700攝氏度超超臨界技術還有很長的路 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進步的征程上，材料性能、蒸汽溫度、技術經濟性是三大關鍵要素。”在近日中國電力科技網舉辦的高溫耐熱鋼新材料在超（超）臨界機組應用技術研討會上，中國電力科技網CEO魏毓璞向《中國電力報》記者表示。
隨著材料技術的不斷進步和熱能動力理論的日臻完善，蒸汽的參數經歷了低壓、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)電技術正在全面登場，700攝氏度超超臨界燃煤發(fā)電技術研發(fā)進程積極推進，在凸現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，示范機組的建設計劃被延后。”中國華能集團清潔能源技術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用時間還比較短，還是處于摸索、完善階段，運用經驗還是比較欠缺，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鍵材料之一，業(yè)內專家期待盡快解決其存在的相關問題。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部主任張錦文表示：“目前國內外規(guī)范對于P92類材料的最高使用溫度存在一定爭議，國內特設規(guī)《鍋爐安全技術監(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。新選擇的材料應是綜合性能優(yōu)異、實驗數據充分、國際標準認可且具有商業(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)務總經理趙東華在接受記者采訪時表示。
據記者了解，近日通過全國鍋爐壓力容器標準化技術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，可以應用于更高參數的超（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。”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，為工程應用創(chuàng)造條件。
650攝氏度火電技術提出
“當前，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，建議利用國內外已有的材料，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700攝氏度超超臨界機組打好更深的基礎，同時也可以在目前基礎上進一步降低煤耗。”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)火電技術飛速向更高參數的超超臨界的技術方向發(fā)展。相關資料顯示，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)電技術創(chuàng)新聯盟”，并依據《“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(fā)電關鍵技術與設備研發(fā)及應用示范》。
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，運行參數大幅度提高。“國內外相關設計規(guī)范都沒有明確在700攝氏度如此高參數下主蒸汽管道設計溫度和設計壓力的計算方法，因此對于700攝氏度超超臨界機組的主蒸汽管道設計參數的選取有必要進行討論。”華東電力設計院副總工程師葉勇健在上述會議上提出。
據了解，國內700攝氏度超超臨界技術尚處于前期研發(fā)階段，設備制造和系統布置方案尚未確定。針對目前700攝氏度超超臨界機組的研究現狀，全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會委員張顯提出：“距離700攝氏度技術成熟及投入商業(yè)運行還有很長的路，目前既能采用成熟技術，又能提高電站經濟性的措施，應為超超臨界參數上采用二次再熱技術。”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，以提高機組經濟性。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。
據不完全統計，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。在參數上達到超超臨界機組參數的僅有1臺。
“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(fā)、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(fā)電機組示范工程的開發(fā)建設打下堅實的基礎。”龍輝表示。
700攝氏度技術前景可期
“700攝氏度超超臨界燃煤機組是我國高效清潔煤電發(fā)電技術的必然選擇。
700攝氏度火電技術在我國有光明的發(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研究院受國家能源局委托承擔了我國首個700攝氏度試驗平臺建設及運行工作。據了解，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計和材料與設備采購，正在進行生產制造，建成后將完成運行調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上，我國將適時開展700攝氏度示范機組建設。”肖平介紹道。
“一次再熱升級也好，二次再熱也好，只是短期內超超臨界發(fā)電技術的改進，從長遠來看，我國超超臨界發(fā)電技術要在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，綜合技術和經濟兩方面的原因，歐洲至少要在2018年以后開展700攝氏度超超臨界工程示范。按相關分析，歐洲一些國家，還有美國、日本，700攝氏度超超臨界技術商業(yè)運行最早也需要到2026年。”魏毓璞向記者介紹。
