无损检测可能涉及到的知识——700℃超超临界燃煤发电机组

据统计，目前全世界已投入运行的超临界及以上参数的发电机组大约有600余台，其中美国约有170台，日本和欧洲各约60台，俄罗斯及原东欧国家280余台。

未来发展方向是进一步提高温度和压力，制造700℃超超临界机组，目前欧盟、日本和美国等在此领域处于领先地位。   

一、概念

燃煤发电机组是将煤燃烧产生的热能通过发电动力装置（电厂锅炉、汽轮机和发电机及其辅助装置等）转换成电能。燃煤发电机组主要由燃烧系统（以锅炉为核心）、汽水系统（主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成）、发电系统（汽轮机、汽轮发电机）和控制系统等组成。燃烧系统和汽水系统产生高温高压蒸汽，发电系统实现由热能、机械能到电能的转变，控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。

燃煤发电机组运行过程中，锅炉内工质都是水，水的临界点压力为22.12MPa，温度374.15℃；在这个压力和温度时，水和蒸汽的密度是相同的，就叫水的临界点。超临界机组是指主蒸汽压力大于水的临界压力22.12 MPa的机组，而亚临界机组是指主蒸汽压力低于这个临界压力的机组，通常出口压力在15.7～19.6 MPa。习惯上，又将超临界机组分为两个类型：一是常规超临界燃煤发电机组，其主蒸汽压力一般为24兆帕左右，主蒸汽和再热蒸汽温度为566～593℃；二是超超临界燃煤发电机组，其主蒸汽压力为25～35 MPa及以上，主蒸汽和再热蒸汽温度一般600℃以上，700℃超超临界燃煤发电机组是超超临界发电技术发展前沿。在超临界与超超临界状态，水由液态直接成为汽态，即由湿蒸汽直接成为过热蒸汽、饱和蒸汽，热效率较高，因此，超超临界机组具有煤耗低、环保性能好和技术含量高的特点，且温度越高，热效率越高，煤耗越少。例如，与600℃超超临界发电技术相比，700℃超超临界燃煤发电技术的供电效率将提高至50%，每千瓦时煤耗可再降低近70克，二氧化碳排放减少14%。

不同参数燃煤发电机组的热效率和煤耗

参数名称	蒸汽温度（℃）	蒸汽压力（MPa）	热效率（%）	煤耗（g/kWh）
中温中压	435	35	24	480
高温高压	500	90	33	390
超高压	535	13	35	360
亚临界	545	17	38	324
超临界	566	24	41	300
超超临界	600	27	43	284
700℃超超临界	700	35	46以上	210

二、700℃超超临界燃煤发电技术发展情况

1.发展方向。我国自1993年开始研究超超临界发电技术，目前经历了17年的发展历程，成功开发了600℃和625℃两个温度等级的先进铁素体材料。与超临界相比，超超临界发电技术的热效率提高了2%，每千瓦时煤耗降低了16克。由于先进铁素体材料性能的限制，超超临界燃煤发电技术只是洁净燃煤发电技术发展的初级阶段，尚不能达到与IGCC竞争的目标。因此，以奥氏体及镍合金材料为基础的700℃超超临界燃煤发电技术是洁净燃煤发电技术和装备的根本出路。

2.所用材料。按照参数和材料划分，燃煤发电技术和产品百年发展可划分为三个里程碑：①常规铁素体材料经历了近百年的发展历程，达到超临界参数——压力24.2MPa，温度566℃；② 1993年以先进铁素体材料为基础的洁净燃煤技术发展起来，被视为600℃超超临界的发展阶段；③今后将迎来洁净燃煤发电技术发展最为关键的第三阶段，即奥氏体及镍合金材料为基础的700℃超超临界燃煤发电设备的产业化，起步参数压力≥35MPa，温度≥700℃。

各类别燃煤发电技术指标

发电技术	超临界	超超临界	700℃超超临界
汽轮机材料	常规铁素体钢	先进铁素体钢 9%～10%Cr	奥氏体及镍合金材料
锅炉材料	9%～18%Cr	18%～25%Cr
参数	24.2MPa	25～30MPa	≥35 MPa ≥700℃/720℃
降低热耗和CO2排放	基准	1.8%～4.2%	≥10%
电厂热效率	41%	43%	46%以上
经济效益（元）	基准	1.6～3.8亿	9～13.5亿

3.参数选择。700℃超超临界燃煤发电机组三个国际研发计划中，设定的最低起步参数为压力≥35 MPa，温度≥700℃/720℃。以欧盟AD700的17年计划为例，其发展目标为37.5MPa/705℃/700℃,西门子样板示范机组的参数为35 MPa/700℃/720℃；日本2008年开始的九年发展700℃超超临界计划中确定2016年完成35MPa/700℃/720℃/720℃产品的设计，2020年达到750℃，及进一步800℃的目标；美国AD760计划确定的起步参数更高，为37.9MPa/732℃/760℃。

我国确定的起步压力参数为35～37.5 MPa，温度为700℃/720℃。

4.机组容量。由于汽缸排气能力等因素，700℃超超临界机组的单机容量将受到限制。例如，日本确立的机组容量为650MW，欧洲超临界机组采用单轴承支撑，可采用更多汽缸，机组的容量在400～1000MW。

5.技术难点。燃煤电厂蒸汽参数达到700℃需要解决一系列的技术问题：高温材料的研发及长期使用的性能；大口径高温材料管道的制造及加工工艺；高温材料大型铸、锻件的制造工艺；锅炉、汽轮机设计、制造技术；高温部件焊接材料研发及焊接工艺；高温材料的检验技术；机组初参数选择、系统集成设计及减少高温管道用量的紧凑型布置设计。（未完待续）

                  来源： 国家重大技术装备网 提供：国家能源局  有删节

支持一下。

{:soso_e179:}

恩等待{:soso_e101:}

{:soso_e163:}

1、近日，国家能源局局长刘铁男督促有关各方“尽快实现700摄氏度超超临界发电技术产业化”。
2、 刘铁男称“关系国家能源安全” 业内称主要发展瓶颈在材料
3、专家称，“700度需要采用超级镍基合金。这种材料不能称为合金钢，因为其中的主要成分不是铁，而是镍。在该技术条件下，温度是对材料最大的考验。比如说合金钢，在高温状态下，其强度将大幅下降，温度继续上升甚至会崩溃。此外，随着时间的推移，在高温高压下，材料还会出现蠕变，变形越来越厉害，直至失效。”
4、据一位熟知发电设备领域的相关人士称，国外某一流电力设备制造商曾经尝试过用超级镍基合金造了两个缸，但是报废了，这说明其也未能掌握这种材料的属性。另外焊接也是考验。“欧洲本来计划2011年在德国开始建设一个55万千瓦采用700度超超临界发电技术的电厂，但是去年宣布因为材料和造价问题无法解决，不得不推迟3年。”
    一位不愿具名的电力从业人员称，目前700度超级镍基合金的大口径、厚管壁的制造和焊接工艺不过关。另外，价格奇贵，每吨单价是600度超超临界合金材料的9倍。镍是稀有金属，一个百万千瓦级别的发电机组在使用特殊合金上得需要成百上千吨，如果大规模工业化生产，这可能会形成资源瓶颈问题。
5、一位资深电力专家称，700摄氏度超超临界的关键材料，目前主流的是超级镍基合金，从1998年开始，欧洲对于这种超级镍基合金便已进行了超过10万小时的仿真实验，而中国才刚刚起步，因此从时间上看是任重道远。
6、 中投顾问冶金行业研究员安海轩指出，目前中国并不具备对于即将研发的700度超超临界火电机组所需用到的超级镍基合金的制造能力，还处于探索研发阶段。
    据一位冶金业人士称，“中国的冶金行业非常不值得骄傲。”仅以圆珠笔为例，科技部部长万钢在今年两会结束时曾表示，中国每年生产380亿支圆珠笔，是全球第一大圆珠笔生产大国，但中国的“笔尖珠芯近90%来自进口。”
    一个号称能够生产龙芯的国家，为了一个圆珠笔芯，居然得让科技部启动“制笔行业关键材料及制备技术研发与产业化”国家科技支撑计划重点项目。
7、“虽然中国在超超临界机组取得了举世瞩目的发展，但关键零部件和原材料主要依靠进口，对新型耐高温材料的加工工艺性能和应用性能还没完全掌握，600度等级新型耐热钢尚未实现国产化，主要还处于研发试验阶段。”
    上述国外咨询机构的能源电力部门咨询经理称，“别说管道材料了，就连变压器里面好点的硅钢片中国都要进口。”一位电力人士也向早报记者表示，这次能源局开会去的都是电力界的，思路是倒置的。
7、或许意味着，中国的700摄氏度超超临界燃煤技术可能会走中国特色的高铁道路——虽然不少设备、材料需要进口，但这依旧是拥有自主知识产权的产品。

关键技术：
1、冶金
2、焊接
镍基合金奥氏体粗大晶粒超声检测，相控阵可实现分区扫查

关键技术：
1、冶金
2、焊接
3，奥氏体超声检测，相控阵自动化分区扫查

: