图2-1)，欧洲、美国和日本先后启动蒸汽温度达到700℃以上的先进超超临界发电技术研究计划，为下一代火电装备的更新提供技术，以进一步降低机组的煤耗，减少温室气体和其它污染物排放。国外高效超超临界发展和研发计划汇总表见图2-1。

图2-1 欧洲、美国和日本高效超超临界发展的研发计划汇总表

2.5 我国大容量超超临界发电机组的发展现状及趋势
2.5.1 发展现状
国家“十五”863项目“超超临界燃煤发电技术”极大促进了我国600℃/600℃一次再热超超临界机组的引进和消化吸收， 国内主机厂通过不同的合作方式引进、消化并吸收国外技术支持方技术，逐步实现了国产化。
我国东方电气集团、哈电集团现有超超临界机组汽轮机进口参数为25 MPa、600/600 ℃， 相应锅炉的设计参数为26.25 MPa、605/603 ℃。上海电气集团超超临界机组汽轮机进口参数选用26.25~27 MPa、600/600℃的方案， 相配套的锅炉其主汽压力约27.5~28.35 MPa。国产1000MW超超临界锅炉和汽轮机数据见表2-8，表2-9。
表2-8 国内制造的660/1000MW超超临界锅炉的炉型
项 目
哈锅
上锅
上锅
东锅、北京巴威
锅炉炉型
П型
П型
塔式炉
П型炉
燃烧方式
单炉膛八角切圆燃烧
单炉膛八角切圆燃烧
单炉膛四角切圆燃烧
单炉膛前后墙对冲燃烧
技术来源
CE-MHI
ALSTOM(CE)
ALSTOM( EVT)
Babcok

表2-9 国内制造的1000MW超超临界汽轮机参数
项 目
哈尔滨汽轮机厂
上海汽轮机厂
东方汽轮机厂
进汽参数
25MPa，600/600℃
26.25~27MPa，600/600℃
25MPa，600/600℃
型式
冲动式，四缸四排汽
反动式，四缸四排汽
冲动式，四缸四排汽
转子支承方式
双支承(共8 个)
N + 1 支承(共5 个)
双支承(共8 个)
技术支持/
技术来源
日本东芝
德国西门子/
西门子“HMN”型
日本日立/
GE技术

xx已是世界上660MW、1000MW超超临界机组发展最快、数量最多、容量最大和运行性能最先进的国家，我国25~27MPa，600℃/600℃等级一次再热超超临界发电技术已经逐步成熟。目前，我国1000MW超超临界机组的最高发电效率达到45％，发电煤耗达到268g/kwh，处于世界先进水平之列。
2.5.2 我国的发展趋势
随着我国经济的高速增长，我国能源和资源短缺、环境不断恶化等方面的制约因素逐步体现出来。为了应对全球气候变化，我国提出了2020年非化石能源消费比重达到15％左右及2020年单位GDP的二氧化碳排放强度比2005年下降40％－45％的目标，以发展低碳经济，实现经济的可持续发展。
煤炭是我国的主要能源，我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国。我国的能源结构中煤炭作为我国的能源消费的主力在今后几十年中不会产生大的变化。2009年我国共消费30.02吨原煤，其中53％用于火力发电。
为进一步降低能耗和减少污染物排放，改善环境，在材料工业发展的支持下，常规火电技术中的超超临界机组正朝着更高参数的超超临界的技术方向发展。
因此，提高火电厂的发电效率，减少发电煤耗，是从源头上降低烟气污染物和二氧化碳排放的有效手段，是世界上高效清洁燃煤发电的发展方向。我国于2011年6月24日正式启动700℃超超临界燃煤发电技术研发计划，同日召开了国家700℃超超临界燃煤发电技术创新联盟第一次理事会和技术委员会会议。700℃超超临界燃煤发电技术创新联盟的宗旨是，通过对700℃超超临界燃煤发电技术的研究，有效整合各方资源，共同攻克技术难题，提高xx超超临界机组的技术水平，实现700℃超超临界燃煤发电技术的自主化，带动国内相关产业的发展，为电力行业的节能减排开辟新路径。
分析国内外正在进行的700℃计划，其核心为开发选择耐热钢材料，以设备产业化为目标，并制定完整、系统、长期的开发计划。700℃火电机组的实施首先需要开发出能够承受700℃蒸汽温度的锅炉受热面材料、主蒸汽和再热蒸汽热段管道材料、汽轮机叶片材料、汽轮机转子和汽缸材料、以及高温蒸汽阀门材料，并使采用这些材料的主机和主要管道、阀门在寿命和成本上能够满足商业机组的要求。
研发适用于700℃机组的材料是世界性的难题。欧盟原定的研发周期为18年，在研发过程中由于Ni基耐热钢材料在挂炉试验中出现裂纹，因此该计划已向后拖延至少5年。而我国目前对这些合金的实验室研究、商业化生产和工程化应用的研发工作还刚刚起步。
然而，我国能源消耗的现状及环境保护承受的巨大压力，促使我国应尽快开发成熟的、更高效率的清洁燃烧的火电机组，以便在700℃技术成熟之前建造比现有超超临界机组效率大幅提高，污染物和二氧化碳排放大幅降低的超超临界火电机组。

2.6 超超临界机组二次再热机组发展情况
2.6.1二次再热技术及发展
为了提高大容量机组的经济性，通常采用中间再热的办法提高热力循环的平均吸热温度，降低热耗。采用中间再热，还可以减小低压缸末级的排汽湿度，提高汽轮机效率和延长末级叶片寿命。目前国内外投运的超临界或超超临界机组均采用中间再热，通常再热温度与蒸汽初温选在同一水平，在中压缸进汽压力较低的情况下，为了降低排汽湿度，也有将再热温度提高到高于初温水平的情况。

再热可以提高热力循环的效率。理论上再热级数多则热力循环效率高，二次再热可以达到比一次再热更高的热力循环效率。二次再热并不是新的技术，采用二次再热循环能比一次再热更能提高机组的热力性能，但同时必须评估由于锅炉受热面、蒸汽管道的增加以及汽轮机的设备复杂性和材料价格而引起的电厂造价的增加。如果燃料价格较低，热效率提高获得的收益将有相当长时间用于抵冲增加的造价。因此，出于性价比的原因，近20年来，除1989年东芝2台31MPa/566℃，以及1998年丹麦Nordjylland电厂2台28.50MPa/580℃机组外，国际上并无其他二次再热机组的应用业绩。但技术经济问题具有动态性，国际上对二次再热技术的看法会随着燃料价格及对环境保护方面压力的增加而变化。
热耗 降低率（%）
由于二次再热机组在汽轮机、锅炉和热力系统的配置上比一次再热机组复杂，因而投资增加。另外，对低参数机组，机组效率提高不多。因此二次再热机组在相当长一段时间内不被主流的发电企业和主机制造商所看好，国际上只有少数机组为了解决循环水温度过低、防止汽机低压缸排汽湿度过大而采用了两次再热的热力系统。
然而近年来随着技术的提高，机组的参数达到主汽压力28～35 MPa、温度600℃，再热汽温620℃的等级，采用两次再热的汽轮机热耗可在目前超超临界机组的基础上降低3%，汽机热耗率可降低180～200 kJ/kW.h。同时，随着一次能源价格的不断上升，节能减排的动力将促使更多的国家(包括我国)投入二次再热机组的开发和建设。

2.6.2国外二次再热机组发展情况
据不完全统计，国外至少有52台二次再热超（超）临界机组投入运行。大多数二次再热机组都在上世纪六，七时年代投运。出于性价比的原因，近20年来，除1989年东芝2台以及1998年丹麦Nordjylland电厂2台机组外，国际上并无其他二次再热机组的应用业绩。
但技术经济问题具有动态性，国际上对二次再热技术的看法会随着燃料价格及对环境保护方面压力的增加而变化。
近年来随着技术的提高，机组的参数达到主汽压力28～35 MPa、温度600℃，再热汽温620℃的等级，采用两次再热的汽轮机热耗可在目前超超临界机组的基础上降低3%，汽机热耗率可降低180～200 kJ/kW.h。同时，随着一次能源价格的不断上升，节能减排的动力将促使更多的国家（包括我国）投入二次再热机组的开发和建设。
国外最“新”的二次再热机组丹麦Nordjylland电厂＃3机组位于丹麦Aalborg附近，属于丹麦Vattenfall公司。该电厂于1992年开始建设，1998年竣工，除了提供电力外，还为当地供热，机组发电热效率（不供热时）为 47％。汽轮机为超超临界两次再热，五缸四排汽，十级抽汽回热系统。
日本川越电厂1、2号机组1987年7月开工，是当时作为世界上首台大容量超超临界压力机组而设计、制造的。首台机组于1988年11月锅炉点火，1989年正式投入商业运行。
机组
出力 MW
燃料
主汽
压力
蒸汽温度
投运
时间
日本川越电厂 #1
700
天然气
31.0
566/566/566
1989
日本川越电厂 #2
700
天然气
31.0
566/566/566
1990
丹麦Skærbæk电厂 #3
415
天然气
29.0
582/582/582
1997
丹麦Nordjylland电厂 #3
385
煤
29.0
582/582/582
1998
总之，与传统的一次再热循环比较，二次再热有如下主要三个优点：
(1) 降低低压缸的排汽湿度，减少末级叶片的腐蚀。
(2) 降低再热器的温升。一次再热循环的温升为280℃左右，而二次再热通常在每个再热器中的温升为200℃左右，这使得锅炉出口蒸汽温度更加均匀。
(3) 降低了高压缸的焓降。在二次再热循环中，通常高压缸的焓降在300kJ/kg，而一次再热循环的焓降通常要在400kJ/kg。因此，二次再热循环使得高压缸更短，刚性更好，提高了转子的稳定性。
2.6.3我国二次再热技术研究过程
面对我国经济迅猛发展对电力的强烈需求和环境保护的巨大压力，研发和应用具有自主知识产权的高参数（30MPa及以上，温度超600℃）大容量高效超超临界火力发电机组，进一步降低煤耗，提高机组的经济性，是洁净煤发电技术的方向。同时随着近年来国际国内一次能源价格的节节攀升，发电企业对现有超超临界机组进一步提升经济性有迫切要求。
2011年2月，xx电力集团公司牵头与xx电力工程顾问集团公司、上海电气集团股份公司签订合作协议，共同实施“新型超超临界二次再热燃煤发电机组关键技术研究项目”。
2012年5月31日，国家能源局下发了国能电力【2012】164号文《同意江苏电力泰州电厂二期百万千瓦超超临界二次再热燃煤发电示范项目开展前期工作的复函》。
2011年4月1日，xx电力集团公司、xx电力工程顾问集团公司、上海电气集团股份有限公司在上海召开了“二次再热紧凑型超超临界机组技术研究”课题启动会。课题目标为积极应用各种先进发电技术和已有的设计优化成果，提高经济技术指标，提高机组的安全性和可靠性，降低建设成本。
虽然国际上大多数两次再热机组都在上世纪六，七时年代投运，八、九十年代投运的两次再热机组明显减少，但是由于两次再热机组比相同条件下的一次再热机组热效率将提高1.6％，随着燃料成本及环保压力的不断上升，国际上又重新开始对两次再热机组的研发。欧盟、美国和日本的700℃及以上参数的火电机组规划中无一例外地选择两次再热作为研究方向之一。当然，目前我国和世界发达国家正在开发的二次再热机组技术不是上世纪技术的翻版，而是在机组参数、机组容量、系统优化等方面都有了很大的突破。
在现有成熟材料技术的基础上，采用两次再热技术并进行针对性地热力系统的优化将能使火电机组的效率得到大幅度提高，同时进一步提高机组的参数和容量，研发建设两次再热超超临界大容量机组，可以在目前600℃等级一次再热超超临界机组基础上大幅度将发电热效率提高约2-3个百分点，发电煤耗降低约15~16g/kWh，同时大幅度降低温室气体和污染物排放。
自主开发大容量二次再热超超临界机组，将使我国在高参数大容量机组方面彻底摆脱国外知识产权束缚，实现我国火力发电制造技术上的突破，达到世界领先水平，使我国火电设计水平又获得一次新的跨越，为我国今后700℃机组实施二次再热做好技术储备。目前，电力泰州电厂二期百万机组二次再热机组施工图已经全面开展。
3.国内超超临界机组特点
2 国内三大动力设备制造集团(上海电气电站集团、哈尔滨电气集团、东方电气集团)通过引进技术、分包生产、到合资经营等方式积极与国外公司进行技术合作和技术转让，以应对和满足超超临界机组国产化的技术储备要求，先后提出了各自的超超临界机组设计方案，并在几十台投产的百万机组上得到了验证。
3.1锅炉部分
（1）哈尔滨锅炉厂
2003年11月，哈尔滨锅炉厂与日本三菱重工(MHI)联合，获得国内第一个1000MW等级超超临界锅炉合同——华能玉环4×1000MW超超临界锅炉。2004年9月，哈尔滨锅炉厂与MHI签定600~1000MW超超临界锅炉技术的技术转让合同。技术转让合同全面涵盖：设计、工艺、标准、质保、安装、调试、运行等。2005年，哈尔滨锅炉厂派出设计、工艺、安装、调试及制造的多名人员赴三菱公司进行各方面的培训，并于2006年12月完成引进技术培训工作。此后，每年双方进行数次技术交流，不断完善设计，使产品更加适合xx市场。
依托引进技术，哈尔滨锅炉厂已完成了玉环、泰州、金陵等大量1000MW超超临界一次再热锅炉的设计及供货，且设备运行情况良好。
在引进技术消化吸收的基础上，哈尔滨锅炉厂进行了大量的自主研发工作。哈锅已独立自主的进行600MW~1000MW超超临界一次再热锅炉技术设计与投标，并且获得多台超超临界机组的供货合同。2006年，哈尔滨锅炉厂联合西安交通大学对1000MW超超临界一次再热机组水动力计算进行验证，完成了“1000MW超超临界垂直管圈水冷壁内螺纹管传热特性研究”。2006年6月大唐国际、哈尔滨锅炉厂和国家电站燃烧工程研究中心三方签订了“1000MW超超临界褐煤锅炉技术合作开发协议”。2009年6月，三方成功完成了1000MW超超临界锅炉自主开发、自主产权的各项研究，并进入实施研制阶段。目前，哈尔滨锅炉厂已开展了1200MW超超临界一次再热锅炉的自主研发工作。
1000MW等级锅炉的特点如下：
Ø 锅炉采用常规的Õ型布置。该型布置也是国内绝大多数电站锅炉所采用的布置方式，重量轻，成本低，安装成熟方便，对地基要求也较低。
Ø 水冷壁采用垂直管圈水冷壁系统。上下炉膛均采用垂直管圈，并在高热负荷区采用内螺纹管，可降低水冷壁内的工质质量流速。
Ø 在水冷壁入口设置节流孔圈，精确控制各水冷壁管子的流量分配，保证每根水冷壁管的流量与所处位置的热负荷相适应（热负荷高的区域流量大，热负荷低的区域流量小），以保证水循环的可靠。
Ø 为了降低水冷壁出口工质侧偏差，在下炉膛出口设有中间集箱，对于下炉膛加热的工质进行完全的混合和再分配，完全消除由于下炉膛的吸热不均所产生的汽温偏差，保证水冷壁出口的工质温度比较均匀。另外，该系统的另一项作用就是防止在低负荷时，因工质流速的降低而出现汽水分层。
Ø 为了满足超超临界锅炉较高的蒸汽温度的要求，将分离器处的蒸汽温度提高到430°C左右，并将分离器布置在包墙系统的出口，以保证水冷壁的出口工质温度仍维持在较低的水平（420°C），水冷壁及包墙系统仍可以采用成熟的15CrMoG材料。
Ø 锅炉燃烧系统为墙式布置直流燃烧器，切圆燃烧方式，该燃烧方式具备传统切圆燃烧方式的所有优点，如煤粉着火条件好，着火、稳然、燃尽性能优越，对风粉调节精度要求低，在负荷变化时燃烧按层切投，炉内热负荷变化均匀稳定等优点。
（2）上海锅炉厂
上海锅炉厂有限公司分别于2003年和2004年引进了ALSTOM美国公司Π型超超临界锅炉和ALSTOM德国公司塔式超临界及超超临界锅炉技术。自技术转让合同生效以来，上海锅炉厂有限公司已收到ALSTOM公司提供全套的计算程序、技术资料和图纸等文件。到2005年12月，超临界和超超临界锅炉技术培训已经完成。
作为ALSTOM超(超)临界技术的受让方，上海锅炉厂有限公司已获得目前1000MW等级最先进的超临界和超超临界锅炉设计制造技术，受转让的范围覆盖了设计、制造、质量控制、仪控、安装