700攝氏度超超臨界技術(shù)還有很長的路 建議開發(fā)研究650攝氏度超超臨界機組
作者：馮義軍來源：中國電力報
作者：馮義軍來源：中國電力報
“在推進超超臨界火電技術(shù)進步的征程上，材料性能、蒸汽溫度、技術(shù)經(jīng)濟性是三大關(guān)鍵要素。”在近日中國電力科技網(wǎng)舉辦的高溫耐熱鋼新材料在超（超）臨界機組應(yīng)用技術(shù)研討會上，中國電力科技網(wǎng)CEO魏毓璞向《中國電力報》記者表示。
隨著材料技術(shù)的不斷進步和熱能動力理論的日臻完善，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，700攝氏度超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)研發(fā)進程積極推進，在凸現(xiàn)新拐點情況下攻堅克難。
將材料在更多電廠進行實驗
“國外尤其是歐洲國家針對700攝氏度機組進行了較為深入的研究，由于材料問題，示范機組的建設(shè)計劃被延后。”中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院副院長肖平在上述會議上介紹。
“發(fā)展超超臨界機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議上向《中國電力報》記者介紹。熊偉所在的華能玉環(huán)電廠是我國首個超超臨界百萬機組電廠，截至目前，首臺機組運行時間近9年。
“新型耐熱鋼在百萬機組中應(yīng)用時間還比較短，還是處于摸索、完善階段，運用經(jīng)驗還是比較欠缺，各類大大小小的缺陷還是時有發(fā)生。新型耐熱鋼組織老化、性能劣化和氧化皮生長機理等規(guī)律尚不清楚，為保障電廠安全運行，需進行持續(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)問題。針對材料硬度問題，中國國電集團專家周江談道：“目前在用的超超臨界機組中大量存在P92類材料的硬度低于標(biāo)準值的問題，嚴重制約鍋爐的安全運行。”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：“目前國內(nèi)外規(guī)范對于P92類材料的最高使用溫度存在一定爭議，國內(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組鍋爐，保證高溫段過熱器和再熱器安全運行，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、實驗數(shù)據(jù)充分、國際標(biāo)準認可且具有商業(yè)化業(yè)績的奧氏體耐熱鋼。”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表示。
據(jù)記者了解，近日通過全國鍋爐壓力容器標(biāo)準化技術(shù)委員會評審鑒定的山特維克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)達國家在材料試驗研究方面還在不斷進行，但對工程的開展和投入遠遠還是未知數(shù)。”中國電力工程顧問集團公司副總工程師龍輝表示，我國已經(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行實驗，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攝氏度超超臨界機組建設(shè)和投運還有相當(dāng)一段時間。在這段時間內(nèi)，建議利用國內(nèi)外已有的材料，開發(fā)研究650攝氏度左右超超臨界機組。
這樣不僅使機組造價大幅降低，而且為建設(shè)700攝氏度超超臨界機組打好更深的基礎(chǔ)，同時也可以在目前基礎(chǔ)上進一步降低煤耗。”龍輝建議。
近10年來，為進一步降低能耗和減少污染物排放，改善環(huán)境，我國常規(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，我國已投入運行的600攝氏度、100萬千瓦超超臨界機組達67臺，其發(fā)展速度、裝機容量和機組數(shù)量均已躍居世界首位。
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(fā)電技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟”，并依據(jù)《“十二五”國家能源發(fā)展規(guī)劃》和《“十二五”能源科技發(fā)展規(guī)劃》設(shè)立了國家能源領(lǐng)域重點項目《國家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，先進超超臨界機組的主蒸汽管道的運行溫度達到700攝氏度，運行參數(shù)大幅度提高。“國內(nèi)外相關(guān)設(shè)計規(guī)范都沒有明確在700攝氏度如此高參數(shù)下主蒸汽管道設(shè)計溫度和設(shè)計壓力的計算方法，因此對于700攝氏度超超臨界機組的主蒸汽管道設(shè)計參數(shù)的選取有必要進行討論。”華東電力設(shè)計院副總工程師葉勇健在上述會議上提出。
據(jù)了解，國內(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。針對目前700攝氏度超超臨界機組的研究現(xiàn)狀，全國鍋爐壓力容器標(biāo)準化技術(shù)委員會委員張顯提出：“距離700攝氏度技術(shù)成熟及投入商業(yè)運行還有很長的路，目前既能采用成熟技術(shù)，又能提高電站經(jīng)濟性的措施，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攝氏度超超臨界機組作為向700攝氏度進軍的過渡。
二次再熱機組通過采用兩級蒸汽再熱提升卡諾循環(huán)效率，以提高機組經(jīng)濟性。采用二次再熱技術(shù)以提高機組效率是一項從上世紀50年代就開始研究應(yīng)用的技術(shù)。
據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界有約52臺二次再熱超（超）臨界機組投入運行，美國、德國、日本、丹麥等國家均開發(fā)并投運了二次再熱超（超）臨界火電機組，其中34臺為燃煤機組。在參數(shù)上達到超超臨界機組參數(shù)的僅有1臺。
“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組相關(guān)系統(tǒng)、布置、設(shè)備、安裝、運行的核心技術(shù)，可形成我國自主開發(fā)、設(shè)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(fā)電機組示范工程的開發(fā)建設(shè)打下堅實的基礎(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組是我國高效清潔煤電發(fā)電技術(shù)的必然選擇。
700攝氏度火電技術(shù)在我國有光明的發(fā)展前景。”肖平在上述會議上談道。
中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院受國家能源局委托承擔(dān)了我國首個700攝氏度試驗平臺建設(shè)及運行工作。據(jù)了解，該平臺于2014年年底在華能南京電廠安裝建成。截至目前，試驗平臺已完成施工設(shè)計和材料與設(shè)備采購，正在進行生產(chǎn)制造，建成后將完成運行調(diào)試并開展材料及部件的長周期實爐掛片試驗。“在平臺試驗成功的基礎(chǔ)上，我國將適時開展700攝氏度示范機組建設(shè)。”肖平介紹道。
“一次再熱升級也好，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，從長遠來看，我國超超臨界發(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《中國電力報》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)電機組相比，可進一步降低發(fā)電煤耗至少26克/千瓦時以上。”“從目前掌握的資料來看，綜合技術(shù)和經(jīng)濟兩方面的原因，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，歐洲一些國家，還有美國、日本，700攝氏度超超臨界技術(shù)商業(yè)運行最早也需要到2026年。”魏毓璞向記者介紹。
