超超临界火电技术研发遇新拐点

700摄氏度超超临界技术还有很长的路建议开发研究650摄氏度超超临界机组

中国电力报 中电新闻网记者冯义军

　　　　“在推进超超临界火电技术进步的征程上，材料性能、蒸汽温度、技术经济性是三大关键要素。”在近日中国电力科技网举办的高温耐热钢新材料在超（超）临界机组应用技术研讨会上，中国电力科技网CEO魏毓璞向记者表示。

　　随着材料技术的不断进步和热能动力理论的日臻完善，蒸汽的参数经历了低压、中压、高压、超高压、亚临界、超临界直至超超临界的发展过程。随着能源清洁化的发展要求日益迫切，日臻成熟的超超临界发电技术正在全面登场，700摄氏度超超临界燃煤发电技术研发进程积极推进，在凸现新拐点情况下攻坚克难。

　　将材料在更多电厂进行实验

　　“国外尤其是欧洲国家针对700摄氏度机组进行了较为深入的研究，由于材料问题，示范机组的建设计划被延后。”中国华能集团清洁能源技术研究院副院长肖平在上述会议上介绍。

　　“发展超超临界机组最大的制约因素还是材料，是新型耐热钢。”华能玉环电厂金属监督专工熊伟在上述会议上向记者介绍。熊伟所在的华能玉环电厂是我国首个超超临界百万机组电厂，截至目前，首台机组运行时间近9年。

　　“新型耐热钢在百万机组中应用时间还比较短，还是处于摸索、完善阶段，运用经验还是比较欠缺，各类大大小小的缺陷还是时有发生。新型耐热钢组织老化、性能劣化和氧化皮生长机理等规律尚不清楚，为保障电厂安全运行，需进行持续的跟踪研究。”魏毓璞谈道。

　　P92类材料是发展超超临界机组的关键材料之一，业内专家期待尽快解决其存在的相关问题。针对材料硬度问题，中国国电集团专家周江谈道：“目前在用的超超临界机组中大量存在P92类材料的硬度低于标准值的问题，严重制约锅炉的安全运行。”在使用温度方面，华电电科院材料技术部主任张锦文表示：“目前国内外规范对于P92类材料的最高使用温度存在一定争议，国内特设规《锅炉安全技术监察规程》规定其使用上限为630摄氏度，而ASME规范《锅炉及压力容器规范案例2013》推荐温度使用上限为649摄氏度。”“要建设高效超超临界火电机组锅炉，保证高温段过热器和再热器安全运行，需要寻找新材料以满足要求。新选择的材料应是综合性能优异、实验数据充分、国际标准认可且具有商业化业绩的奥氏体耐热钢。”山特维克大中华区管材业务总经理赵东华在接受记者采访时表示。

　　据记者了解，近日通过全国锅炉压力容器标准化技术委员会评审鉴定的山特维克Sanicro25钢，是瑞典山特维克公司研发的新型奥氏体耐热钢，可以应用于更高参数的超（超）临界锅炉的过热器和再热器。“如果工况能够继续提高到650、700摄氏度，Sanicro25将会有更大发挥空间。”西安热工研究院有限公司电站材料技术部副总工程师周荣灿表示。

　　“尽管发达国家在材料试验研究方面还在不断进行，但对工程的开展和投入远远还是未知数。”中国电力工程顾问集团公司副总工程师龙辉表示，我国已经投入一定的资金开发了铁镍基合金，建议将其在更多的电厂进行实验，为工程应用创造条件。

　　650摄氏度火电技术提出

　　“当前，距离700摄氏度超超临界机组建设和投运还有相当一段时间。在这段时间内，建议利用国内外已有的材料，开发研究650摄氏度左右超超临界机组。

　　这样不仅使机组造价大幅降低，而且为建设700摄氏度超超临界机组打好更深的基础，同时也可以在目前基础上进一步降低煤耗。”龙辉建议。

　　近10年来，为进一步降低能耗和减少污染物排放，改善环境，我国常规火电技术飞速向更高参数的超超临界的技术方向发展。相关资料显示，截至2014年6月，我国已投入运行的600摄氏度、100万千瓦超超临界机组达67台，其发展速度、装机容量和机组数量均已跃居世界首位。

　　2010年，国家能源局组织成立了“国家700摄氏度超超临界燃煤发电技术创新联盟”，并依据《“十二五”国家能源发展规划》和《“十二五”能源科技发展规划》设立了国家能源领域重点项目《国家700摄氏度超超临界燃煤发电关键技术与设备研发及应用示范》。

　　主蒸汽管道是火电厂最重要的管道之一，先进超超临界机组的主蒸汽管道的运行温度达到700摄氏度，运行参数大幅度提高。“国内外相关设计规范都没有明确在700摄氏度如此高参数下主蒸汽管道设计温度和设计压力的计算方法，因此对于700摄氏度超超临界机组的主蒸汽管道设计参数的选取有必要进行讨论。”华东电力设计院副总工程师叶勇健在上述会议上提出。

　　据了解，国内700摄氏度超超临界技术尚处于前期研发阶段，设备制造和系统布置方案尚未确定。针对目前700摄氏度超超临界机组的研究现状，全国锅炉压力容器标准化技术委员会委员张显提出：“距离700摄氏度技术成熟及投入商业运行还有很长的路，目前既能采用成熟技术，又能提高电站经济性的措施，应为超超临界参数上采用二次再热技术。”张显也认为，目前比较稳妥地做　　法是先研发650摄氏度超超临界机组作为向700摄氏度进军的过渡。

　　二次再热机组通过采用两级蒸汽再热提升卡诺循环效率，以提高机组经济性。采用二次再热技术以提高机组效率是一项从上世纪50年代就开始研究应用的技术。

　　据不完全统计，全世界有约52台二次再热超（超）临界机组投入运行，美国、德国、日本、丹麦等国家均开发并投运了二次再热超（超）临界火电机组，其中34台为燃煤机组。在参数上达到超超临界机组参数的仅有1台。

　　“结合二次再热系统、紧凑型布置等技术，掌握超超临界二次再热机组相关系统、布置、设备、安装、运行的核心技术，可形成我国自主开发、设计和制造超超临界二次再热机组的能力，为未来700摄氏度超超临界燃煤发电机组示范工程的开发建设打下坚实的基础。”龙辉表示。

　　700摄氏度技术前景可期

　　“700摄氏度超超临界燃煤机组是我国高效清洁煤电发电技术的必然选择。

　　700摄氏度火电技术在我国有光明的发展前景。”肖平在上述会议上谈道。

　　中国华能集团清洁能源技术研究院　　受国家能源局委托承担了我国首个700摄氏度试验平台建设及运行工作。据了解，该平台于2014年年底在华能南京电厂安装建成。截至目前，试验平台已完成施工设计和材料与设备采购，正在进行生产制造，建成后将完成运行调试并开展材料及部件的长周期实炉挂片试验。“在平台试验成功的基础上，我国将适时开展700摄氏度示范机组建设。”肖平介绍道。

　　“一次再热升级也好，二次再热也好，只是短期内超超临界发电技术的改进，从长远来看，我国超超临界发电技术要在700摄氏度上研发出成果，步伐要加快，力度要加大。”张显向记者表示。

　　龙辉向记者介绍：“700摄氏度、一次/二次再热超超临界机组效率均将提高至50%以上，与目前600摄氏度、一次/二次再热超超临界发电机组相比，可进一步降低发电煤耗至少26克/千瓦时以上。”“从目前掌握的资料来看，综合技术和经济两方面的原因，欧洲至少要在2018年以后开展700摄氏度超超临界工程示范。按相关分析，欧洲一些国家，还有美国、日本，700摄氏度超超临界技术商业运行最早也需要到2026年。”魏毓璞向记者介绍。