“距離700攝氏度超超臨界機組建設和投運還有相當一段時間。在這段時間內，充分利用國內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組的工程應用。同時，進一步開展700攝氏度超超臨界火電機組鍋爐、汽輪機及主系統的設計，新材料的研發、測試、焊接材料選擇和部件試驗。”中國電力工程顧問集團有限公司副總工程師龍輝在近日由中國電力科技網召開的火電廠金屬材料與焊接技術交流2016年會上表示。

我國已是全球超超臨界機組最多的國家，數量遠超其他國家的總和。自2006年11月華能玉環電廠1號百萬機組投運至今，我國超超臨界發電技術經歷了10年的引進消化發展，走到了通過自主研發進行升級換代的十字路口。

“700攝氏度”對于火電來說意味著更高的效率。在向“700攝氏度”進軍的征程上，隨著能源清潔高效的發展要求日益迫切，超超臨界發電技術正進入前所未有的攻堅期。

“700攝氏度”遇難題

中間參數成過渡

“630~650攝氏度機組成下一步火電建設重要目標。”北京科技大學教授、博士生導師謝錫善在上述會議上表示。

從目前世界火力發電技術水平，以及熱力學理論來看，提高火力發電廠效率的主要途徑是提高工作介質(蒸汽)的參數，即提高蒸汽溫度和壓力。

為進一步降低能耗和減少污染物排放，改善環境，我國常規火電技術飛速向更高參數的超超臨界的技術方向發展。近年來，火電機組結構持續優化，超臨界、超超臨界機組比例明顯提高，單機30萬千瓦及以上機組比重上升到78.6%；單機60萬千瓦及以上機組比重明顯提升，達到41%。截至去年底，已投入運行的600攝氏度、100萬千瓦超超臨界機組達86臺，占煤電總容量的11%。

“我國已經不再批準建設600攝氏度超超臨界機組。”謝錫善向記者分析道。當前，我國燃煤電站高的設計參數為31兆帕/600攝氏度/620攝氏度/620攝氏度。發展高參數大機組，是國家節能減排戰略的關鍵組成部分。《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014~2020年）》要求，新建燃煤發電項目原則上采用60萬千瓦及以上超超臨界機組。

多年來，關于700攝氏度的研究一直在推進。2010年，國家能源局組織成立了“國家700攝氏度超超臨界燃煤發電技術創新聯盟”，并依據《“十二五”國家能源發展規劃》和《“十二五”能源科技發展規劃》設立了國家能源領域重點項目《國家700攝氏度超超臨界燃煤發電關鍵技術與設備研發及應用示范》。

“受制于700攝氏度高鎳基材料研發難度的困擾和700攝氏度機組的性價比問題，預計國內外700攝氏度機組的投運將至少推遲至2026年以后。”龍輝在上述會議上表示。

據龍輝介紹，由于700攝氏度機組的核心技術是超級鎳基合金部件的商業化開發，目前存在技術上和成本上的難題，國外一些公司和研究機構已經著手研究開發650攝氏度等級機組和相關材料。國內一些發電集團、材料研究機構和主機制造廠也開始著手這方面的研究工作。

面對我國環境保護的巨大壓力，在“700攝氏度”技術成熟以前，研發大容量高效燃煤發電技術對我國提出節能減排和可持續發展的目標具有現實意義。記者注意到，《電力發展“十三五”規劃》在“清潔高效發電技術”中指出：“全面掌握擁有自主知識產權的超超臨界機組設計、制造技術；以高溫材料為重點，加快攻關700攝氏度超超臨界發電技術；研究開展中間參數等級示范，實現發電效率突破50%。”

相關資料顯示，神華國華電力公司擬開發的機組設計參數為35兆帕/610攝氏度/630攝氏度/630攝氏度，中國電力顧問集團公司準備開發35兆帕等級（32~38兆帕），650攝氏度等級（630~670攝氏度）新型高效超超臨界機組。

融合“二次再熱”技術

激活材料性能

燃煤發電的發展需要一個逐漸前進的過程，性能優異的高溫材料是電站技術提升的基礎。

“高溫部件用鋼及焊接技術成為發展超（超）臨界機組的技術核心。”原電力部金屬材料焊接資深專家楊富在上述會議上表示，蒸汽參數提高，對高溫部件用鋼，尤其是材料的高溫強度、高溫抗腐蝕、抗氧化能力，冷、熱加工性能及焊接技術提出更高、更新要求。

據河南理工大學教授陳思杰介紹，目前應用于超超臨界鍋爐的新型馬氏體耐熱鋼、奧氏體耐熱鋼，多數在國內是首次使用。據了解，為了發展更高參數的發電機組，北京科技大學教授謝錫善研發了SP2215新型奧氏體耐熱鋼，中科院研究員單以銀最新研發了SIMP馬氏體耐熱鋼等。

“Sanicro25是現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到700攝氏度的再熱器和過熱器的優選材料。”山特維克國際貿易（上海）有限公司煤電技術經理畢艷艷表示。

在國家電力投資集團中央研究院遲成宇看來，燃煤電站的建設與運營是一個系統工程，材料的研發、評價、制造、部件考核需要產學研用結合共同攻關解決問題。“既要開發新材料，又要充分發掘材料的性能，根據使用條件不同，選擇合適的材料。”

“通過多年的發展，介質溫度為600～620攝氏度的高溫材料在鍋爐、汽輪機、閥門及管道各方面已有良好的運行業績，證明其具有良好的可靠性。介質溫度超過620攝氏度的高溫材料尚在開發中，尚待小規模工程的試驗驗證。”龍輝向記者介紹道。

據了解，已經投運的華能南京電廠700攝氏度關鍵部件驗證試驗平臺實現700攝氏度穩定運行，將對國內外近十種不同牌號的高溫合金材料及關鍵部件進行實爐驗證試驗。

“結合二次再熱系統、緊湊型布置等技術，掌握超超臨界二次再熱機組相關系統、布置、設備、安裝、運行的核心技術，可形成我國自主開發、設計和制造超超臨界二次再熱機組的能力，為未來700攝氏度超超臨界燃煤發電機組示范工程的開發建設打下堅實的基礎。”龍輝表示。

采用二次再熱技術以提高機組效率是一項從上世紀50年代就開始研究應用的技術。進入21世紀第二個10年以來，國際上對燃煤火電機組節能減排的要求日益嚴格，國內外發電企業和主機制造企業不約而同地重新開展了二次再熱機組的研發。“歐盟、美國和日本的‘700攝氏度’計劃的主機方案，無一例外地將二次再熱機組作為主要技術路線。”中國電力科技網CEO魏毓璞在接受記者采訪時表示，二次再熱、高參數成為高效超超臨界火電機組的主要方向之一。