700℃超超临界燃煤发电技术蓄势待发
时间：2011-07-20 11:11:20 来源： 作者：孟祥路
“600℃超超临界燃煤机组的发电效率约为45.4%，其设计发电标煤耗约为271g/kwh。而我们计划研发的700℃超超临界发电机组发电效率将超过51％，单位标煤耗则可以降低到241g/kwh。举例来说，一台600MW机组，年利用小时数按照5500小时计算，年发电总量为33亿千瓦时，那么700℃超超临界机组每年的耗煤量约为79.5万吨，比600℃超超临界机组的89.4万吨减少了9.9万吨。”国家700℃超超临界燃煤发电技术创新联盟（以下简称“创新联盟”）副秘书长、中国电力工程顾问集团公司总工程师孙锐通过数字再三强调700℃超超临界机组研发的重大意义。
6月24日，国家能源局组织召开了国家700℃超超临界燃煤发电技术创新联盟第一次理事会和技术委员会会议。尽管去年7月份创新联盟已经宣布成立，但由于项目涉及单位众多，研究领域宽广，所以为了更稳妥地推进项目发展，经过接近一年的精心前期筹划，该联盟才开始正式运作。
创新联盟理事会囊括了我国五大发电集团、三大动力集团，以及重点电力设计、研究单位、材料研究和冶炼单位等。而国家能源局局长刘铁男则亲自担当理事长，则更凸显了国家对于该项目的高度重视。
“发展700℃超超临界发电技术，是优化调整以煤为主电力结构的重要举措，是实现中国煤炭资源清洁高效利用、深入推进节能减排的要求，也是国家能源战略的重要内容。”刘铁男在会议上指出。
中国700℃超超临界燃煤发电技术研发蓄势待发。
技术研发益处多多
“尽管我国已经大力发展可再生能源，但煤炭作为我国的主要能源在今后相当长的时间内不会发生大的变化。”孙锐对本报记者介绍说，“因此，提高火电厂的发电效率，减少发电煤耗，对我国节约能源、降低污染物和二氧化碳排放具有重大意义。”
为了应对全球气候变化，我国提出了2020年非化石能源消费比重达到15％左右及2020年单位GDP的二氧化碳排放强度比2005年下降40％－45％的目标。而达到这目标，则需要中国能源界做出巨大努力。
“与600℃超超临界发电技术相比，700℃超超临界燃煤发电技术的二氧化碳排放将减少11%，采用700℃超高参数火电机组是我国实现CO2减排目标的最重要措施之一。这将缓解我国在国际政治交往中有关环境保护方面的巨大压力，有助于树立我国负责任大国形象。所以，从这个角度来讲，700℃技术研发也是必须的。”孙锐表示。
据相关部门预测，到2020年全国发电装机容量超过17亿千瓦， 煤电装机容量将超过10亿千瓦，同时还有一大批效率低、污染严重的机组需要关停。面对节能减排的压力和新增发电容量及替代发电容量的市场需求，需要开发更清洁、更高效的火力发电机组。“由于700℃超超临界的研发周期较长，我们起步较晚，因此，要尽快取得突破性进展，才能赶上国际上的步伐。”孙锐解释道。
据介绍，本项目的实施将使我国掌握700℃超超临界燃煤发电主要设备及部件高温材料冶炼工艺、加工制造、焊接及检测等关键技术，进而形成700℃超超临界燃煤发电机组的自主设计、开发和制造能力，全面拉升我国冶金、机械和电力企业的核心竞争力。
“该项目的研发，有一个最重要的环节就是对于主设备高温部件的性能验证试验。由于国内还没有一个验证试验平台，国内自主研发的新材料无法得到长期性能数据。现在通过700℃的研发，这个问题就会得到解决。”孙锐对记者介绍说，“在该项目计划中，要在一台现役的火电机组上进行改造，建立一个高温部件的验证试验平台，这样在完成700℃材料和部件研发的同时，对600℃材料的自主化进程也将起到良好的促进作用。”
“更为关键的是，本项目的实施将使我国快速融入国际电力科技和工程最前沿，形成自主知识产权，为不久将来实现技术超越奠定基础。”孙锐强调说。
技术难题不仅是高温材料
“在700℃超超临界技术开发计划中，耐热材料的研发占据至关重要的地位，耐热材料是先进燃煤电站建设最主要的制约因素。”作为联盟技术委员会4个专项工作组之一的材料组组长、中国钢研科技集团结构材料研究所副所长刘正东坦言，“但是，700℃燃煤电站需要的材料，目前从国际范围讲，均没有已确认满足电站设计要求的成熟材料。”
据介绍，对于燃煤电站，蒸汽温度从600℃提升到700℃，在材料技术是巨大挑战。燃煤电站对材料性能要求一般主要包括：持久蠕变性能、抗蒸汽腐蚀性能、焊接性、冷-热加工性能。此外，还要考虑材料的经济性问题。
“目前阶段，700℃高温材料的价格是600℃的10倍以上，经济因素也是欧洲的AD700示范工程暂缓的重要原因。” 同时作为系统及工程方案组组长的孙锐说，“所以，700℃机组要在市场中得到应用，无论是主机设备，还是系统布置设计，都必须要在减少高温材料使用量方面下大气力，要对电厂的整体设计进行创新，以最大限度的降低工程投资。”
对于锅炉组组长、上海电气集团锅炉厂总工程师徐雪元来说，材料仍然是绕不开的难题，“700℃的高温对锅炉传热要求更高了，在材料昂贵的前提下，如何使受热面合理分布，则是我们锅炉组需要重点考虑的。”
据介绍，由于温度和压力的提升，对于锅炉的材料、安装、施工均提出了新要求。由于目前700℃材料国内外都不是很成熟，所以其腐蚀性、抗氧性等特征都需要进一步的研究。
“这需要大量的实验时间和资金投入，所以离开国家支持是不可能的。”徐雪元表示，“材料组和我们研究的侧重点不同，他们要进行更前端的材料研制，而我们则侧重于材料应用。在目前的情况下，我们锅炉组不仅要考虑节能，也要考虑如何减少SO2，CO2的排放。”
王为民，汽轮机组组长、中国东方电气集团中央研究院院长，在谈到该项目时，则认为对于汽轮机的研发而言，大型高温铸件、锻件重量将达到10-30吨，因此，大型高温铸件、锻件的加工及各种不同高温材料的焊接都是需要攻关的重点。
创新联盟优势明显
据介绍，该创新联盟是能源局组织的第一个能源方面的创新联盟，该联盟主要起组织协调的作用。
创新联盟的主要任务是围绕700℃超超临界燃煤发电技术创新的共性和关键技术开展技术研究，突破核心技术，实现700℃超超临界燃煤发电技术的自主化；促进700℃超超临界燃煤发电技术在国内和国际上的技术合作与交流，加速创新成果转化和工程应用；带动国内相关产业的发展，提高超超临界燃煤发电的技术水平。
由于700℃超超临界燃煤发电技术已列入“十二五”国家科技计划和能源科技“十二五”规划，国家能源局和科技部各有侧重地安排了相应的科技项目，通过国家科技专项资金与课题承担单位按照规定比例自筹相结合的方式，按照科技项目管理办法，分别与各研究课题的承担单位签订合同，以保证个课题研究的顺利完成。
“由于700℃超超临界燃煤发电技术涉及面广，各类技术交叉点多，研发周期长，通过联盟的统筹规划、协调，可以避免各科研项目在内容上的重复和进度上的不协调。目前我们正在制定700℃超超临界燃煤发电技术开发技术路线和总体工作计划，研究确定科研课题的划分和承担单位；组织申请承担政府主管部门相关的科技项目。”孙锐对记者介绍说，“联盟以后的具体工作会主要会侧重协调各课题之间的交叉内容及课题的工作进度，组织专家对课题的关键内容进行研讨、评审以及组织相关的国内外技术交流等几个方面。”
清洁燃煤发电多途径并行
“目前，我们国家在清洁燃煤发电技术研发方面是多途径并行，超超临界发电技术只是其中一方面，”孙锐最后对记者强调说，“在国家能源局的推动下，包括IGCC、600MW超临界循环流化床锅炉、碳捕捉等项目都在持续推进。”
据介绍，“十一五”期间，我国在清洁燃煤发电技术方面取得了很大的成绩，上海12万吨/年CO2捕集项目投入运行；天津绿色煤电的265MW整体煤气化联合循环示范工程（IGCC)基本完成了建设，已进入调试阶段；并且已完成了600MW超临界循环流化床锅炉的开发和白马示范工程的准备工作。
根据相关资料，在‘十二五’期间，国家在能源领域中也会重点推动700℃以上高参数超超临界发电、400MW级整体煤气化联合循环发电技术（IGCC）、燃煤污染物一体化控制、二氧化碳捕集、利用和封存技术、先进循环流化床锅炉技术等，并且一些项目已经启动，并按照相应的计划开展各项工作。
“所以，700℃超超临界燃煤发电技术的研发将和其它清洁燃煤发电技术一起，共同推动我国燃煤发电领域的技术升级和多元化发展。”孙锐最后总结说。
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