中電觀察:超超臨界火電技術研發遇新拐點

2020-11-25 中國電力新聞網

  700攝氏度超超臨界技術還有很長的路建議開發研究650攝氏度超超臨界機組

中國電力報 中電新聞網記者馮義軍

    「在推進超超臨界火電技術進步的徵程上,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展過程。隨著能源清潔化的發展要求日益迫切,日臻成熟的超超臨界發電技術正在全面登場,700攝氏度超超臨界燃煤發電技術研發進程積極推進,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,由於材料問題,示範機組的建設計劃被延後。」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。」華能玉環電廠金屬監督專工熊偉在上述會議上向記者介紹。熊偉所在的華能玉環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,還是處於摸索、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生。新型耐熱鋼組織老化、性能劣化和氧化皮生長機理等規律尚不清楚,為保障電廠安全運行,需進行持續的跟蹤研究。」魏毓璞談道。

  P92類材料是發展超超臨界機組的關鍵材料之一,業內專家期待儘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類材料的硬度低於標準值的問題,嚴重製約鍋爐的安全運行。」在使用溫度方面,華電電科院材料技術部主任張錦文表示:「目前國內外規範對於P92類材料的最高使用溫度存在一定爭議,國內特設規《鍋爐安全技術監察規程》規定其使用上限為630攝氏度,而ASME規範《鍋爐及壓力容器規範案例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異、實驗數據充分、國際標準認可且具有商業化業績的奧氏體耐熱鋼。」山特維克大中華區管材業務總經理趙東華在接受記者採訪時表示。

  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鑑定的山特維克Sanicro25鋼,是瑞典山特維克公司研發的新型奧氏體耐熱鋼,可以應用於更高參數的超(超)臨界鍋爐的過熱器和再熱器。「如果工況能夠繼續提高到650、700攝氏度,Sanicro25將會有更大發揮空間。」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。

  「儘管發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汙染物排放,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。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電技術創新聯盟」,並依據《「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範》。

  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。「國內外相關設計規範都沒有明確在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,因此對於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於前期研發階段,設備製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運行還有很長的路,目前既能採用成熟技術,又能提高電站經濟性的措施,應為超超臨界參數上採用二次再熱技術。」張顯也認為,目前比較穩妥地做  法是先研發650攝氏度超超臨界機組作為向700攝氏度進軍的過渡。

  二次再熱機組通過採用兩級蒸汽再熱提升卡諾循環效率,以提高機組經濟性。採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、丹麥等國家均開發並投運了二次再熱超(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、設計和製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範工程的開發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電技術的必然選擇。

  700攝氏度火電技術在我國有光明的發展前景。」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  受國家能源局委託承擔了我國首個700攝氏度試驗平臺建設及運行工作。據了解,該平臺於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採購,正在進行生產製造,建成後將完成運行調試並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攝氏度示範機組建設。」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電技術的改進,從長遠來看,我國超超臨界發電技術要在700攝氏度上研發出成果,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電機組相比,可進一步降低發電煤耗至少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年以後開展700攝氏度超超臨界工程示範。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運行最早也需要到2026年。」魏毓璞向記者介紹。

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