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。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。

三、700℃超超临界燃煤发电机组国际研发计划

700℃超超临界燃煤发电技术将全面提升燃煤发电设备的设计和制造水平，为制造厂和电厂换来巨大的经济效益。为此，欧盟、日本和美国均采取由政府组织电力用户、毛坯和原材料的供应商及设备制造公司联合开发的方式，制定了长期的700℃超超临界发电技术和设备的发展计划，使超超临界机组朝着更高参数的技术方向发展。目前，国际上700℃超超临界燃煤发电机组研发计划主要有三个：欧洲AD700的17年计划（1998～2014）；日本的A-USC的9年计划（2008～2016）；美国的A-USC的15年计划（2001～2015）。

1.欧盟AD700计划

欧盟在确定洁净燃煤发电节能减排的发展战略中，偏重于燃煤火力发电，因此，早在1998年就开始执行由丹麦ELSAM电力公司