700℃等级先进超超临界发电技术研发现状及国产化建议
700℃超超临界燃煤发电机组发展情况概述
700℃超超临界燃煤发电机组发展情况概述（一）目前，在整个电网中，燃煤火力发电占70%左右，电力工业以燃煤发电为主的格局在很长一段时期内难以改变。
但是，燃煤发电在创造优质清洁电力的同时，又产生大量的排放污染。
为实现2008年G8（八国首脑高峰会议）确定的2050年CO2排放降低50%的目标，提高效率和降低排放的发电技术成为欧盟、日本和美国重点关注的领域。
洁净燃煤发电技有几种方法，如整体煤气化联合循环（IGCC）、增压流化床联合循环（PFBC）及超超临界技术（USC）。
目前，超超临界燃煤发电技术比较容易实现大规模产业化。
超超临界燃煤发电技术经过几十年的发展，目前已经是世界上先进、成熟达到商业化规模应用的洁净煤发电技术，在不少国家推广应用并取得了显著的节能和改善环境的效果。
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。
目前发展700℃超超临界发电技术领先的国家主要是欧盟、日本和美国等。
700℃超超临界机组作为超超临界机组未来发展方向，本文对其发展情况进行概述，供参考。
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。
700℃超超临界机组用国产新型耐热钢及其焊接材料
电力装机容量和全年发电量均占世界第二位， 这标志着我国电力工业上了一个新台阶。我国 电力工业取得了举世瞩目的成就，有力地支撑 了国民经济快速健康发展对电力的需求。
2020/10/28
2011年，全国在运百万千瓦超超临界火电机组已经达 到40余台。其中宁夏灵武电厂二期工程百万千瓦机组 是世界上首个百万千瓦超超临界空气冷却发电机组项 目，将促进我国富煤、贫水地区电力工业的可持续发 展。虽然我国USC机组的发展取得了举世瞩目的发展， 但USC机组用高温高强度钢材、焊材国产化研制和应 用性能研究工作薄弱，因此，完善600℃、开发700℃ 超超临界机组用钢和焊材及其性能随温度、使用时间、 变化规律的研究，已成为发展 USC技术的关键。
2020/10/28
四、完善600℃USC机组的关键技术—— 新型耐热钢的开发、焊接及热处理
USC机组就是通过提高火电机组锅炉蒸汽温度、 压力参数提高机组效率，特别是温度参数对效 率的影响更为显著，而提高蒸汽参数遇到的主 要关键技术是金属材料及焊接材料的耐高温、 高压及焊接和热处理问题。
2020/10/28
优化发展煤电，提高火电机组效率、减少污染 的洁净煤发电技术有：循环流化床（CFBC）、 增压流化床（PFBC）、整体煤气化联合循环 （IGCC）及超临界（SC）与超超临界 （USC）。但是，CFBC、PFBC、IGCC等技 术处于试验或示范阶段，在我国近期广泛发展 是不现实的。
2020/10/28
从以上电源结构发展情况可以看出，火电比重 随核电、可再生能源比重的增加而减少，但到 2020年前，我国以火电为主的电源结构不会 发生根本次能源以煤炭为主，所以我国的能 源发展政策是煤为主体，电为中心，保障社会 经济的可持续发展。
700℃高效超超临界火力发电技术发展的概述
700℃高效超超临界火力发电技术发展的概述徐炯;周一工【摘要】论述了700℃高效超超临界技术的发展状况,700℃高效超超临界技术在高效超超临界火力发电中的应用具有巨大的节能减排效益及市场前景,是极具竞争力的新一代装备.欧洲、日本和美国的高效超超临界计划均已大规模开展,并且取得了丰硕的成果.结合我国的国情,电力行业仍然以燃煤发电为主,并且具有丰富的超超临界机组设计运行经验,这些都使得我国发展高效超超临界技术具有更为重要的战略意义.同时,分析了我国发展700℃超高温技术的瓶颈,提出了合理的发展建议.【期刊名称】《上海电气技术》【年(卷),期】2012(005)002【总页数】5页(P50-54)【关键词】700℃高效超超临界;镍基耐热合金;奥氏体钢【作者】徐炯;周一工【作者单位】上海电气电站集团,上海201199;上海电气电站集团,上海201199【正文语种】中文【中图分类】TK229.2随着全球温室效应的日益加剧以及煤炭等化石燃料的日渐紧缺，如何进一步提高燃煤电站效率，减少二氧化碳（CO2）排放成为全社会越来越关注且亟待解决的问题。
火力发电行业目前面临两方面的压力，一方面市场竞争的加剧需要降低发电成本，提高发电效率；另一方面社会对全球环境问题日益关注，要求电厂降低二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、CO2 等的排放，满足环保要求。
发展洁净煤发电技术是解决这些问题的关键，主要可以通过两个方法得以实现：其一是开发利用新的高效发电技术，如整体煤气化联合循环（Integrated Gasification Combined Cycle，IGCC）发电等；其二是基于常规的发电系统，提高机组的蒸汽参数，使机组达到超超临界（Ultra Supercritical，USC），发展高经济性、高效率的高参数大容量机组，到目前为止超超临界机组在国际上已相当普及。
提高机组参数成为常规燃煤电站增效减排的重要途径，也是燃煤发电技术创新和产业升级换代的主要方向[1]。
超超临界机组关键材料的研制现状
02
03
韧性
抗蠕变性
材料应具有良好的韧性，以抵抗 因温度变化和机械应力引起的脆 化。
在高温和压力作用下，材料应具 有较好的抗蠕变性能，以防止因 长时间运行而产生的变形。
环境适应性
适应高温高压环境
超超临界机组在高温高压环境下运行，因此关键材料应能够 适应这种极端环境。
适应水蒸气环境
材料应能够抵抗水蒸气的腐蚀和冲刷，以确保机组的长期稳 定运行。
熔炼技术
1 3
真空熔炼
通过高真空度条件下的熔炼，去除材料中的气体和杂质，提 高材料的纯净度。
电渣重熔
2
利用电流通过渣池产生的高温将金属熔化，再通过缓慢冷却
凝固，提高材料的致密度和纯净度。
悬浮熔炼
利用高频电磁场将金属熔体悬浮在空中，避免与容器接触， 减少杂质污染。
轧制技术
热轧
将熔炼后的材料加热至高温，然后通过轧机进行轧制，使材料变形并获得所需的形状和尺寸。
化学性能
耐腐蚀性
01
超超临界机组关键材料应具有优良的耐腐蚀性能，以抵抗高温
高压水蒸气和氧化剂的腐蚀。
抗氧化性
02
材料应具有良好的抗氧化性能，以防止在高温下氧化反应的发
生。
抗疲劳性能
03
由于机组在运行过程中会受到周期性的机械应力和热应力，因
此材料应具有较好的抗疲劳性能。
力学性能
01
高温强度
超超临界机组在高温下运行，因 此关键材料应具有较高的高温强 度，以确保机组的稳定运行。
特性
具有优异的高温强度、抗蠕变性 能、抗氧化性能和良好的热稳定 性，能够在高温高压环境下长期 稳定运行。
关键材料的种类与用途
种类
超超临界技术进一步发展的方向瓶颈和解决方案
煤用于发电的比例将越来越大。
– 从目前的53%上升到70%以上，绝对量的增加更大。
以煤为主的能源结构以使中国成为世界上最大的二氧化碳排放 国， 面临巨大的减排压力。
– 燃煤火电是中国最大和最集中的二氧化碳排放源，根据到2020年我国单 位GDP二氧化碳排放比2005年下降40-45%的目标，中国火电将面临最巨 大的减排压力。
现有所有燃煤火电厂均有大 幅度降低供电煤耗的潜力
估计现在所有燃煤电厂发电煤耗 还有下降10 gce/kWh左右的潜力
发电煤耗降低的历史
由于技术进步， 1885年世界上第一台3MWe燃煤发电机组在德国柏林诞生以来， 至今全世界平均发电煤耗已从1885年的3500gce/kWh下降到350gce/kWh
资料来源: 上海外高桥3厂7号机技术经济指标综合日报，，2010年10月27日
外三厂# 7 机组实际运行经济指标
2010年10月27日
◇ 负荷率：84.11% ◇ 带脱硫、脱硝的厂用电率：3.85% ◇ 带脱硫、脱硝实际运行供电煤耗（gce/kWh）：
276.65 ◇ 锅炉飞灰含碳量：0.4%
注：此时# 8机组正在进行大修。
生Co物-fi质rin混g G烧ain 提Ef高fici效en率cy Gain
20%
Ne近ar-期term
M中id-期term
APG TF
Lon长g-t期erm T时im间e
当前燃煤火电机组二氧化碳减排的途径
在CCS能够得到大规模推广应用之前的一个相当 长的时期，最可行、经济、可靠的燃煤火电机组 二氧化碳减排的途径是：
计算条件
节煤量 减排CO2 减排SOx 减排NOx （万吨） （万吨） （万吨） （万吨）
700℃超超临界机组用国产新型耐热钢与焊接汇报材料
我国正在建设的USC机组大量采用的新型铁素 体耐热钢为SA213-T23、T91、T92；SA335P91、P92、P122及新型奥氏体耐热钢为 A213M-S30432(SUPER304H)、 TP310HCbN(HR3C)。SC/USC锅炉承压部件 用钢选择。如表一
2019/8/9
表一 SC/USC锅炉承压部件用钢
(7)同时开展与T/P91、T/P92、A213M-S30432 （Super304H）、TP310HCbN(HR3C)钢相 匹配的焊接材料的国产化开发工作。
2019/8/9
(8) 焊接及热处理是保证火电建设质量和发电设备安全 运行的重要基础专业，目前我国已开始大力发展的 SC、USC火力发电机组，所采用的新型耐热钢与传 统的低合金耐热钢有质的区别。广大电站焊接工作 者必须转变几十年来焊接传统的低合金耐热钢形成 的观念。需要对这种新型耐热钢的强化机理、焊接 性、焊接工艺、热处理工艺、检验方法、焊工培训 及焊接管理等方面进行深入的研究和实践，加大电 站焊接科研力度，加大对焊接及相关专业人员的技 术培训，进一步提高专业技术素质，以保证我国电 力发展目标的实现。
2019/8/9
5.1 欧盟AD700超超临界技术开发项目
欧盟1998年启动700℃级先进蒸汽参数的超超临界技术 开发项目“AD700计划”，该项目的目标是：
(1)研发、设计和示范先进蒸汽参数超超临界煤粉炉技术， 使蒸汽参数达到37.5MPa/700/720℃；
(2)AD700超超临界机组的净效率要达到52-55%，在当 前最先进的超超临界机组效率的基础上 （30.0MPa/600/600℃，净效率47%）实现更进一步 降低标准煤耗和CO2排放各15%的目标；
2019/8/9
700℃先进超超临界燃煤机组系统设计及配套辅机发展趋势综述
700℃先进超超临界燃煤机组系统设计及配套辅机发展趋势综述摘要：700℃先进超超临界技术还处在本体材料的突破阶段，在系统方面研究较少，国内外仅有部分理论研究。
根据现有的研究开发情况，提前对700℃高超超临界机组的系统设计、布置及配套辅机的发展趋势进行论述，为今后700℃高超超临界机组的设计作理论铺垫。
关键词：700℃；燃煤发电；系统设计；机组布置0引言：2020年我国提出中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。
我国能源转型要实现碳达峰、碳中和其中一个重要工作是构建清洁低碳安全高效的能源体系。
700℃先进超超临界燃煤机组技术若能成功排放[1]，在夯实煤电在能源体系中的商运，将进一步提高燃煤发电效率，降低CO2安全性作用同时，进一步降低燃煤机组的碳排放。
因此有必要对700℃先进超超临界燃煤机组系统设计、布置及配套辅机选型等进行提前研究。
1.机组容量：关于700℃先进超超临界技术未来应用于哪一个容量等级的火电厂，目前国内外均还没有相关定论。
欧洲预期建立的示范电厂为500MW容量，各大厂商也多以400MW、500MW容量进行研究。
但是这只是试验研究、示范阶段的初步研究应用，而700℃先进超超临界技术成熟和商业化后，考虑到镍基材料的价格，该技术应用于660MW容量以下这个等级机组显然是不合适的。
目前我国火力发电1000MW级机组成为主力和带基本负荷机组，因此以后700℃先进超超临界技术要在我国应用一般应在百万兆瓦及以上容量机组上，预计可能将应用到1300MW以上机组。
商业化时间：目前欧洲的700℃先进超超临界技术研究开展最早，预计2018年建立起示范电厂。
但是，据了解，近年欧洲在相关方面的研究放慢了脚步，可能是因为镍基材料特性没有完全掌握，部分试验材料的焊缝有裂纹产生，因此从时间上来说，即使今后几年700摄氏度技术发展顺利，也很难在短期内实现商业化。
700℃技术用到镍基材料，而镍基材料十分昂贵。
超临界超超临界发电技术的发展和现
国外先进的超临界超超临界机组已经实现了高效、低污染的运行，为全球能源结构 的优化和环境保护做出了贡献。
国内发展现状
我国在超临界超超临界发电技术方面也 取得了显著进展，国内多个大型发电企 业已经掌握了这一技术，并成功投运了
投资成本
运行维护
超临界超超临界发电技术的运行和维 护需要专业人员和技术支持，对人员 素质和技能要求较高。
超临界超超临界发电技术的设备成本 较高，需要大规模投资才能获得回报。
03
CHAPTER
超临界超超临界发电技术发 展现状
国际发展现状
全球范围内，超临界超超临界发电技术已经成为新建火电机组的主流技术，尤其在 大容量、高参数的机组中应用广泛。
案例一：某大型火电厂的应用
总结词
技术成熟、效率高、经济性好
详细描述
某大型火电厂采用超临界超超临界发电技术，具有较高的热效率和较低的煤耗率，同时减少了污染物排放，经济 效益和环保效益显著。
案例二：核能发电的辅助应用
总结词
高效、安全、稳定性好
详细描述
超临界超超临界发电技术在核能发电中作为辅助手段，能够提高核能利用率和安全性，降低核废料的 产生，同时保证稳定的电力输出。
解决方案
通过研发新型材料、优化设备设计和 运行控制技术等手段，提高设备的稳 定性和可靠性。
市场前景与发展规划
市场前景
随着能源结构的转型和环保要求的提高 ，超临界超超临界发电技术具有广阔的 市场前景。
VS
发展规划
政府和企业应加大对超临界超超临界发电 技术的研发投入，推动技术进步和产业升 级，同时制定相关政策，鼓励市场应用。
国际700℃燃煤超超临界发电技术研发进展
ｐ ｌ ａ ｎ ． Ｇｒ ｅ ａ ｔ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｈ ｓ ａ ｂ ｅ ｅ ｎ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｉ ｒ ａ ｌ ｓ ｎｄ ａ ｋ ｅ ｙ ｐ ａ ｒ ｔ ｓ ｏ ｆ ７ ０ ０￣ Ｃ ｃ ｏ ｌ ａ ｉ ｆ ｒ ｅ ｄ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｎ
林 永 明
ＬＩ Ｎ Ｙｏ ｎ ｇ －ｍｉ ｎ ｇ
（ 广西电力 工业勘察设计研究 院 ，南 宁
５ ３ ０ ０ ２ ３ ）
（ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ｎ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ５ ３ ０ ０ ２ ３ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
摘要： ７ ０ ０ ￣ Ｃ 等级先进超超临界机组 的研发 ， 从１ ９ ９ ８年欧洲实施 Ａ Ｄ ７ ０ ０计划开始 ， 之后美 国、 Ｅ ｔ 本 等国相继实施 本国计划 ， 至今 已有 １ ４年的时间。 在７ ０ ０ ￣ Ｃ 燃煤发 电技术高温材料研究和关键部件研 制进展上 ， 日本 、 欧洲和美 国均 已取得重要 进展 。 就欧 洲、 日 本、 美 国等 国在 ７ ０ ０ ￣ Ｃ 超超临界燃煤 发电技术研发领域的最新进展情况进行 介绍 ， 以便更好地 推进 我国 ７ ０ ０ ￣ Ｃ 超超临界燃
700℃超超临界发电技术进展
700℃超超临界发电技术进展张勇;甄静【摘要】The ultra-supercritical unit has great advantages in efficiency and environmental protection, it has become the mainstream of applications and in-depth researches of modern power generation technology at home and abroad. Introduces the development of 700 ℃ ultra-supercritical technology, evaluates the ultra-supercritical unit from various aspects, analyzes existent problems and concludes that the 700 ℃ ultra-supercritical generation technology is the dominant development direction of coal-fired power generation units in China.%超超临界机组在高效和环保方面有很大的优势，已成为国内外现代发电技术应用与深入研究的主流。
介绍了700℃超超临界技术及其发展情况，从多方面对超超临界机组进行评价，对存在的问题进行分析，指出700℃超超临界发电技术是我国燃煤发电机组的主导方向。
【期刊名称】《化工装备技术》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】4页(P61-64)【关键词】超超临界技术;火力发电;发电机组;环保;汽轮机【作者】张勇;甄静【作者单位】陕西科技大学机电工程学院;陕西科技大学机电工程学院【正文语种】中文【中图分类】TM622011年美国能源情报署（EIA）发布的《2011年国际能源展望》中指出：到2035年，世界能源使用量将增长53%，化石燃料仍将占据世界能源的78%[1]。
先进超超临界发电技术发展现状与趋势探析
先进超超临界发电技术发展现状与趋势探析摘要：火力发电是我国电力系统的重要组成部分，在当前环保、节能要求日益严格的背景下，火力发电技术也必须要积极引入节能技术。
超超临界发电技术具备低碳、高效、清洁的优势，因此目前火力发电厂运营中超超临界发电技术的应用越来越广泛。
文章结合某某660MW超超临界汽轮发电机组实际现状，对0号高加系统发展趋势，仅供参考。
关键词：超超临界；发电技术；现状；发展趋势随着我国经济社会发展，电力市场装机容量不断增加，电网峰谷差越来越大,600MW级及以上大型火电机组时常参与电网调峰，大型火电机组低负荷运行小时数不断增加，导致机组安全性和经济性明显下降。
为提高机组频繁调峰安全性和低负荷运行经济性，优化抽汽回热系统、增设0号高加系统,是目前广受关注的节能措施之一。
本文以某660MW超超临界汽轮发电机组为例，对增设0号高加系统进行分析，对0号高加系统的投入、退出进行优化探讨，并从技术可行性、热经济性、投资回收期等方面进行分析。
1、超超临界发电机组设置0号高加系统必要性分析机组在低负荷运行时，最终给水温度会随着负荷的降低而降低,导致机组的热耗增加，经济性变差，因此部分负荷运行时，如何提高锅炉给水温度，将直接影响机组的运行经济性。
而优化回热系统是一个重要手段，主要包括回热加热器级数的增加和最佳给水温度的确定。
因此，增设一级回热加热器（增设0号高压加热器），是一种有效提高机组在低负荷运行时，热经济性的措施。
通过在补汽阀后（高压缸第5级）导汽管上的三通阀接口，引出蒸汽至0号高压加热给水,在部分负荷下，主蒸汽调节阀处于节流状态，节流损失随着负荷越低而增大。
增设0号高压加热器,投运时可一定程度增加主蒸汽流量，使主蒸汽调节阀节流损失减小，机组热效率升高。
有些机组在低负荷运行时，主、再热蒸汽温度降低，机组经济性变差，增设0号高加后，可以提高主、再热蒸汽的温度，提高机组经济性。
另外,0级抽汽管道上设置调节阀，具有一定的调频能力。
700等级先进超超临界发电技术研发现状及国产化建议
７００℃等级先进超超临界发电技术研发现状及国产化建议纪世东，周荣灿，王生鹏，姚惠珍西安热工研究院有限公司，陕西西安 ７１００３２ ７００℃超超临界发电技术是指主蒸汽温度和再热蒸汽温度达到或超过７００℃的先进超超临界燃煤发电技术。
按照当今世界上主要发达国家的７００℃计划，相对应的主蒸汽压力约为３５～３８．５ＭＰａ。
从技术上，提高火电机组主、再热蒸汽参数是提高其热效率的最有效途径，也是火电技术核心的研究和发展方向。
７００℃等级先进超超临界发电技术的核心优势在于高效、低污染，但其主要技术瓶颈在于耐高温高压金属材料的研制、加工制造工艺的研发以及如何使造价降到商业应用可接受的范围内。
欧盟、美国和日本等发达国家基于其自身的技术、经济状况以及能源结构和环保要求，已相继启动了７００℃等级先进超超临界机组发展计划，确定了较详细的目标和发展步骤，组织了实力雄厚的科研和制造企业开展研究，并已取得了一些重要成果。
我国是以煤炭为主要能源的国家，煤炭储量占化石能源的９６％，煤炭消费占一次能源的７０％左右。
在电力生产上，近１０年来火电装机容量占全国总装机容量的７３％以上，火力发电量（其中主要为煤电）占全国总发电量的８０％以上，电煤消费占全国煤炭消费总量的４７％以上。
因此，发展７００℃等级先进超超临界机组，提高发电效率，实现火电技术重大升级，对我国节能减排和可持续发展具有重大意义。
应高度重视，加快组织开展７００℃先进超超临界技术的研发、示范及装备的国产化。
１ ７００℃等级先进超超临界技术的优势从理论上讲，超超临界机组蒸汽参数越高，热效率也越高。
热力循环分析表明，在超超临界机组参数范围内，主蒸汽压力提高１ＭＰａ，机组热耗率可降低０．２０％～０．３２％；主蒸汽温度每提高１０℃，机组热耗率可降低０．２５％～０．３０％；再热蒸汽温度每提高１０℃，机组热耗率可降低０．１５％～０．２０％。
７００℃先进超超临界机组的设计发电效率可达到５０％左右。
700℃高效超超临界发电技术的研发现状及建议
700℃高效超超临界发电技术的研发现状及建议作者：王东雷来源：《科技视界》2014年第36期【摘要】发展更大容量、更高参数和更高效率的发电机组，已经成为我国电力规划所明确的优先发展领域，具有明显的环保和经济效益，对我国节能减排和可持续发展具有重大意义。
700℃高效超超临界发电技术即是新一代燃煤发电技术，为了推动700℃高效超超临界发电技术的发展，本文介绍了国外相关研发计划以供借鉴，分析了我国开展相关研究的优势，总结了我国700℃高效超超临界发电技术研发进展，并提出了3点建议：开发出具有自主知识产权的耐高温材料；对汽轮机和锅炉进行优化设计，尽量减少镍基高温材料用量和打破常规的电厂布置思路，使四大管道或六大管道的用量减到最少。
【关键词】700℃；超超临界；节能减排；研发现状0 引言近年来，随着国民经济的高速发展，社会用电量逐年稳步提升，全国发电装机数量平稳快速增长。
截至2013年底，全国发电装机总量达12.47亿千瓦[1]，其中，火电装机量为8.6亿千瓦，占总装机量的69%，在电力生产中居于主导地位。
尽管我国目前大力发展核电、水电、风电、太阳能发电等产业，但由于我国是以煤炭为主要一次能源的国家，在未来几十年的时期内，火电在我国电力生产中的主导地位依然无法改变。
另一方面，由于SOx﹑NOx和CO2排放对人类及环境的损害与破坏不断加重，我国面临空前的环保压力。
大力发展超超临界火电机组和对达不到节能标准的现役机组实施升级改造，已经成为我国电力管理部门及发电企业面临的重要课题。
鉴于大型高参数机组，具有发电效率高，污染控制和技术推广容易，经济性和可靠性高等特点[2]，发展大规模、高效率、高参数发电机组，已经成为我国电力规划所明确的优先发展领域。
700℃高效超超临界发电技术即是新一代燃煤发电技术，其主要目标是将主蒸汽温度和再热蒸汽温度提高至700℃或更高，将主蒸汽压力提到至35MPa或以上，机组发电净效率提高至46%或以上，并减少CO2和其他污染物的排放[3-5]。
我国启动700℃超超临界发电技术研发计划
龙源期刊网 我国启动700℃超超临界发电技术研发计划作者：来源：《中小企业管理与科技·中旬刊》2011年第06期国家能源局6月24日在京组织电力研究机构、发电集团、电工设备制造企业等，召开国家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，此举意味着酝酿已久的700℃超超临界燃煤发电技术研发计划正式启动。
国家发改委副主任、国家能源局局长刘铁男指出，发展700℃超超临界发电技术，是国家能源战略的重要内容，可有效提高火电机组效率、降低发电煤耗和减少污染物排放，是优化调整以煤为主电力结构的重要举措。
他强调，启动700℃超超临界发电技术研发计划有很好的产业基础和广阔的市场优势，有关各方要将这项工作上升到关系国家能源安全的层面予以落实，尽快实现700℃超超临界发电技术产业化。
据介绍，在洁净燃煤发电技术中，提高蒸汽参数是提高效率幅度最大、最为基本的发展方向，而以奥氏体和镍基合金材料为基础的高超超临界技术能大幅度提高经济性，降低二氧化碳排放。
和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48%—50%，二氧化碳排放将减少14%。
我国超临界和超超临界发电技术比发达国家起步晚了10年，但利用国内市场提供的巨大舞台，通过立足自主开发，目前600℃超超临界发电技术水平和建成机组都占据世界首位，现已基本形成机组整体设计、制造和运行能力，拥有了相应的先进设计、装备制造和工艺技术。
国家能源局透露，根据700℃超超临界发电技术的难点及与国外差距，我国已初步拟定其技术发展路线图（2010—2015）。
路线图分为综合设计、材料应用技术、高温材料和大型铸锻件开发、锅炉关键技术、汽轮机关键技术、部件验证试验、辅机开发、机组运行和示范电厂建设等9个部分进行。
路线图确定了目标参数：压力≥35兆帕、温度≥700℃、机组容量≥60万千瓦，并具体制定了研发初步进度，争取在“十二五”末建立示范电站。
700℃超超临界发电技术开发进展概况
Advanced Austenitic Alloys (Super 304H, 347HFG, NF709, etc.)
700
o
Average Temperature for Rupture in 100,000 hours ( C)
25
Stress (ksi)
Minimum Desired Strength at Application Temperature
Source: Saarschmiede
7
1. 欧洲 AD700计划
热挤成型的镍基合金 263管子 （ I.D. 310 x 67 mm）
310 x 67 mm Extrusion by Wyman & Gordon, Livingstone, Scotland
8
1. 欧洲 AD700计划
阀门锻件
Average Temperature for Rupture in 100,000 hours ( F)
500 1100 1200 1300 1400 70 Inconel 740 300 CCA617 Std. 617
o
Nickel-Based Alloys
Haynes 282
50
Stress (MPa)
Ferritic steel
17
1. 欧洲 AD700计划
Thermie 1000 MW DR: IP Turbine 汽轮机中压缸
10 % Cr steel
Ni base alloy
18
1. 欧洲 AD700计划
1.6 示范机组方案
• 蒸汽压力 • 蒸汽温度 • 再热蒸汽温度 35.0 MPa 700 ℃ 720 ℃
700℃超超临界机组用国产新型耐热钢及其焊接材料
过热器和 T91、T23、TP304H、 NF709、E1250、T91、A213M-
再热
TP347H
S30432(SUPER304H)、
器
TP310HCbN(HR3C)。
Ni合金
集箱和管 P91,P22/P23 道
A335P92（NF616）、P122、 E911
Ni合金
2021/3/12
5.2美国760℃超超临界技术研发计划
2021/3/12
(1).开展新型耐热钢合金化机理、力学性能、强韧化机 理、高温持久强度、抗烟气腐蚀、抗蒸汽氧化及寿 命评估方面的研究工作。
(2).开展新型耐热钢，经过长期高温运行后，钢材显微 组织及性能变化规律的研究。
(3).开展新型耐热钢异种钢焊接接头早期失效机理研究。 (4).进一步研究和掌握P91钢管的合金化、强韧性强化
机理和生产制造、热处理工艺，使国产P91钢管质量 稳定，完善管径、壁厚、品种、规格，形成批量生 产。
2021/3/12
(5)开展T/P92钢材的国产化的基础研究，生产制 造工艺的试验。尽快实现国产化。
(6)加速A213M-S30432（Super304H）、 TP310HCbN(HR3C)钢国产化的生产制造和 挂炉试用工作。
2021/3/12
优化发展煤电，提高火电机组效率、减少污染 的洁净煤发电技术有：循环流化床（CFBC）、 增压流化床（PFBC）、整体煤气化联合循环 （IGCC）及超临界（SC）与超超临界 （USC）。但是，CFBC、PFBC、IGCC等技 术处于试验或示范阶段，在我国近期广泛发展 是不现实的。
表三 超临界和超超临界煤粉炉采用的高温 耐热材料的比较
项目
超临界使用的材料 超超临界可用的最新技术材料 AD700所需材料
超_超_临界火力发电技术的发展及国产化建设
理论上， 水的临界状态点压力和温度数值分别 为 ２２．１１５ ＭＰａ 和 ３７４．１５ ℃。通常认为蒸汽参数超过 水的临界状态点压力和温度数值的机组即称为超临 界机组。
参照电力行业标准（ ＤＬ／Ｔ８９３—２００４《电站汽轮 机名词术语》） ， 我们可以这样定义： 超临界机组为主 蒸 汽 压 力 高 于 临 界 压 力 （ 一 般 高 于 ２４．０ ＭＰａ， 低 于 ２８．０ ＭＰａ） 的机组； 超超临界机组为主蒸汽压力达到
中图分类号： ＴＫ２８４．１ 文献标识码： Ｃ 文章编号： １０００－ ７２２９ （２００７） ０４－ ００６０－ ０７
Ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ ｉｎ ＵＳＣＴｈｅｒｍａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄ Ｄｏｍｅｓｔｉｃ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
ＬＩ Ｘｕ－ ｊｕｎ
（Ｘｉ’ａｎ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ． Ｌｔｄ．， Ｘｉ’ａｎ ７１００３２， Ｃｈｉｎａ）
目 前 ， 欧 共 体 制 定 了 “ＴＨＥＲＭＩＥ”７００ ℃先 进 燃 煤火电机组的发展计划， 联合欧洲 ＡＢＢ、ＳＩＥＭＥＮＳ、 ＧＥＣ－ ＡＬＳＴＯＭ 为主的欧洲汽轮机制造商等 ４０ 家公 司， 成立了“７００ ℃发电委员会”。从 １９９８ 年开始， 计 划用 １７ 年时间， 开发 ３５ ＭＰａ、７００ ／７２０ ／７２０ ℃的超 超临界火电机组， ２００７ 年 ４ 月
电力建设 Ｅｌｅｃｔ电ｒｉｃ 力Ｐｏｗ建ｅｒ Ｃ设ｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
Ｖｏｌ ． ２８ Ｎｏ． ４ Ａｐｒ， ２０第０７ ２８ 卷
·电源技术·
超（超）临界火力发电技术的发展及国产化建设
李续军
（ 西安热工研究院有限公司， 西安市， ７１００３２）
700℃ 火电超超临界机组及阀门发展概况
700℃ 火电超超临界机组及阀门发展概况冯卫国; 王龙升【期刊名称】《《化肥设计》》【年(卷),期】2019(057)005【总页数】5页(P5-9)【关键词】燃煤电站; 先进超超临界; 材料; 阀门【作者】冯卫国; 王龙升【作者单位】东华能源(宁波)新材料有限公司浙江宁波 315812; 苏州纽威阀门股份有限公司江苏苏州 215129【正文语种】中文【中图分类】TM611我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，一次能源结构中煤炭占据主导地位，在煤炭消耗中火电用煤是使用大户。
近年来，火电用煤占据了国内原煤消费的50%以上，煤炭燃烧所产生的污染也是我国大气污染的主要特征之一[1]，因此，提高燃煤发电机组的热效率，增加煤电转化率和减少煤炭消耗量是今后燃煤电厂的一个发展趋势[2]。
现阶段的燃煤发电技术已经达到了600℃超超临界等级，未来如何进一步大幅提高机组效率，最有效的途径还是提高主蒸汽机组的运行参数；根据欧盟相关研究和调研，若将机组的蒸汽参数提高至700℃时，其发电效率可提高至50%左右，所需的煤炭消耗量和CO2排放量可以降低24%，能大幅降低煤炭燃烧所带来的各种环境污染的影响[3]。
1 火电高温材料的技术要求在燃煤发电机组的发展过程中，高温材料一直是机组类型改进提升的基础，高温材料的性能决定了机组的煤炭转换效率。
在高温蒸汽工况中，高温零部件需要有较高的高温强度和抗氧化腐蚀性能，另外，在高温应力的持续作用下，材料需要具有较好的高温持久强度。
因此，火力发电厂及化工设备等高温承压件和结构件的设计，一般参照10万h持久蠕变强度大于100MPa的标准[4]；除需具备以上要求，高温部件一般采用焊接方式连接，所以，耐高温材料必须具有较好的焊接性能。
因此，对于700℃等级的超超临界火电机组，其材料需要具备的性能可以概括为以下几个方面[5]：①在高温700～750℃/105h条件下，即材料的高温持久强度大于100MPa；②耐高温腐蚀性能为金属截面损失小于1mm/105h；③金属材料在高温下必须具有稳定的组织；④对于主蒸汽管道，其管内壁必须具有良好的抗蒸汽氧化性能；⑤金属材料必须具有较好的冷热加工工艺性能；⑥所采用的金属必须具有良好的焊接性能；⑦对于过热器或锅炉集热管，管外壁需要具有抗烟气腐蚀及抗飞灰冲蚀性能；⑧在经济方面，此种材料必须具有较低的成本，才有可能实现商业化。
国内超超临界机组存在的问题
国内超超临界机组存在的问题及建议山东电力集团公司电力科学研究院电源技术中心张忠文一、山东电科院研究现状超超临界（USC）机组已是国际上发展比较成熟的先进发电技术，进入21世纪，国内超超临界机组出现了迅猛的发展，2006年11月，首台1000MW机组投入运行后，在短短两年多时间，运行的1000MW超超临界机组有10台，截止目前，国内在运的百万千瓦超超临界机组已达48台，标志着我国超超临界发电技术达到国际先进水平。
山东省是国内首批建设USC机组的地区，自2006年12月华电邹县发电股份有限公司相继投运两台1000MW USC机组后，华能威海发电厂的两台600MW USC业已运行，华电莱州发电厂的两台1000MW USC已有一台开始运营。
USC机组发展的关键技术是锅炉蒸汽压力及温度参数提高后所需采用的高蠕变强度耐热钢的选择、制造和安装过程中的焊接及热处理工艺研究、运行后的组织性能变化以及金属部件损坏后的修复技术研究。
USC锅炉大量采用了最新研究的高蠕变强度耐热钢，如T/P23、T/P91、T/P92、E911、P122铁素体耐热钢和TP347HFG、Super304H、HR3C奥氏体耐热钢等，这些钢采用了控轧控冷技术，具有晶粒小，杂质含量低，多元微合金的复合强韧化等特点，使其具备高热强韧性、高热稳定性、高的抗高温蒸汽氧化性等，但它们的连接方式主要依靠焊接，焊接接头很难实现控轧控冷等技术，因此焊接接头的性能低是一个普遍存在的问题。
山东电科院至2005年既开始对USC机组用的新型耐热钢焊接进行研究，根据当时的有关资料，探讨了新型耐热钢的特点和焊接监督【1】；针对邹县电厂安装两台1000MW超超临界机组，开展了T/P92、Super304H和HR3C钢的工艺性研究，分析了焊接接头的组织和性能【2】~【11】。
机组投入运行后，苦于监督数据不充分，相继开展新型耐热钢焊接接头时效组织和性能变化规律研究，找出了时效脆化机理和蠕变强度降低的原因【12】~【21】。
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研 发 现 状及 国产 化 建议
纪世东 ， 周荣灿 ， 生鹏 ， 惠珍 王 姚
西安 热 工研 究 院有 限公 司 ， 西 西安 陕 ７０ ３ １０２
７０℃超超临界 发 电技 术是 指主蒸 汽温度 和再热 蒸 ０ 汽温度达到或超过 ７０℃的先进 超超临界燃煤 发电技术 。 ０ 按照当今世 界上 主要发达 国家 的 ７ ０℃计划 ， ０ 相对应 的主
１ ０ ７０ｏ Ｃ等级先进超超临界技术的优势
从理论上讲 ， 超超 临界机 组蒸汽参 数越高 ， 率也 热效 越高 。热力循环分析 表明 ， 在超超 临界机 组参数 范 围内 ， 主蒸汽 压 力 提 高 １ ＭＰ ， 组 热 耗 率 可 降 低 ０ ２ ～ ａ机 ．０ ０３ ％ ； ．２ 主蒸 汽 温 度 每提 高 １ ０℃ ， 组 热 耗 率 可 降 低 机 ０２ ～Ｏ ３ ； ．５ ． ０ 再热蒸汽温度每提高 １ ， ０℃ 机组热耗 率
并 已取得 了一些重要成果 。
我国是以煤 炭 为主要 能源 的 国家 ， 炭储量 占化石 煤
能源的 ９ ， ６ 煤炭 消费 占一次能 源 的 ７ 左右 。在 电力 Ｏ
而降低了 Ｃ Ｓ成本 ；２ 采用全流量 的 Ｃ Ｓ通常使机组净 Ｃ （） Ｃ
效率降低 ８ ～１ ， 此计算 ， ０ 照 对于 ７０℃先进 超超 临 ０ 界机组 ， 按实 际 运行 的净 热 效率 ４ 估 算 ， 用全 流量 ７ 采 Ｃ ５后 ， ￣ 净效率降为 ３ ～３ ， ７ ９ 折算供 电煤 耗为 ３ ５ １ ３２ｇ （ Ｗ ・ ）仍优于 ２ １ ３ ／ｋ ｈ， ００年火电机组平均供 电煤耗 。
商业应用可接受的范 围内。
欧盟 、 美国和 日本等发达 国家基于其 自身 的技术 、 经
济状况 以及能源结构和环保要求 ， 已相继启 动了 ７０℃等 ０ 级先进超超 临界机 组发 展计 划 ， 确定 了较 详 细 的 目标 和 发展步骤 ， 组织 了实力雄厚 的科研 制造企 业开展 研究 ，
生产上 ， １ 近 ０年来 火 电装 机容 量 占全 国总 装 机 容量 的 ７ 以上 ， 力发电量 （ 中主要为煤 电） ３／ ９ ６ 火 其 占全国总发 电量
的 ８ 以上 ， Ｏ／ ９ ６ 电煤消费 占全 国煤炭消费总量 的 ４ 以上 。 ７， ９ ６
因此 ， 发展 ７０℃等级先进超超 临界机组 ， ０ 提高发 电效率 ， 行 实现火 电技术 重大 升级 ， 我 国节 能 减排 和可 持续 发 展 对 业 具有重大意义 。应高度重视 ， 加快组织开展 ７０℃先进 超 ０ 信 息 超临界技术的研发 、 范及装备 的国产化 。 示 报 道
． ．
２ ０ ７ ０ｏ 级先进超 超临界 技术 的 国 内外 Ｃ等
研发 现状
在 ６０℃等级超超 临界发 电技术 成熟后 ， ０ 欧盟 、 国 美 和 日 先后启动 了 ７０℃及以上 的先 进超超 临界发 电技 本 ０ 术研究计划 ， 为下一代火 电装 备 的更 新提供技 术 ， 以进 一
可降低 ０ １ ～Ｏ ２ 。７０℃先 进超 超 临界机 组 的设 ． ５ ６ ．０ ／ ０ ０
步降低机组 的煤耗 ， 减少温室气体 和其 它污染物排放 。
２ １ 欧 盟 “ Ｄ ０” 划 ． Ａ Ｔ０ 计
欧盟于 １９ ９８年 １ 月启 动“ Ｄ ０” Ａ ７０ 先进超超 临界发 电 计划 ， 目标 是建 立 ５０ＭＷ 、０ ｃ／ ２ ｃ ３ ａ等 其 ０ ７０￣ ７０￣／ ５ＭＰ
级 的示范 电站 ， 结合烟气余热利用 、 降低背压 、 降低管道 阻
力 、 高 给 水 温 度 等 技 术 措 施 ， 机 组 效 率 达 到 ５ 提 使 ０ （ ＨＶ） Ｌ 以上 。拟 通 过 示 范 电 站 的 运 行 和 技 术 完 善 ， 在
２２ 年左右实现机组商业化运行 。 ００ 该计划主要分 四个阶段 ， 第一 阶段 （ 可行性研究 和材 料基本性能试验）第二 阶段 （ 、 材料验 证和初 步设计 ） 已于
蒸汽压力约为 ３ ￣３ ． ５ ８５ ａ 。
计发电效率 可达 到 ５ 左右 。资料显 示 ， 盟 ７０℃先 Ｏ 欧 ０
进超超 临界机 组净 效率 目标 是５ ～５ （ Ｈ 、 国 Ｏ ３ Ｌ Ｖ） 美
与 日本是 ４ ～５ （ ＨＶ 。 ８ ０ Ｌ ） 据测算 ，０ ６０ＭＷ 的 ７０℃先进超超 临界机组供 电煤 ０ 耗约 ２０ｇ （ｗ ・ ）可 比同容量等 级的先进水 平 的 ６０ ６ ／ ｋ ｈ， ０ ℃超超临界机组降低 约 ２ ／ ｋ ・ ） ５ｇ （ｗ ｈ 。按 年利用 ７００ ０ ｈ计算 ， 每台机组 每年可 节约标 准煤 １． ０ ５万 ｔ直接 减排 ， 二 氧化碳近 ２ 万 ｔ按每 ｔ ９ （ 标准煤生成 ２ ７ 二氧化碳） ． ４ｔ ； 若 与 ２１ 年全 国火 电机组平均供 电煤耗 ３５ｇ （ ｗ ・ ） ００ ３ ／ｋ ｈ 相 比， 台机组每年 可节约标 准煤 ３． 每 １ ５万 ｔ直接减 排二 ， 氧化碳 约 ８ 万 ｔ ６ 。 此外 ， 发展 ７０℃超 超临界 发 电提高 了未 来进 行 大 ０ 规模二 氧化碳 捕 集 与封存 （ Ｃ ） ｃ Ｓ 的可 行性 。其原 因是 ： （）０ １７０℃先进超超临界机组发 电煤耗率 比 ６ ０℃等级机 ０ 组显著降低 ， 单位发 电量 的二氧化碳 排放量 大大 降低 ， 从
从 技术上 ， 提高火 电机 组主 、 再热 蒸汽参数是 提高其
热效率的最有效 途径 ， 是火 电技 术核 心 的研 究和 发展 也
方 向。７０℃等级先 进超 超临界 发 电技 术 的核心优 势在 ０
于高效 、 污染 ， 低 但其主要 技术瓶颈 在 于耐 高温 高压金属 材料的研制 、 加工 制造 工艺 的研 发 以及如 何使 造价 降 到