超超临界燃煤发电技术

燃煤发电是通过产生高温高压的水蒸气来推动汽轮机发电的，蒸汽的温度和压力越高，发电的效率就越高。在374.15摄氏度、22.115兆帕压力下，水蒸气的密度会增大到与液态水一样，这个条件叫做水的临界参数。比这还高的参数叫做超临界参数。温度和气压升高到600摄氏度、25―28兆帕这样的区间，就进入了超超临界的“境界”。

超超临界发电技术从热力学的角度上讲其本质还是超临界技术，只是日本人将蒸汽压力在26MPa以上的机组均划分为超超临界机组，由此得名。

目前，美国投运的超临界机组大约为170台，其中燃煤机组占70%以上。前苏联300MW及以上容量机组全部采用超临界参数。至1988年已有近200台超临界机组投入运行，全国35%电力由超临界机组供给。

日本的超临界机组共有100多台，总容量为超过5760万千瓦，占火电机组容量的61%，45万千瓦及以上的机组全部采用超临界参数，而且在提高参数方面做了很多工作，最高压力为31MPa，最高温度已达到600/600°C。

欧洲正在执行“先进煤粉电厂（700℃）”的计划，即在未来的15年内开发出蒸汽温度高达700℃的超超临界机组，主要目标有两个： 使煤粉电厂净效率由47%提高到55%（采用低温海水冷却）或52%（对内陆地区和冷却塔）；降低燃煤电厂的投资价格。美国和日本也将蒸汽温度为700℃的超超临界机组作为进一步的发展目标。

从环保措施看，国外的超超临界机组都加装了锅炉尾部烟气脱硫、脱硝和高效除尘装置，可以实现较低的排放，满足严格的排放标准。例如日本的超超临界机组的排放指标可以达到SO2 70 mg/Nm3；NOx 30 mg/Nm3；粉尘5 mg/Nm3。可见，超超临界燃煤机组甚至可以与燃用天然气、石油等机组一样实现清洁的发电。 目前中国有玉环电厂、外高桥三厂、宁海国华二期、北仑电厂三期、嘉兴电厂三期，以及漕泾电厂等多个2*1000MW超超临界燃煤机组已建成或在建。600MW和1000MW超临界机组将成为我国今后10年内带电 基本负荷的主力发电机组。

国内发电设备制造业通过与国外合作生产的方式，从2002年开始，应用国外成熟、先进的技术，为国内电站设计制造60万千瓦和100万千瓦等级的超临界机组，订货量已超过100套。这些机组的设计、建造和运行，使我国对于超临界和超超临界机组关键技术的理解进一步加深。在超超临界机组制造方面，国内哈电、东方和上电三大发电设备企业通过引进消化国外技术，具备了加工制造100万千瓦超超临界火电机组的能力。2006年年底，由国内企业生产制造的3台100万千瓦超超临界火电机组已经陆续投运。但是，由于外方对技术转让的严格限制，在设计技术与核心制造技术方面国内尚未完全实现自主化，尤其是电站机组关键材料方面问题更为突出，还有不少工作需要做。

超超临界机组的关键大型部件，如汽轮机转子、叶片、锅炉管等，是制约现代重大装备制造业发展的瓶颈，尽早攻克电站关键用材和大型铸锻件制造技术成为国家和上海中长期科学技术发展规划纲要的重要内容。

为此，上海市科委组织专家开展了上海现代装备用关键材料技术现状与发展方向的调研，并在此基础上，于2005年将“电站装备用特种材料研究与开发”列入上海市科委重大科技攻关项目，由上海发电设备成套设计研究院牵头，组织上海多家企业，联手上海交通大学和上海大学等高校，开展产学研合作攻关。联合攻关团队解决了高温持久蠕变等多道技术难题，取得了系列成果。

由上海重型机器厂有限公司等负责的高中压缸体试制，形成了冶炼、铸造、热处理、焊补等成套生产工艺，产品已用于600MW汽轮机。高压转子的研制工作经历了多次失败，终于解决了低硅、低铝的高合金钢冶炼难题，开发了氮气保护电渣重熔技术，成功试制出高压转子一根、在制产品转子两根。

由宝山钢铁股份有限公司特殊钢分公司负责，上海锅炉厂有限公司参与开发的奥氏体不锈钢管，国产管的冶金质量已相当于进口材料的水平，在650℃的高温下持久强度可达99MPa。

由上海汽轮机有限公司等负责开发的叶片和螺栓用高温高强度材料已实现产业化，年产约600吨。安装有该部件的山东黄岛和安徽宿县等电厂发电机组已投入正常运行。由上海新闵重型锻造有限公司等负责开发的汽轮发电机用高强度穿心螺杆材料，已成功用于1000MW级发电机。