“在推進(jìn)超超臨界火電技術(shù)進(jìn)步的征程上，材料性能、蒸汽溫度、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性是三大關(guān)鍵要素。”在近日中國(guó)電力科技網(wǎng)舉辦的高溫耐熱鋼新材料在超(超)臨界機(jī)組應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)上，中國(guó)電力科技網(wǎng)CEO魏毓璞向記者表示。

隨著材料技術(shù)的不斷進(jìn)步和熱能動(dòng)力理論的日臻完善，蒸汽的參數(shù)經(jīng)歷了低壓、中壓、高壓、超高壓、亞臨界、超臨界直至超超臨界的發(fā)展過(guò)程。隨著能源清潔化的發(fā)展要求日益迫切，日臻成熟的超超臨界發(fā)電技術(shù)正在全面登場(chǎng)，700攝氏度超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)研發(fā)進(jìn)程積極推進(jìn)，在凸現(xiàn)新拐點(diǎn)情況下攻堅(jiān)克難。

將材料在更多電廠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

“國(guó)外尤其是歐洲國(guó)家針對(duì)700攝氏度機(jī)組進(jìn)行了較為深入的研究，由于材料問(wèn)題，示范機(jī)組的建設(shè)計(jì)劃被延后。”中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院副院長(zhǎng)肖平在上述會(huì)議上介紹。

“發(fā)展超超臨界機(jī)組最大的制約因素還是材料，是新型耐熱鋼。”華能玉環(huán)電廠金屬監(jiān)督專工熊偉在上述會(huì)議上向記者介紹。熊偉所在的華能玉環(huán)電廠是我國(guó)首個(gè)超超臨界百萬(wàn)機(jī)組電廠，截至目前，首臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間近9年。

“新型耐熱鋼在百萬(wàn)機(jī)組中應(yīng)用時(shí)間還比較短，還是處于摸索、完善階段，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)還是比較欠缺，各類大大小小的缺陷還是時(shí)有發(fā)生。新型耐熱鋼組織老化、性能劣化和氧化皮生長(zhǎng)機(jī)理等規(guī)律尚不清楚，為保障電廠安全運(yùn)行，需進(jìn)行持續(xù)的跟蹤研究。”魏毓璞談道。

P92類材料是發(fā)展超超臨界機(jī)組的關(guān)鍵材料之一，業(yè)內(nèi)專家期待盡快解決其存在的相關(guān)問(wèn)題。針對(duì)材料硬度問(wèn)題，中國(guó)國(guó)電集團(tuán)專家周江談道：“目前在用的超超臨界機(jī)組中大量存在P92類材料的硬度低于標(biāo)準(zhǔn)值的問(wèn)題，嚴(yán)重制約鍋爐的安全運(yùn)行。”在使用溫度方面，華電電科院材料技術(shù)部主任張錦文表示：“目前國(guó)內(nèi)外規(guī)范對(duì)于P92類材料的最高使用溫度存在一定爭(zhēng)議，國(guó)內(nèi)特設(shè)規(guī)《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定其使用上限為630攝氏度，而ASME規(guī)范《鍋爐及壓力容器規(guī)范案例2013》推薦溫度使用上限為649攝氏度。”“要建設(shè)高效超超臨界火電機(jī)組鍋爐，保證高溫段過(guò)熱器和再熱器安全運(yùn)行，需要尋找新材料以滿足要求。新選擇的材料應(yīng)是綜合性能優(yōu)異、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可且具有商業(yè)化業(yè)績(jī)的奧氏體耐熱鋼。”山特維克大中華區(qū)管材業(yè)務(wù)總經(jīng)理趙東華在接受記者采訪時(shí)表示。

據(jù)記者了解，近日通過(guò)全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)評(píng)審鑒定的山特維克Sanicro25鋼，是瑞典山特維克公司研發(fā)的新型奧氏體耐熱鋼，可以應(yīng)用于更高參數(shù)的超(超)臨界鍋爐的過(guò)熱器和再熱器。“如果工況能夠繼續(xù)提高到650、700攝氏度，Sanicro25將會(huì)有更大發(fā)揮空間。”西安熱工研究院有限公司電站材料技術(shù)部副總工程師周榮燦表示。

“盡管發(fā)達(dá)國(guó)家在材料試驗(yàn)研究方面還在不斷進(jìn)行，但對(duì)工程的開展和投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)還是未知數(shù)。”中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)公司副總工程師龍輝表示，我國(guó)已經(jīng)投入一定的資金開發(fā)了鐵鎳基合金，建議將其在更多的電廠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，為工程應(yīng)用創(chuàng)造條件。

650攝氏度火電技術(shù)提出

“當(dāng)前，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)，建議利用國(guó)內(nèi)外已有的材料，開發(fā)研究650攝氏度左右超超臨界機(jī)組。

這樣不僅使機(jī)組造價(jià)大幅降低，而且為建設(shè)700攝氏度超超臨界機(jī)組打好更深的基礎(chǔ)，同時(shí)也可以在目前基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低煤耗。”龍輝建議。

近10年來(lái)，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。相關(guān)資料顯示，截至2014年6月，我國(guó)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)67臺(tái)，其發(fā)展速度、裝機(jī)容量和機(jī)組數(shù)量均已躍居世界首位。

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》。

主蒸汽管道是火電廠最重要的管道之一，先進(jìn)超超臨界機(jī)組的主蒸汽管道的運(yùn)行溫度達(dá)到700攝氏度，運(yùn)行參數(shù)大幅度提高。“國(guó)內(nèi)外相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范都沒(méi)有明確在700攝氏度如此高參數(shù)下主蒸汽管道設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力的計(jì)算方法，因此對(duì)于700攝氏度超超臨界機(jī)組的主蒸汽管道設(shè)計(jì)參數(shù)的選取有必要進(jìn)行討論。”華東電力設(shè)計(jì)院副總工程師葉勇健在上述會(huì)議上提出。

據(jù)了解，國(guó)內(nèi)700攝氏度超超臨界技術(shù)尚處于前期研發(fā)階段，設(shè)備制造和系統(tǒng)布置方案尚未確定。針對(duì)目前700攝氏度超超臨界機(jī)組的研究現(xiàn)狀，全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員張顯提出：“距離700攝氏度技術(shù)成熟及投入商業(yè)運(yùn)行還有很長(zhǎng)的路，目前既能采用成熟技術(shù)，又能提高電站經(jīng)濟(jì)性的措施，應(yīng)為超超臨界參數(shù)上采用二次再熱技術(shù)。”張顯也認(rèn)為，目前比較穩(wěn)妥地做法是先研發(fā)650攝氏度超超臨界機(jī)組作為向700攝氏度進(jìn)軍的過(guò)渡。

二次再熱機(jī)組通過(guò)采用兩級(jí)蒸汽再熱提升卡諾循環(huán)效率，以提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。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)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界有約52臺(tái)二次再熱超(超)臨界機(jī)組投入運(yùn)行，美國(guó)、德國(guó)、日本、丹麥等國(guó)家均開發(fā)并投運(yùn)了二次再熱超(超)臨界火電機(jī)組，其中34臺(tái)為燃煤機(jī)組。在參數(shù)上達(dá)到超超臨界機(jī)組參數(shù)的僅有1臺(tái)。

“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)。”龍輝表示。

700攝氏度技術(shù)前景可期

“700攝氏度超超臨界燃煤機(jī)組是我國(guó)高效清潔煤電發(fā)電技術(shù)的必然選擇。

700攝氏度火電技術(shù)在我國(guó)有光明的發(fā)展前景。”肖平在上述會(huì)議上談道。

中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院受國(guó)家能源局委托承擔(dān)了我國(guó)首個(gè)700攝氏度試驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)及運(yùn)行工作。據(jù)了解，該平臺(tái)于2014年年底在華能南京電廠安裝建成。截至目前，試驗(yàn)平臺(tái)已完成施工設(shè)計(jì)和材料與設(shè)備采購(gòu)，正在進(jìn)行生產(chǎn)制造，建成后將完成運(yùn)行調(diào)試并開展材料及部件的長(zhǎng)周期實(shí)爐掛片試驗(yàn)。“在平臺(tái)試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，我國(guó)將適時(shí)開展700攝氏度示范機(jī)組建設(shè)。”肖平介紹道。

“一次再熱升級(jí)也好，二次再熱也好，只是短期內(nèi)超超臨界發(fā)電技術(shù)的改進(jìn)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我國(guó)超超臨界發(fā)電技術(shù)要在700攝氏度上研發(fā)出成果，步伐要加快，力度要加大。”張顯向記者表示。

龍輝向記者介紹：“700攝氏度、一次/二次再熱超超臨界機(jī)組效率均將提高至50%以上，與目前600攝氏度、一次/二次再熱超超臨界發(fā)電機(jī)組相比，可進(jìn)一步降低發(fā)電煤耗至少26克/千瓦時(shí)以上。”“從目前掌握的資料來(lái)看，綜合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面的原因，歐洲至少要在2018年以后開展700攝氏度超超臨界工程示范。按相關(guān)分析，歐洲一些國(guó)家，還有美國(guó)、日本，700攝氏度超超臨界技術(shù)商業(yè)運(yùn)行最早也需要到2026年。”魏毓璞向記者介紹。