無損檢測可能涉及到的知識——700℃超超臨界燃煤發電機組

據統計，目前全世界已投入運行的超臨界及以上參數的發電機組大約有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

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

燃煤發電機組運行過程中，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：一是常規超臨界燃煤發電機組，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℃超超臨界燃煤發電機組是超超臨界發電技術發展前沿。在超臨界與超超臨界狀態，水由液態直接成為汽態，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℃超超臨界發電技術相比，700℃超超臨界燃煤發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%。

不同參數燃煤發電機組的熱效率和煤耗

參數名稱	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℃超超臨界燃煤發電技術發展情況

1.發展方向。我國自1993年開始研究超超臨界發電技術，目前經歷了17年的發展歷程，成功開發了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，超超臨界燃煤發電技術只是潔凈燃煤發電技術發展的初級階段，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℃超超臨界燃煤發電技術是潔凈燃煤發電技術和裝備的根本出路。

2.所用材料。按照參數和材料劃分，燃煤發電技術和產品百年發展可劃分為三個里程碑：①常規鐵素體材料經歷了近百年的發展歷程，達到超臨界參數——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展起來，被視為600℃超超臨界的發展階段；③今后將迎來潔凈燃煤發電技術發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℃超超臨界燃煤發電設備的產業化，起步參數壓力≥35MPa，溫度≥700℃。

各類別燃煤發電技術指標

發電技術	超臨界	超超臨界	700℃超超臨界
汽輪機材料	常規鐵素體鋼	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	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
經濟效益（元）	基準	1.6～3.8億	9～13.5億

3.參數選擇。700℃超超臨界燃煤發電機組三個國際研發計劃中，設定的最低起步參數為壓力≥35 MPa，溫度≥700℃/720℃。以歐盟AD700的17年計劃為例，其發展目標為37.5MPa/705℃/700℃,西門子樣板示范機組的參數為35 MPa/700℃/720℃；日本2008年開始的九年發展700℃超超臨界計劃中確定2016年完成35MPa/700℃/720℃/720℃產品的設計，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更高，為37.9MPa/732℃/760℃。

我國確定的起步壓力參數為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。燃煤電廠蒸汽參數達到700℃需要解決一系列的技術問題：高溫材料的研發及長期使用的性能；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及焊接工藝；高溫材料的檢驗技術；機組初參數選擇、系統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）

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

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1、近日，國家能源局局長劉鐵男督促有關各方“盡快實現700攝氏度超超臨界發電技術產業化”。
2、 劉鐵男稱“關系國家能源安全” 業內稱主要發展瓶頸在材料
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，在高溫狀態下，其強度將大幅下降，溫度繼續上升甚至會崩潰。此外，隨著時間的推移，在高溫高壓下，材料還會出現蠕變，變形越來越厲害，直至失效。”
4、據一位熟知發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電機組在使用特殊合金上得需要成百上千噸，如果大規模工業化生產，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、 中投顧問冶金行業研究員安海軒指出，目前中國并不具備對于即將研發的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，還處于探索研發階段。
    據一位冶金業人士稱，“中國的冶金行業非常不值得驕傲。”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380億支圓珠筆，是全球第一大圓珠筆生產大國，但中國的“筆尖珠芯近90%來自進口。”
    一個號稱能夠生產龍芯的國家，為了一個圓珠筆芯，居然得讓科技部啟動“制筆行業關鍵材料及制備技術研發與產業化”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國產化，主要還處于研發試驗階段。”
    上述國外咨詢機構的能源電力部門咨詢經理稱，“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權的產品。

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，相控陣可實現分區掃查

關鍵技術：
1、冶金
2、焊接
3，奧氏體超聲檢測，相控陣自動化分區掃查

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