“距離700攝氏度超超臨界機(jī)組建設(shè)和投運(yùn)還有相當(dāng)一段時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)，充分利用國(guó)內(nèi)外已有的新型高溫合金材料，研究650攝氏度左右超超臨界機(jī)組的工程應(yīng)用。同時(shí)，進(jìn)一步開展700攝氏度超超臨界火電機(jī)組鍋爐、汽輪機(jī)及主系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，新材料的研發(fā)、測(cè)試、焊接材料選擇和部件試驗(yàn)。”中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)有限公司副總工程師龍輝在近日由中國(guó)電力科技網(wǎng)召開的火電廠金屬材料與焊接技術(shù)交流2016年會(huì)上表示。
我國(guó)已是全球超超臨界機(jī)組最多的國(guó)家，數(shù)量遠(yuǎn)超其他國(guó)家的總和。自2006年11月華能玉環(huán)電廠1號(hào)百萬(wàn)機(jī)組投運(yùn)至今，我國(guó)超超臨界發(fā)電技術(shù)經(jīng)歷了10年的引進(jìn)消化發(fā)展，走到了通過(guò)自主研發(fā)進(jìn)行升級(jí)換代的十字路口。
“700攝氏度”對(duì)于火電來(lái)說(shuō)意味著更高的效率。在向“700攝氏度”進(jìn)軍的征程上，隨著能源清潔高效的發(fā)展要求日益迫切，超超臨界發(fā)電技術(shù)正進(jìn)入前所未有的攻堅(jiān)期。
“700攝氏度”遇難題
中間參數(shù)成過(guò)渡
“630~650攝氏度機(jī)組成下一步火電建設(shè)重要目標(biāo)?！北本┛萍即髮W(xué)教授、博士生導(dǎo)師謝錫善在上述會(huì)議上表示。
從目前世界火力發(fā)電技術(shù)水平，以及熱力學(xué)理論來(lái)看，提高火力發(fā)電廠效率的主要途徑是提高工作介質(zhì)(蒸汽)的參數(shù)，即提高蒸汽溫度和壓力。
為進(jìn)一步降低能耗和減少污染物排放，改善環(huán)境，我國(guó)常規(guī)火電技術(shù)飛速向更高參數(shù)的超超臨界的技術(shù)方向發(fā)展。近年來(lái)，火電機(jī)組結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，超臨界、超超臨界機(jī)組比例明顯提高，單機(jī)30萬(wàn)千瓦及以上機(jī)組比重上升到78.6%；單機(jī)60萬(wàn)千瓦及以上機(jī)組比重明顯提升，達(dá)到41%。截至去年底，已投入運(yùn)行的600攝氏度、100萬(wàn)千瓦超超臨界機(jī)組達(dá)86臺(tái)，占煤電總?cè)萘康?1%。
“我國(guó)已經(jīng)不再批準(zhǔn)建設(shè)600攝氏度超超臨界機(jī)組?！敝x錫善向記者分析道。當(dāng)前，我國(guó)燃煤電站高的設(shè)計(jì)參數(shù)為31兆帕/600攝氏度/620攝氏度/620攝氏度。發(fā)展高參數(shù)大機(jī)組，是國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略的關(guān)鍵組成部分?！睹弘姽?jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014~2020年）》要求，新建燃煤發(fā)電項(xiàng)目原則上采用60萬(wàn)千瓦及以上超超臨界機(jī)組。
多年來(lái)，關(guān)于700攝氏度的研究一直在推進(jìn)。2010年，國(guó)家能源局組織成立了“國(guó)家700攝氏度超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟”，并依據(jù)《“十二五”國(guó)家能源發(fā)展規(guī)劃》和《“十二五”能源科技發(fā)展規(guī)劃》設(shè)立了國(guó)家能源領(lǐng)域重點(diǎn)項(xiàng)目《國(guó)家700攝氏度超超臨界燃煤發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備研發(fā)及應(yīng)用示范》。
“受制于700攝氏度高鎳基材料研發(fā)難度的困擾和700攝氏度機(jī)組的性價(jià)比問(wèn)題，預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)外700攝氏度機(jī)組的投運(yùn)將至少推遲至2026年以后?！饼堓x在上述會(huì)議上表示。
據(jù)龍輝介紹，由于700攝氏度機(jī)組的核心技術(shù)是超級(jí)鎳基合金部件的商業(yè)化開發(fā)，目前存在技術(shù)上和成本上的難題，國(guó)外一些公司和研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)著手研究開發(fā)650攝氏度等級(jí)機(jī)組和相關(guān)材料。國(guó)內(nèi)一些發(fā)電集團(tuán)、材料研究機(jī)構(gòu)和主機(jī)制造廠也開始著手這方面的研究工作。
面對(duì)我國(guó)環(huán)境保護(hù)的巨大壓力，在“700攝氏度”技術(shù)成熟以前，研發(fā)大容量高效燃煤發(fā)電技術(shù)對(duì)我國(guó)提出節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)具有現(xiàn)實(shí)意義。記者注意到，《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》在“清潔高效發(fā)電技術(shù)”中指出：“全面掌握擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超超臨界機(jī)組設(shè)計(jì)、制造技術(shù)；以高溫材料為重點(diǎn)，加快攻關(guān)700攝氏度超超臨界發(fā)電技術(shù)；研究開展中間參數(shù)等級(jí)示范，實(shí)現(xiàn)發(fā)電效率突破50%?！?br/>
相關(guān)資料顯示，神華國(guó)華電力公司擬開發(fā)的機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)為35兆帕/610攝氏度/630攝氏度/630攝氏度，中國(guó)電力顧問(wèn)集團(tuán)公司準(zhǔn)備開發(fā)35兆帕等級(jí)（32~38兆帕），650攝氏度等級(jí)（630~670攝氏度）新型高效超超臨界機(jī)組。
融合“二次再熱”技術(shù)
激活材料性能
燃煤發(fā)電的發(fā)展需要一個(gè)逐漸前進(jìn)的過(guò)程，性能優(yōu)異的高溫材料是電站技術(shù)提升的基礎(chǔ)。
“高溫部件用鋼及焊接技術(shù)成為發(fā)展超（超）臨界機(jī)組的技術(shù)核心?！痹娏Σ拷饘俨牧虾附淤Y深專家楊富在上述會(huì)議上表示，蒸汽參數(shù)提高，對(duì)高溫部件用鋼，尤其是材料的高溫強(qiáng)度、高溫抗腐蝕、抗氧化能力，冷、熱加工性能及焊接技術(shù)提出更高、更新要求。
據(jù)河南理工大學(xué)教授陳思杰介紹，目前應(yīng)用于超超臨界鍋爐的新型馬氏體耐熱鋼、奧氏體耐熱鋼，多數(shù)在國(guó)內(nèi)是首次使用。據(jù)了解，為了發(fā)展更高參數(shù)的發(fā)電機(jī)組，北京科技大學(xué)教授謝錫善研發(fā)了SP2215新型奧氏體耐熱鋼，中科院研究員單以銀最新研發(fā)了SIMP馬氏體耐熱鋼等。
“Sanicro25是現(xiàn)有奧氏體鋼中具有較好的抗蒸汽氧化及抗高溫煤灰腐蝕性能的材料，對(duì)于增加鍋爐壽命、提高安全性具有重要意義。這些性能使得其作為高效率火電廠金屬溫度達(dá)到700攝氏度的再熱器和過(guò)熱器的優(yōu)選材料?！鄙教鼐S克國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司煤電技術(shù)經(jīng)理畢艷艷表示。
在國(guó)家電力投資集團(tuán)中央研究院遲成宇看來(lái)，燃煤電站的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，材料的研發(fā)、評(píng)價(jià)、制造、部件考核需要產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合共同攻關(guān)解決問(wèn)題?！凹纫_發(fā)新材料，又要充分發(fā)掘材料的性能，根據(jù)使用條件不同，選擇合適的材料?！?br/>
“通過(guò)多年的發(fā)展，介質(zhì)溫度為600～620攝氏度的高溫材料在鍋爐、汽輪機(jī)、閥門及管道各方面已有良好的運(yùn)行業(yè)績(jī)，證明其具有良好的可靠性。介質(zhì)溫度超過(guò)620攝氏度的高溫材料尚在開發(fā)中，尚待小規(guī)模工程的試驗(yàn)驗(yàn)證?！饼堓x向記者介紹道。
據(jù)了解，已經(jīng)投運(yùn)的華能南京電廠700攝氏度關(guān)鍵部件驗(yàn)證試驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)700攝氏度穩(wěn)定運(yùn)行，將對(duì)國(guó)內(nèi)外近十種不同牌號(hào)的高溫合金材料及關(guān)鍵部件進(jìn)行實(shí)爐驗(yàn)證試驗(yàn)。
“結(jié)合二次再熱系統(tǒng)、緊湊型布置等技術(shù)，掌握超超臨界二次再熱機(jī)組相關(guān)系統(tǒng)、布置、設(shè)備、安裝、運(yùn)行的核心技術(shù)，可形成我國(guó)自主開發(fā)、設(shè)計(jì)和制造超超臨界二次再熱機(jī)組的能力，為未來(lái)700攝氏度超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組示范工程的開發(fā)建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！饼堓x表示。
采用二次再熱技術(shù)以提高機(jī)組效率是一項(xiàng)從上世紀(jì)50年代就開始研究應(yīng)用的技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)第二個(gè)10年以來(lái)，國(guó)際上對(duì)燃煤火電機(jī)組節(jié)能減排的要求日益嚴(yán)格，國(guó)內(nèi)外發(fā)電企業(yè)和主機(jī)制造企業(yè)不約而同地重新開展了二次再熱機(jī)組的研發(fā)?！皻W盟、美國(guó)和日本的‘700攝氏度’計(jì)劃的主機(jī)方案，無(wú)一例外地將二次再熱機(jī)組作為主要技術(shù)路線?！敝袊?guó)電力科技網(wǎng)CEO魏毓璞在接受記者采訪時(shí)表示，二次再熱、高參數(shù)成為高效超超臨界火電機(jī)組的主要方向之一。
