無損檢測可能涉及到的知識——700℃超超臨界燃煤發(fā)電機組

據(jù)統(tǒng)計，目前全世界已投入運行的超臨界及以上參數(shù)的發(fā)電機組大約有600余臺，其中美國約有170臺，日本和歐洲各約60臺，俄羅斯及原東歐國家280余臺。

未來發(fā)展方向是進一步提高溫度和壓力，制造700℃超超臨界機組，目前歐盟、日本和美國等在此領域處于領先地位。   

一、概念

燃煤發(fā)電機組是將煤燃燒產(chǎn)生的熱能通過發(fā)電動力裝置（電廠鍋爐、汽輪機和發(fā)電機及其輔助裝置等）轉換成電能。燃煤發(fā)電機組主要由燃燒系統(tǒng)（以鍋爐為核心）、汽水系統(tǒng)（主要由各類泵、給水加熱器、凝汽器、管道、水冷壁等組成）、發(fā)電系統(tǒng)（汽輪機、汽輪發(fā)電機）和控制系統(tǒng)等組成。燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)由熱能、機械能到電能的轉變，控制系統(tǒng)保證各系統(tǒng)安全、合理、經(jīng)濟運行。

燃煤發(fā)電機組運行過程中，鍋爐內工質都是水，水的臨界點壓力為22.12MPa，溫度374.15℃；在這個壓力和溫度時，水和蒸汽的密度是相同的，就叫水的臨界點。超臨界機組是指主蒸汽壓力大于水的臨界壓力22.12 MPa的機組，而亞臨界機組是指主蒸汽壓力低于這個臨界壓力的機組，通常出口壓力在15.7～19.6 MPa。習慣上，又將超臨界機組分為兩個類型：一是常規(guī)超臨界燃煤發(fā)電機組，其主蒸汽壓力一般為24兆帕左右，主蒸汽和再熱蒸汽溫度為566～593℃；二是超超臨界燃煤發(fā)電機組，其主蒸汽壓力為25～35 MPa及以上，主蒸汽和再熱蒸汽溫度一般600℃以上，700℃超超臨界燃煤發(fā)電機組是超超臨界發(fā)電技術發(fā)展前沿。在超臨界與超超臨界狀態(tài)，水由液態(tài)直接成為汽態(tài)，即由濕蒸汽直接成為過熱蒸汽、飽和蒸汽，熱效率較高，因此，超超臨界機組具有煤耗低、環(huán)保性能好和技術含量高的特點，且溫度越高，熱效率越高，煤耗越少。例如，與600℃超超臨界發(fā)電技術相比，700℃超超臨界燃煤發(fā)電技術的供電效率將提高至50%，每千瓦時煤耗可再降低近70克，二氧化碳排放減少14%。

不同參數(shù)燃煤發(fā)電機組的熱效率和煤耗

參數(shù)名稱	蒸汽溫度（℃）	蒸汽壓力（MPa）	熱效率（%）	煤耗（g/kWh）
中溫中壓	435	35	24	480
高溫高壓	500	90	33	390
超高壓	535	13	35	360
亞臨界	545	17	38	324
超臨界	566	24	41	300
超超臨界	600	27	43	284
700℃超超臨界	700	35	46以上	210

二、700℃超超臨界燃煤發(fā)電技術發(fā)展情況

1.發(fā)展方向。我國自1993年開始研究超超臨界發(fā)電技術，目前經(jīng)歷了17年的發(fā)展歷程，成功開發(fā)了600℃和625℃兩個溫度等級的先進鐵素體材料。與超臨界相比，超超臨界發(fā)電技術的熱效率提高了2%，每千瓦時煤耗降低了16克。由于先進鐵素體材料性能的限制，超超臨界燃煤發(fā)電技術只是潔凈燃煤發(fā)電技術發(fā)展的初級階段，尚不能達到與IGCC競爭的目標。因此，以奧氏體及鎳合金材料為基礎的700℃超超臨界燃煤發(fā)電技術是潔凈燃煤發(fā)電技術和裝備的根本出路。

2.所用材料。按照參數(shù)和材料劃分，燃煤發(fā)電技術和產(chǎn)品百年發(fā)展可劃分為三個里程碑：①常規(guī)鐵素體材料經(jīng)歷了近百年的發(fā)展歷程，達到超臨界參數(shù)——壓力24.2MPa，溫度566℃；② 1993年以先進鐵素體材料為基礎的潔凈燃煤技術發(fā)展起來，被視為600℃超超臨界的發(fā)展階段；③今后將迎來潔凈燃煤發(fā)電技術發(fā)展最為關鍵的第三階段，即奧氏體及鎳合金材料為基礎的700℃超超臨界燃煤發(fā)電設備的產(chǎn)業(yè)化，起步參數(shù)壓力≥35MPa，溫度≥700℃。

各類別燃煤發(fā)電技術指標

發(fā)電技術	超臨界	超超臨界	700℃超超臨界
汽輪機材料	常規(guī)鐵素體鋼	先進鐵素體鋼 9%～10%Cr	奧氏體及鎳合金材料
鍋爐材料	9%～18%Cr	18%～25%Cr
參數(shù)	24.2MPa	25～30MPa	≥35 MPa ≥700℃/720℃
降低熱耗和CO2排放	基準	1.8%～4.2%	≥10%
電廠熱效率	41%	43%	46%以上
經(jīng)濟效益（元）	基準	1.6～3.8億	9～13.5億

3.參數(shù)選擇。700℃超超臨界燃煤發(fā)電機組三個國際研發(fā)計劃中，設定的最低起步參數(shù)為壓力≥35 MPa，溫度≥700℃/720℃。以歐盟AD700的17年計劃為例，其發(fā)展目標為37.5MPa/705℃/700℃,西門子樣板示范機組的參數(shù)為35 MPa/700℃/720℃；日本2008年開始的九年發(fā)展700℃超超臨界計劃中確定2016年完成35MPa/700℃/720℃/720℃產(chǎn)品的設計，2020年達到750℃，及進一步800℃的目標；美國AD760計劃確定的起步參數(shù)更高，為37.9MPa/732℃/760℃。

我國確定的起步壓力參數(shù)為35～37.5 MPa，溫度為700℃/720℃。

4.機組容量。由于汽缸排氣能力等因素，700℃超超臨界機組的單機容量將受到限制。例如，日本確立的機組容量為650MW，歐洲超臨界機組采用單軸承支撐，可采用更多汽缸，機組的容量在400～1000MW。

5.技術難點。燃煤電廠蒸汽參數(shù)達到700℃需要解決一系列的技術問題：高溫材料的研發(fā)及長期使用的性能；大口徑高溫材料管道的制造及加工工藝；高溫材料大型鑄、鍛件的制造工藝；鍋爐、汽輪機設計、制造技術；高溫部件焊接材料研發(fā)及焊接工藝；高溫材料的檢驗技術；機組初參數(shù)選擇、系統(tǒng)集成設計及減少高溫管道用量的緊湊型布置設計。（未完待續(xù)）

                  來源： 國家重大技術裝備網(wǎng) 提供：國家能源局  有刪節(jié)

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關鍵技術：
1、冶金
2、焊接
3，奧氏體超聲檢測，相控陣自動化分區(qū)掃查

關鍵技術：
1、冶金
2、焊接
鎳基合金奧氏體粗大晶粒超聲檢測，相控陣可實現(xiàn)分區(qū)掃查

1、近日，國家能源局局長劉鐵男督促有關各方“盡快實現(xiàn)700攝氏度超超臨界發(fā)電技術產(chǎn)業(yè)化”。
2、 劉鐵男稱“關系國家能源安全” 業(yè)內稱主要發(fā)展瓶頸在材料
3、專家稱，“700度需要采用超級鎳基合金。這種材料不能稱為合金鋼，因為其中的主要成分不是鐵，而是鎳。在該技術條件下，溫度是對材料最大的考驗。比如說合金鋼，在高溫狀態(tài)下，其強度將大幅下降，溫度繼續(xù)上升甚至會崩潰。此外，隨著時間的推移，在高溫高壓下，材料還會出現(xiàn)蠕變，變形越來越厲害，直至失效。”
4、據(jù)一位熟知發(fā)電設備領域的相關人士稱，國外某一流電力設備制造商曾經(jīng)嘗試過用超級鎳基合金造了兩個缸，但是報廢了，這說明其也未能掌握這種材料的屬性。另外焊接也是考驗。“歐洲本來計劃2011年在德國開始建設一個55萬千瓦采用700度超超臨界發(fā)電技術的電廠，但是去年宣布因為材料和造價問題無法解決，不得不推遲3年。”
    一位不愿具名的電力從業(yè)人員稱，目前700度超級鎳基合金的大口徑、厚管壁的制造和焊接工藝不過關。另外，價格奇貴，每噸單價是600度超超臨界合金材料的9倍。鎳是稀有金屬，一個百萬千瓦級別的發(fā)電機組在使用特殊合金上得需要成百上千噸，如果大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，這可能會形成資源瓶頸問題。
5、一位資深電力專家稱，700攝氏度超超臨界的關鍵材料，目前主流的是超級鎳基合金，從1998年開始，歐洲對于這種超級鎳基合金便已進行了超過10萬小時的仿真實驗，而中國才剛剛起步，因此從時間上看是任重道遠。
6、 中投顧問冶金行業(yè)研究員安海軒指出，目前中國并不具備對于即將研發(fā)的700度超超臨界火電機組所需用到的超級鎳基合金的制造能力，還處于探索研發(fā)階段。
    據(jù)一位冶金業(yè)人士稱，“中國的冶金行業(yè)非常不值得驕傲。”僅以圓珠筆為例，科技部部長萬鋼在今年兩會結束時曾表示，中國每年生產(chǎn)380億支圓珠筆，是全球第一大圓珠筆生產(chǎn)大國，但中國的“筆尖珠芯近90%來自進口。”
    一個號稱能夠生產(chǎn)龍芯的國家，為了一個圓珠筆芯，居然得讓科技部啟動“制筆行業(yè)關鍵材料及制備技術研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”國家科技支撐計劃重點項目。
7、“雖然中國在超超臨界機組取得了舉世矚目的發(fā)展，但關鍵零部件和原材料主要依靠進口，對新型耐高溫材料的加工工藝性能和應用性能還沒完全掌握，600度等級新型耐熱鋼尚未實現(xiàn)國產(chǎn)化，主要還處于研發(fā)試驗階段。”
    上述國外咨詢機構的能源電力部門咨詢經(jīng)理稱，“別說管道材料了，就連變壓器里面好點的硅鋼片中國都要進口。”一位電力人士也向早報記者表示，這次能源局開會去的都是電力界的，思路是倒置的。
7、或許意味著，中國的700攝氏度超超臨界燃煤技術可能會走中國特色的高鐵道路——雖然不少設備、材料需要進口，但這依舊是擁有自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品。

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