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我国研发700摄氏度发电技术与国外同步
基于能源结构及电源结构的特点,我国燃煤发电必须坚持走高效低碳之路。因此,700摄氏度发电技术必然是我国火力发电技术的重要发展方向。
2008年,华能集团公司所属的西安热工研究院对700摄氏度机组关键材料进行了预研。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》。该项目于2011年7月正式启动。参与单位几乎囊括了我国发电行业、动力装备制造行业、材料行业以及研究院所等多个相关基础行业的重点单位。作为国家能源煤炭清洁低碳发电技术研发(实验)中心的依托单位,华能集团公司清洁能源技术研究院(以下简称清能院)受国家能源局委托成为项目组织单位,同时承担了我国首个关键部件实炉挂片试验平台的建设及运行工作。
2011年,国家科技部发布《能源技术领域项目征集指南》。其中,洁净煤技术部分专项设立了 《700摄氏度超超临界发电关键技术研究》项目。该项目由华能集团公司及上海电气集团承担,华能集团公司为项目牵头组织单位。
目前,国内700摄氏度技术的研发正按照计划稳步推进,部分领域已经取得阶段性成果。
在挂片试验平台建设方面,相关研究工作由清能院牵头进行,参与单位主要包括华能国际电力股份公司、宝钢、上锅、东锅、哈锅、西安热工院、中南电力设计院、中科院沈阳金属所、太钢等。该试验平台依托华能南京电厂建设,验证部件包括水冷壁、过热器、集箱、高温管道及附件等不同单元,平台最高蒸汽温度达到700摄氏度,流量大于10吨/小时。
正如前面介绍,国际上具有代表性的700摄氏度高温镍基材料主要有两类,一类 是欧洲选用的固溶强化镍基合金,如“Alloy617”;另一类是美国选用的时效强化镍基合金,如“Inconel740H”等。综合考虑两类材料的研究状况、技术基础、发展前景及应用风险,项目组采用了以时效强化合金为主、固溶强化合金为辅的材料选择方案。前者用于制作集箱管道、小管及部分阀门,后者主要用于制作小管。试验材料分别从国内、国外采购,以国产材料为主。
到目前为止,项目组已经完成了试验平台的详细设计及施工设计,正在进行材料及阀门等高温部件的生产、制造及采购工作。按计划,试验平台将于2014年下半年进行安装,2015年6月前完成运行调试并开始进行材料及部件的长周期实炉挂片试验。
在主机方案研究方面,清能院提出了“M”型及倒置型700摄氏度锅炉布置方案,相较传统布置方案,该方案可大大缩短700摄氏度机组主蒸汽管道长度,从而大幅降低电站建设成本,具有显著的创新性和经济性。该方案已经获得国家专利,正在申请国际专利。在此基础上,清能院联合东锅及西北电力设计院,完成了我国第一个700摄氏度紧凑型超超临界煤粉锅炉的初步设计。同时,清能院通过计算对700摄氏度电站热力系统进行了优化分析,分别为700摄氏度湿冷机组和空冷机组制定了一套合理的关键参数,并给出了影响规律和取值依据,得到了许多具有创新性的、有价值的结论。
综上所述,与发展600摄氏度技术不同,我国700摄氏度技术的发展与国外几乎是同步的,没有明显差距。在立足自身发展的基础上,通过吸收国外先进经验,不断创新进取,我国完全有能力在世界上率先掌握700摄氏度发电技术,从而大大推动我国的材料工业、电力工业及装备制造业的发展。可以说,当前是我国自主研发700摄氏度超超临界燃煤发电技术的最佳时期,但700摄氏度技术研究内容多、难度大,是一项复杂的系统工程,需要国家支持,产业协同,产学研用结合。实现700摄氏度超超临界发电技术的工程示范应用,前途光明,任重道远。
(作者系华能清洁能源技术研究院高级工程师)
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