“距离700摄氏度超超临界机组建设和投运还有相当一段时间。在这段时间内，充分利用国内外已有的新型高温合金材料，研究650摄氏度左右超超临界机组的工程应用。同时，进一步开展700摄氏度超超临界火电机组锅炉、汽轮机及主系统的设计，新材料的研发、测试、焊接材料选择和部件试验。”中国电力工程顾问集团有限公司副总工程师龙辉在近日由中国电力科技网召开的火电厂金属材料与焊接技术交流2016年会上表示。
我国已是全球超超临界机组最多的国家，数量远超其他国家的总和。自2006年11月华能玉环电厂1号百万机组投运至今，我国超超临界发电技术经历了10年的引进消化发展，走到了通过自主研发进行升级换代的十字路口。
“700摄氏度”对于火电来说意味着更高的效率。在向“700摄氏度”进军的征程上，随着能源清洁高效的发展要求日益迫切，超超临界发电技术正进入前所未有的攻坚期。
“700摄氏度”遇难题
中间参数成过渡
“630~650摄氏度机组成下一步火电建设重要目标。”北京科技大学教授、博士生导师谢锡善在上述会议上表示。
从目前世界火力发电技术水平，以及热力学理论来看，提高火力发电厂效率的主要途径是提高工作介质(蒸汽)的参数，即提高蒸汽温度和压力。
为进一步降低能耗和减少污染物排放，改善环境，我国常规火电技术飞速向更高参数的超超临界的技术方向发展。近年来，火电机组结构持续优化，超临界、超超临界机组比例明显提高，单机30万千瓦及以上机组比重上升到78.6%；单机60万千瓦及以上机组比重明显提升，达到41%。截至去年底，已投入运行的600摄氏度、100万千瓦超超临界机组达86台，占煤电总容量的11%。
“我国已经不再批准建设600摄氏度超超临界机组。”谢锡善向记者分析道。当前，我国燃煤电站高的设计参数为31兆帕/600摄氏度/620摄氏度/620摄氏度。发展高参数大机组，是国家节能减排战略的关键组成部分。《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014~2020年）》要求，新建燃煤发电项目原则上采用60万千瓦及以上超超临界机组。
多年来，关于700摄氏度的研究一直在推进。2010年，国家能源局组织成立了“国家700摄氏度超超临界燃煤发电技术创新联盟”，并依据《“十二五”国家能源发展规划》和《“十二五”能源科技发展规划》设立了国家能源领域重点项目《国家700摄氏度超超临界燃煤发电关键技术与设备研发及应用示范》。
“受制于700摄氏度高镍基材料研发难度的困扰和700摄氏度机组的性价比问题，预计国内外700摄氏度机组的投运将至少推迟至2026年以后。”龙辉在上述会议上表示。
据龙辉介绍，由于700摄氏度机组的核心技术是超级镍基合金部件的商业化开发，目前存在技术上和成本上的难题，国外一些公司和研究机构已经着手研究开发650摄氏度等级机组和相关材料。国内一些发电集团、材料研究机构和主机制造厂也开始着手这方面的研究工作。
面对我国环境保护的巨大压力，在“700摄氏度”技术成熟以前，研发大容量高效燃煤发电技术对我国提出节能减排和可持续发展的目标具有现实意义。记者注意到，《电力发展“十三五”规划》在“清洁高效发电技术”中指出：“全面掌握拥有自主知识产权的超超临界机组设计、制造技术；以高温材料为重点，加快攻关700摄氏度超超临界发电技术；研究开展中间参数等级示范，实现发电效率突破50%。”
相关资料显示，神华国华电力公司拟开发的机组设计参数为35兆帕/610摄氏度/630摄氏度/630摄氏度，中国电力顾问集团公司准备开发35兆帕等级（32~38兆帕），650摄氏度等级（630~670摄氏度）新型高效超超临界机组。
融合“二次再热”技术
激活材料性能
燃煤发电的发展需要一个逐渐前进的过程，性能优异的高温材料是电站技术提升的基础。
“高温部件用钢及焊接技术成为发展超（超）临界机组的技术核心。”原电力部金属材料焊接资深专家杨富在上述会议上表示，蒸汽参数提高，对高温部件用钢，尤其是材料的高温强度、高温抗腐蚀、抗氧化能力，冷、热加工性能及焊接技术提出更高、更新要求。
据河南理工大学教授陈思杰介绍，目前应用于超超临界锅炉的新型马氏体耐热钢、奥氏体耐热钢，多数在国内是首次使用。据了解，为了发展更高参数的发电机组，北京科技大学教授谢锡善研发了SP2215新型奥氏体耐热钢，中科院研究员单以银最新研发了SIMP马氏体耐热钢等。
“Sanicro25是现有奥氏体钢中具有较好的抗蒸汽氧化及抗高温煤灰腐蚀性能的材料，对于增加锅炉寿命、提高安全性具有重要意义。这些性能使得其作为高效率火电厂金属温度达到700摄氏度的再热器和过热器的优选材料。”山特维克国际贸易（上海）有限公司煤电技术经理毕艳艳表示。
在国家电力投资集团中央研究院迟成宇看来，燃煤电站的建设与运营是一个系统工程，材料的研发、评价、制造、部件考核需要产学研用结合共同攻关解决问题。“既要开发新材料，又要充分发掘材料的性能，根据使用条件不同，选择合适的材料。”
“通过多年的发展，介质温度为600～620摄氏度的高温材料在锅炉、汽轮机、阀门及管道各方面已有良好的运行业绩，证明其具有良好的可靠性。介质温度超过620摄氏度的高温材料尚在开发中，尚待小规模工程的试验验证。”龙辉向记者介绍道。
据了解，已经投运的华能南京电厂700摄氏度关键部件验证试验平台实现700摄氏度稳定运行，将对国内外近十种不同牌号的高温合金材料及关键部件进行实炉验证试验。
“结合二次再热系统、紧凑型布置等技术，掌握超超临界二次再热机组相关系统、布置、设备、安装、运行的核心技术，可形成我国自主开发、设计和制造超超临界二次再热机组的能力，为未来700摄氏度超超临界燃煤发电机组示范工程的开发建设打下坚实的基础。”龙辉表示。
采用二次再热技术以提高机组效率是一项从上世纪50年代就开始研究应用的技术。进入21世纪第二个10年以来，国际上对燃煤火电机组节能减排的要求日益严格，国内外发电企业和主机制造企业不约而同地重新开展了二次再热机组的研发。“欧盟、美国和日本的‘700摄氏度’计划的主机方案，无一例外地将二次再热机组作为主要技术路线。”中国电力科技网CEO魏毓璞在接受记者采访时表示，二次再热、高参数成为高效超超临界火电机组的主要方向之一。
