安防之家讯：1 前言
东京电力公司自1973年的新东京火力以后，暂时未拥有微粉碳火力。此间，开发引进了煤炭流体化的燃料，分别在横须贺火力1、2号机引进COM(煤炭石油混合燃料)，在常磐共同火力勿来发电厂8、9号机引进CWM(煤炭水混合燃料)投产运行，但主要出于经济性观点现已中止运行。尽管也计划建设微粉碳火力，但东京湾内处于人口集中地带，无法确保适当用地。在这一状况下，出现了计划在位于距东京以北约130km茨城县东海村的太平洋沿岸建设具有大型国际港湾的常陆那珂港。通过与政府和县方面协调后，决定在该地建设煤炭火力发电厂。常陆那珂火力发电厂的建设是东京电力公司时隔30年后的大型微粉碳火力。
常陆那珂火力发电厂1号机是于2003年12月投产的最先进的100万kW燃煤专用火力设备。蒸气条件采用超超临界压(USC)的主蒸气压力24.5MPa、主蒸气/再热蒸气温度为600℃/600℃，达到了高发电效率。而且，为确保清洁大气环境而设置了综合性排烟处理设备(脱硝装置、静电除尘装置、脱硫装置)，以及采用与周围环境相协调的八角交叉螺旋式的新型烟囱等，是一座注重环境和景观对策的发电厂。
1号机自投产以来，已经过了1年几个月，没有发生过一次计划外的停机情况，其可靠性极高。在此，就发电厂设备的特征和至今的运行状况作一介绍。
2 设备的概要和特征
2.1发电厂概要
发电厂位于常陆那珂港北码头。发电厂最终计划建成300万kW(100万kW×3基)规模，但现在仅1号机在运行。发电厂厂区示意图如图1所示。
煤炭由大型运煤船(7万～15万DWT)从海外运来，煤炭通过卸煤机(2,200t/h×2台)从发电厂东侧的储煤泊位卸煤，再储藏到邻接的煤场(容量约40万T)。一天早晚2次通过空气上浮式运煤输送机(1,100t/h)从煤场向锅炉料仓进行运煤。
经静电除尘装置回收的煤灰(飞灰)暂时储藏飞灰筒仓后，再通过输送机运输到发电厂南侧的中央码头弃灰场或与发电厂厂区内煤场的北码头弃灰场，作为土地平整材料进行填埋处置。对于从锅炉炉底回收的煤渣，通过脱水槽脱水后也与飞灰一样加以处置。
冷凝器冷却水是从用地中央南侧的幕墙式取水口取水，并通过南北纵贯用地中央的排水渠从北侧的排水口作水中排水。
用于辅助燃料的轻油、脱硫装置的石灰石以及用于脱硫装置生成的石膏、脱硝装置的氨等基本上均为海上运输，并从用地东侧的公用泊位搬出搬入。另外，工业用水由县从附近河川取水进行供应，并交接给用地西侧的蓄水罐。
另外，在发电厂最西侧布置了约20ha的绿化地，作为休息场所供附近居民自由利用。
图1 发电厂厂区内布置
2.2 使用燃料
煤炭来自于海外，至今已使用了12种澳大利亚煤炭和3种印度尼西亚煤炭。锅炉设计可使用62种煤炭，今后计划将进一步增加使用煤炭种类。
另外，运煤设备还考虑了混煤运用的设计，通过调节二台煤炭装载输送机的排出速度，可按任意比率在输送带上进行混煤。对于含硫高的煤炭和次烟煤等难以燃煤专用的煤炭，也可通过混煤加以利用。
2.3 设备特征
发电厂的主要设备概要如表1所示。
以下叙述各设备设计的设想、特征等。
(1) 锅炉、透平的蒸气条件选定
常陆那珂火力1号机，透平入口的蒸气条件采用主蒸气压力24.5MPa、主蒸气/再热蒸气温度600℃/600℃，设计发电端效率为43.1%(HHV)。这是与已往的24.1MPa、538℃/566℃相比，为了提高1%(绝对值)以上的效率。
特超临界压(USC)蒸气条件的采用，是以通过高效率化节能和节省资源、以及对应近来要求的地球温室效应化为目的的，但另一方面因使用高级材料而使建设成本上升。因此，在设定具体蒸气条件数值时，考虑了建设费上升部分和伴随发电效率提高而降低燃料费部分，在发电成本不大幅度上升的范围内决定了该条件。所选定的蒸气条件估计在设计阶段因高温材料的材料费和煤炭价格而有所变动。
本厂在锅炉最终过热器出口集管、主蒸气配管、高压、中压透平转子、高压透平1段动静叶片等使用能耐600℃蒸气温度的12铬材料。该锅炉、透平、发电机由株式会社日立制作所设计、制造和安装。
(2) 锅炉设备的特征
锅炉为超临界压贯流变压平衡通风式，蒸发量为2,870t/h。
煤炭火力基本为基极负荷运行，但在原子能比率越来越高的情况下，也开始要求中间负荷运用。为此，锅炉在部分负荷上也采用了能维持高效率的变压运行锅炉。火炉采用了即使在变压运行时也能稳定运行的螺旋隔膜壁结构。
磨煤机采用带旋转分级器的竖式辊碾机，台数为6台(其中1台备用)。
燃烧器采用低NOx燃烧器(NR-21型)，燃烧器根数为36根。并根据二段燃烧将锅炉出口的NOx浓度设定在225ppm以下。
蒸气温度控制是由设置在后部传热部的非并联气挡板进行，省略了气体再循环风机(GRF)。其他，还有采用智能型蒸气吹灰器以及在强制通风机(FDF)、诱导通风机(IDF)、一次通风风机(PAF)采用轴流风机等特征。
(3) 透平和发电机设备的特征
透平采用了2轴4流排气式再热冷凝型透平。一次侧由3000rpm高压透平和中压透平构成，二次侧由1500rpm低压透平2基构成。低压透平的最终段叶片长为41英寸。
对于辅机设备的脱气器，本次采用单筒化而取代了已往由脱气罐和贮水罐2个组成的复筒式。而且，作为冷凝器除尘方式通过设置除尘过滤器而取代了已往的逆洗阀方式。
发电机功率一次侧约为60万kW、二次侧为40万kW。
(4) 运行控制装置
通过促进自动化，包括综合排烟处理设备的运行，可由运行员4名进行运行(值班长、副值班长、操作员2名)。中央操作室设置在离透平室的办公楼4楼，目的在于使工作岗位环境舒适化和与白班工作岗位的密切联系。
运行操作作为操作终端，设置了机组用CRT3台、环境装置用CRT2台，通过鼠标进行操作。而且，为了确保运行员的信息共有，还设置了110英寸的大型屏幕。
(5) 机组运用性能
运行基本采用基极负荷运用，不过采用了可周末停机运用(WES)的设计。但是，未设定每天起动停机(DSS)。
最低负荷为30万kW、负荷变化率为3%/min，从点火至到达额定出力的起动时间在热起动时为180分、在温起动时为300分、在冷起动时为650分。
另外，在由2系列构成的大型通风机和大型泵类设置了倒转功能，以便即使在一系列跳闸时也不导致机组跳闸。所谓倒转是指当辅机一系列跳闸时，可迅速将另一系列的输出功率抑制控制到运行可能的出力。
(6) 综合排烟处理设备
作为排烟处理设备设置了如图2所示构成的脱硝装置、静电除尘装置、脱硫装置，从而使在烟囱出口的煤烟浓度达到了SOx浓度39ppm、NOx浓度34ppm、煤尘浓度8mg/m3N。
脱硝装置采用干式氨接触还原法，脱硝效率为85%以上。
为了避免煤灰电气阻力的高领域，静电除尘装置采用了超低温EP(气体温度90℃)，其除尘效率为99.85%以上。而且，作为节能和吸尘稳定化目的，采用了间隙电荷方式。
脱硫装置为湿式石灰石-石膏法，采用灰混合塔内氧化一塔式，其脱硫效率为95%以上。而且，生成的石膏作为石膏板原料和水泥原料加以出售。
该综合排烟处理设备由石川岛播磨重工(IHI)设计、制造和安装。
另外，燃气加热器(GGH)采用了非泄漏、热媒循环型。
3 运行状况
自投产以来，已经过了1年3个月。尽管煤炭搬运系统、灰处理系统发生过几次设备故障，但机组设备未发生过大的故障，至今机组没有发生过一次计划外的停机情况。设备性能均符合设计值要求，是可靠性高的良好设备。
自投产以来的主要运行状况如下述所示。
3.1 机组运用状况
尽管运用数值因使用煤炭种类而变化，但至今的实际值大致如下表所示，其实际值超过了计划值。
3.2 环境数值
对于大气污染物质、水质污浊物质等排出浓度，发电厂与当地自治团体签订了公害防止协定，并遵守所约定的数值而加以运用。
例如，有关本发电厂的煤烟公害防止协定值为SOx浓度39ppm、NOx浓度34ppm、煤尘浓度8mg/m3N，为了不超过该数值通常均在比该数值低1～2成的浓度进行运行。该数值特别是在转换煤炭种类时易于变动，对此故充分考虑而加以运行。
3.3 扩大使用煤炭种类
能对应多碳种的煤炭使用是常陆那珂火力锅炉的特征之一。在引进新煤炭时，首先评估该煤炭性质状态是否可行，对于可行的煤炭进行约1周的燃烧试验，然后最终决定是否引进发电厂使用。
在试运行中决定引进6种煤炭、投产以后引进9种煤炭，现在仍在运用之中。
要能对应多种煤炭，就必须分别相应改变锅炉控制设定值，但由于现在的控制设定值点数少，故要使多碳种分别适应各最佳状态燃烧则相当困难。预定在下次定期检修时实施改造来扩大控制的幅度。
4 小结
常陆那珂火力1号机尽管是在东京电力公司中为数极少的煤炭火力之一，但作为仅次于原子能的基极负荷火力，今后仍将继续高效率且高可靠性的运行。该号机从4月起将初次进入定期检修。约在3个月的检修期间中，预定将对各设备内部进行检修，检查设备的健全性，以备今年夏季电力
的稳定供应。
今年2月京都协定书也已生效，地球温室效应化对策的重要性已日趋高涨。为此，在今后建设发生CO2多的煤炭火力时，已处于越来越要求通过采用超超临界压锅炉来提高效率的时代。常陆那珂火力1号机如能作为今后建设高效率煤炭火力时的一个参考，则不甚荣幸。
另外，为了进一步提高煤炭火力的高效率化，现在东京电力公司还与政府及其他的电力公司共同，正在福岛县建设25万kW的煤炭气化联合循环发电(IGCC)实验机，并预定从2007年起开始试验运行。如果IGCC实用化后，该技术可比USC微粉碳火力提高1成以上的效率，今后将关注该技术的开发。
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