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近年来，我国对煤电机组的节能降耗要求越来越严格，《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》要求2020年煤电机组平均供电煤耗控制在310g/kWh以下。占煤电装机近三分之一的亚临界机组总量巨大，为我国煤电机组中效率相对最低、煤耗相对最高的类型，已成为我国煤电行业碳减排的“短板”，因此亟需对其进行改造升级。通过汽轮机通流改造，将先进的通流和结构设计技术应用到改造中去，可以降低机组的能耗水平，但节能收益有限，仅能恢复到设计水平，其供电煤耗仍高于310g/kWh，且随着运行时间的增长，效率仍会下滑。为进一步提高机组的经济性，保持机组指标的先进性，维持进汽压力基本不变、提高主汽温度和再热温度的综合升级改造成为很多亚临界机组用户选择的技术路线，国内外多家研究机构对此开展了相关研究。
上海申能电力科技有限公司的冯伟忠[1]提出了一种亚临界机组的改造方法，其保持亚临界机组额定压力参数不变，改造亚临界机组锅炉的过热器、再热器及联箱，使其温度参数等级达到超超临界机组额定温度或更高温度参数等级；改造亚临界机组汽轮机的高压缸、中压缸，使其温度参数等级达到超超临界机组额定温度或更高温度参数等级；替换亚临界机组的主蒸汽管道及阀门，热再蒸汽管道及阀门，高、中压旁路阀，使其温度参数等级达到超超临界机组额定温度或更高温度参数等级。
国电科学技术研究院[2]开发了一种对亚临界汽轮机组升级改造的优化方法，是在低压缸与发电机的结构和设计参数不变的基础上，通过改造高压缸，将主蒸汽额定压力从亚临界水平提高到超临界至超超临界水平，将主蒸汽温度提高到超超临界温度水平。该技术方案由于维持了汽轮机低压缸和发电机的结构与设计参数不变，可保留原亚临界机组低压缸、汽轮机基础以及发电系统的辅机等大量设施，因而可大幅降低改造成本，同时进一步提高了机组的循环效率，降低了煤耗。
上海电气电站服务公司[3]以内蒙古某发电公司容量为600MW的亚临界锅炉为研究对象，针对该锅炉在高温亚临界节能降耗改造项目中，为配合汽轮机通流及参数变更而进行的锅炉本体适配性改造展开设计研究。机组在常规通流改造的基础上，通过提高蒸汽参数可以达到更优的节能效果，与此同时，参数的提高对锅炉原设计和结构又会带来新的要求，锅炉需要进行相应的改造。锅炉改造方案包括受热面设计、承压元件设计及材料选型、锅筒及汽水分离器、安全阀及动力泄放阀等。为实现机组节能降耗的改造目标，汽轮机改造参数由16.67MPa/538℃/538℃提升至16.97MPa/566℃/566℃，机组容量由600MW提高至660MW。
国电浙江北仑第一发电有限公司[4]以某600MW亚临界燃煤机组为研究对象，从改造方案、项目、效果等全方位研究综合升级改造技术。改造主要项目包括冷灰斗总体下移改造、低氮燃烧相关设备改造、再热器受热面改造、分级省煤器改造、供热系统改造等。在机组经济性方面，满负荷下锅炉效率不低于93.20%，再热汽温由540℃提升至573℃。结果表明，改造后机组满足扩容至630MW的要求，锅炉效率较改造前提高0.20～0.70百分点，供热工况下供电煤耗已低于国家能耗指标300g/(kW·h)，同时低负荷下选择性催化还原（SCR）入口烟气温度亦有较大程度改善。
东方电气集团东方锅炉股份有限公司[5]开发了超高温亚临界（17.5MPa/571℃/569℃）燃煤气锅炉的设计方案，包括前后墙对冲燃烧方式、自然水循环系统、低氮气体燃烧器和多枪式高热值气体燃烧器、过热器设置两级喷水减温方式、再热蒸汽温度采用尾部烟气挡板或再循环烟气调节控制等。锅炉具有良好的燃料适应性，能适应不同煤气全烧或混烧。自主研发的低氮气体燃烧器和多枪式高热值气体燃烧器，保证燃用低热值煤气时着火稳定、高效燃烧、低NOx排放。采用墙式对冲燃烧方式，烟温分布均匀，烟温偏差小。锅炉采用合理的水循环回路划分和设计，水循环安全可靠。过热器设置两级喷水减温方式，再热蒸汽温度采用尾部烟气挡板或再循环烟气调节控制，汽温保证范围广，可靠性高。该煤气锅炉的开发设计，满足了煤气锅炉向更大容量、更高参数的发展需要，提升了机组效率和电厂经济性。
印度理工学院坎普尔分院[6]开展了一项分析以探索在采用与超临界和超超临界电厂相比相同的蒸汽温度时但在亚临界压力下运行燃煤发电机组的可能性。分析表明，在汽轮机和蒸汽管道设计的技术可行范围内，适当选择再热压力和蒸汽参数，可以设计在亚临界压力、高温条件下运行的发电厂，以产生与超临界发电厂相当的输出，同时这些电厂的热效率将与超临界电厂相媲美。然而，由于设备部件的压力设计相对较低，与超临界和超超临界设备相比，这些设备将更经济且成本更低。此外，这些设备的部件可以用目前开发的高耐热材料制造，具有更好的安全系数，由于较少的部件故障和损坏，这将降低设备的维护成本。
三菱日立电力系统株式会社[7]开发了亚临界压力高温火力发电成套设备和亚临界压力高温变压运转贯流锅炉。所述亚临界压力高温火力发电成套设备由燃烧锅炉设备、蒸汽汽轮机发电机设备、冷凝水给水设备构成，所述燃烧锅炉设备具备供给蒸汽条件为亚临界压力593℃以上的过热蒸汽的高温过热器和供给蒸汽条件为593℃以上的再热蒸汽的高温再热器，所述蒸汽汽轮机发电机设备具备用所述蒸汽条件为亚临界压力593℃以上的过热蒸汽驱动的高压蒸汽汽轮机和用所述蒸汽条件为593℃以上的再热蒸汽驱动的再热中压蒸汽汽轮机。
综合国内外相关研究可以看出，亚临界机组升温提效节能改造需综合考虑主汽和再热温度提升后的汽轮机通流改造、发电机适应性改造、锅炉提温改造、辅机校核和改造、四大管道校核和更换、旁路系统校核和改造、控制系统及其他电厂设备和系统校核和改造等内容。此外，各设备和系统需协调匹配，同时需综合考虑原有机组情况与改造实施可行性。
参考文献：
[1] 冯伟忠. 一种亚临界机组的改造方法[P]. CN104421922B, 授权公告日: 2017.02.22
[2] 国电科学技术研究院. 一种对亚临界汽轮机组升级改造的优化方法[P]. CN105888751A, 公开日: 2016.08.24
[3] 刘堃. 高温亚临界改造项目中锅炉适配性研究［J］. 锅炉技术, 2018, 49(3): 57-63
[4] 吴思明, 童家麟, 吴跃森等. 某亚临界锅炉综合升级改造实践及其性能分析［J］. 华电技术, 2020, 42(6): 66-71
[5] 郑刚, 冉燊铭, 曾洁等. 东方超高温亚临界燃煤气锅炉简介［J］. 东方电气评论, 2021, 35(4): 49-54
[6] V. Asthana, Pradipta kumar Panigrahi. Performance of power plants with high temperature conditions at sub-critical pressures[C]. Proceedings of the 5th European Thermal-Sciences Conference, 2008
[7] Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Subcritical pressure high-temperature steam power plant and subcritical pressure high-temperature variable pressure operation once-through boiler[P]. US9784137B2, 授权公告日: 2017.10.10
