“在推进超超临界火电技术进步的征程上，材料性能、蒸汽温度、技术经济性是三大关键要素。”在近日中国电力科技网举办的高温耐热钢新材料在超(超)临界机组应用技术研讨会上，中国电力科技网CEO魏毓璞向记者表示。
随着材料技术的不断进步和热能动力理论的日臻完善，蒸汽的参数经历了低压、中压、高压、超高压、亚临界、超临界直至超超临界的发展过程。随着能源清洁化的发展要求日益迫切，日臻成熟的超超临界发电技术正在全面登场，700摄氏度超超临界燃煤发电技术研发进程积极推进，在凸现新拐点情况下攻坚克难。
将材料在更多电厂进行实验
“国外尤其是欧洲国家针对700摄氏度机组进行了较为深入的研究，由于材料问题，示范机组的建设计划被延后。”中国华能集团清洁能源技术研究院副院长肖平在上述会议上介绍。
“发展超超临界机组最大的制约因素还是材料，是新型耐热钢。”华能玉环电厂金属监督专工熊伟在上述会议上向记者介绍。熊伟所在的华能玉环电厂是我国首个超超临界百万机组电厂，截至目前，首台机组运行时间近9年。
“新型耐热钢在百万机组中应用时间还比较短，还是处于摸索、完善阶段，运用经验还是比较欠缺，各类大大小小的缺陷还是时有发生。新型耐热钢组织老化、性能劣化和氧化皮生长机理等规律尚不清楚，为保障电厂安全运行，需进行持续的跟踪研究。”魏毓璞谈道。
P92类材料是发展超超临界机组的关键材料之一，业内专家期待尽快解决其存在的相关问题。针对材料硬度问题，中国国电集团专家周江谈道：“目前在用的超超临界机组中大量存在P92类材料的硬度低于标准值的问题，严重制约锅炉的安全运行。”在使用温度方面，华电电科院材料技术部主任张锦文表示：“目前国内外规范对于P92类材料的最高使用温度存在一定争议，国内特设规《锅炉安全技术监察规程》规定其使用上限为630摄氏度，而ASME规范《锅炉及压力容器规范案例2013》推荐温度使用上限为649摄氏度。”“要建设高效超超临界火电机组锅炉，保证高温段过热器和再热器安全运行，需要寻找新材料以满足要求。新选择的材料应是综合性能优异、实验数据充分、国际标准认可且具有商业化业绩的奥氏体耐热钢。”山特维克大中华区管材业务总经理赵东华在接受记者采访时表示。
据记者了解，近日通过全国锅炉压力容器标准化技术委员会评审鉴定的山特维克Sanicro25钢，是瑞典山特维克公司研发的新型奥氏体耐热钢，可以应用于更高参数的超(超)临界锅炉的过热器和再热器。“如果工况能够继续提高到650、700摄氏度，Sanicro25将会有更大发挥空间。”西安热工研究院有限公司电站材料技术部副总工程师周荣灿表示。
“尽管发达国家在材料试验研究方面还在不断进行，但对工程的开展和投入远远还是未知数。”中国电力工程顾问集团公司副总工程师龙辉表示，我国已经投入一定的资金开发了铁镍基合金，建议将其在更多的电厂进行实验，为工程应用创造条件。
650摄氏度火电技术提出
“当前，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，建议利用国内外已有的材料，开发研究650摄氏度左右超超临界机组。
这样不仅使机组造价大幅降低，而且为建设700摄氏度超超临界机组打好更深的基础，同时也可以在目前基础上进一步降低煤耗。”龙辉建议。
近10年来，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。相关资料显示，截至2014年6月，我国已投入运行的600摄氏度、100万千瓦超超临界机组达67台，其发展速度、装机容量和机组数量均已跃居世界首位。
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》。
主蒸汽管道是火电厂最重要的管道之一，先进超超临界机组的主蒸汽管道的运行温度达到700摄氏度，运行参数大幅度提高。“国内外相关设计规范都没有明确在700摄氏度如此高参数下主蒸汽管道设计温度和设计压力的计算方法，因此对于700摄氏度超超临界机组的主蒸汽管道设计参数的选取有必要进行讨论。”华东电力设计院副总工程师叶勇健在上述会议上提出。
据了解，国内700摄氏度超超临界技术尚处于前期研发阶段，设备制造和系统布置方案尚未确定。针对目前700摄氏度超超临界机组的研究现状，全国锅炉压力容器标准化技术委员会委员张显提出：“距离700摄氏度技术成熟及投入商业运行还有很长的路，目前既能采用成熟技术，又能提高电站经济性的措施，应为超超临界参数上采用二次再热技术。”张显也认为，目前比较稳妥地做法是先研发650摄氏度超超临界机组作为向700摄氏度进军的过渡。
二次再热机组通过采用两级蒸汽再热提升卡诺循环效率，以提高机组经济性。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。
据不完全统计，全世界有约52台二次再热超(超)临界机组投入运行，美国、德国、日本、丹麦等国家均开发并投运了二次再热超(超)临界火电机组，其中34台为燃煤机组。在参数上达到超超临界机组参数的仅有1台。
“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。
700摄氏度技术前景可期
“700摄氏度超超临界燃煤机组是我国高效清洁煤电发电技术的必然选择。
700摄氏度火电技术在我国有光明的发展前景。”肖平在上述会议上谈道。
中国华能集团清洁能源技术研究院受国家能源局委托承担了我国首个700摄氏度试验平台建设及运行工作。据了解，该平台于2014年年底在华能南京电厂安装建成。截至目前，试验平台已完成施工设计和材料与设备采购，正在进行生产制造，建成后将完成运行调试并开展材料及部件的长周期实炉挂片试验。“在平台试验成功的基础上，我国将适时开展700摄氏度示范机组建设。”肖平介绍道。
“一次再热升级也好，二次再热也好，只是短期内超超临界发电技术的改进，从长远来看，我国超超临界发电技术要在700摄氏度上研发出成果，步伐要加快，力度要加大。”张显向记者表示。
龙辉向记者介绍：“700摄氏度、一次/二次再热超超临界机组效率均将提高至50%以上，与目前600摄氏度、一次/二次再热超超临界发电机组相比，可进一步降低发电煤耗至少26克/千瓦时以上。”“从目前掌握的资料来看，综合技术和经济两方面的原因，欧洲至少要在2018年以后开展700摄氏度超超临界工程示范。按相关分析，欧洲一些国家，还有美国、日本，700摄氏度超超临界技术商业运行最早也需要到2026年。”魏毓璞向记者介绍。
