国外700℃超超临界燃煤发电技术发展介绍

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三、美国A-USC（760 ℃）计划及进展情况
1种铁素体材料：SAVE12； 2种奥氏体合金钢：HR6W、Super304H； 4种镍基合金钢：Haynes230、Haynes282、 CCA617和Inconel740。 经过30000小时（3.4年）的蠕变强度试验， 只有Haynes282、Inconel740两种经过析出强化的 镍基合金刚能在760℃/35MPa的条件下达到符合要 求的蠕变强度。
二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
16根平行管子
吹灰
防护套管
过热器不同温度段所采用的测试材料
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
COMTES700测试工作的运行时间和运行温度
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
COMTES700试验台由Alstom整体设计，部件 的设计和制造包括Alstom、日立和BWE。 运行试验从2005年7月开始，验证的材料T23、 617、740等13种材料。到2009年8月共运行22400 小时，其中680℃以上运行时间12850小时。
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三、美国A-USC（760 ℃）计划及进展情况
Federal – State – National Laboratory Non Profit – For Profit Cost Sharing Consortium
三、美国A-USC（760 ℃）计划及进展情况 3.2 材料开发
Average Temperature for Rupture in 100,000 hours ( F)
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
高温段过热器和再热器材料将采用TP347HFG、 Super304H、HR3C、Sanicor25、A617、A740。高 温联箱和管道材料将采用P92、A617、A263。
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
值得注意的是，对于700℃锅炉中镍基合金 占锅炉受热面的比例，ALSTOM公司在2012年给出 的资料显示，镍基合金比例有较大幅度上升。一 年前，ALSTOM公司的资料显示，700℃锅炉的奥氏 体不锈钢占24%，镍基合金占16%，这次会上 ALSTOM公司指出，700℃锅炉的奥氏体不锈钢占 15%，镍基合金占29%。相关对比见图。
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
▲到目前为止,前二个阶段的目标已经完成。 ▲ 第三阶段完成了多个高温部件验证试验台。包括： 建立在丹麦Esbjerg电厂的过热器试验台、德国Scholven 电厂F机组的COMTES700以及德国GKM的725℃试验台GKM HWT 725 I。前两个试验台已经拆除进行材料分析。2012 年与2013年分别在德国和意大利继续开展GKM HWT II、 ENCIO部件验证试验台高温热部件验证。 ▲第四阶段工作至今没有开展。
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
2、欧盟的“AD700计划”
2.1 计划内容和进度
阶段 1A 1B 2A 2B 3 4 内容 可行性研究 材料性能示范 部件示范准备 材料性能示范 部件示范 全尺寸示范电厂
整个计划为17年(1998～2014年)
98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15
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三、美国A-USC（760 ℃）计划及进展情况 3 美国A-USC（760 ℃）计划 3.1 计划内容及实施进度
（1）2001年，美国能源部提出开发蒸汽参数为 37.9MPa/736℃/760℃的先进超超临界燃煤机组，发电净 效率约48～50%(LHV)。 （2）为实现上述目标美国能源部启动了“超超临界燃煤 电厂锅炉材料”研究计划。 （3）2005年，美国能源部又启动“超超临界燃煤电厂汽 轮机材料”研究计划。
二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
锅炉材料开发目标：
（1）105h蠕变断裂强度达到100MPa； （2）具有较好的抗蒸汽氧化性能； （3）具有较好的抗烟气腐蚀性能； （4）具有较好的冷热加工性能。
17Leabharlann Baidu
二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
锻造和机 加的镍基 合金617钢 管 (o.D. 220 mm x 50 mm)
Advanced Austenitic Alloys (Super 304H, 347HFG, NF709, etc.)
650 700 750
o
8 6 Haynes 230 800
550
600
Average Temperature for Rupture in 100,000 hours ( C)
Stress (ksi)
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
同时为了改善A617材料性能，欧洲研发了 A617B新材料，即：在A617中加20-50ppm的硼元素， 硼能增加抗蠕变强度及提高热塑性，但随着硼组 份的增加，可焊性变差。欧方专家认为A617B可以 用于制造大口径高温热部件（联箱、主蒸汽管、 阀门、汽机高温部件等）。
工艺系统研发组 Elsam Tech-Wise A/S
汽轮机研发组 Alstom Power UK
VGB PowerTech Elsam Tech-Wise A/S …
材料 Alstom Power UK … 设计 Siemens A.G. …
第1阶段： 总预算为2100万欧元，欧 盟能源与交通总局（DGTREN）提供40%的资金，英 国和瑞士政府也提供了资 助，项目参与方承担其余 部分。 第2阶段： 总预算1100万欧元，DGTREN继续提供50%的资助， 其余部分由各参与方承担。
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
Alloy 617 P 92 Outlet 蒸汽出口
HCM 12
44 parallel tubes 44根平行管子 8,800 mm 13 CrMo44
蒸发管不同温度段所采用的测试材料
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43 x 48 = 2,046 mm Inlet 给水入口
7 CrMoVTiB 10 10/T 24
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一年前，ALSTOM公司的资料
二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
2.5 汽轮机技术开发
ALSTOM公司说明，其设计的550MW和 1100MW700℃汽轮机与其常规的超超临界汽轮机在 技术上没有变化，只是针对蒸汽参数的提高采用 了合适的材料。
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
热挤成型的镍基合金263管材，310 x 67 mm
Extrusion by Wyman & Gordon, Livingstone, Scotland
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
阀门锻件
Candidate materials for 700°CTechnology Alloy 617B Alloy 617occ Alloy 263 HR6W Ni-based alloys
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
镍基合金617和617B蠕变强度比较
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
镍基合金617和617B的许用应力
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
2.4 锅炉技术开发
ALSTOM公司提出了
550MW和1100MW的锅炉方案， 均为一次再热塔式锅炉。 锅炉除了更换新的部件材 料外，与600℃机组的锅炉 没有大的变化。
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
第3阶段： 总预算为1520万欧元，其中欧盟煤炭与钢铁 研发基金（RFCS）提供了40%的资金，57%来自于 Emax企业联合体，3%由设备供货商承担。
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
第三阶段组织结构图
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
国外700℃超超临界燃煤发电 技术发展情况简介
内 容
一、前言 二、欧盟“AD700计划”及进展情况 三、美国A-USC（760 ℃）计划及进展情况 四、日本A-USC计划及进展情况 五、结论
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一、 前言
提高机组参数是改善机组效率最有效的途径之 一，600℃等级超超临界发电技术成熟后，欧洲、美 国和日本先后启动了蒸汽温度达到700℃以上的先进 超超临界发电技术研究计划，目标是使发电效率达到 50%以上，为下一代火电装备的更新提供技术支持， 以减少温室气体和其它污染物排放。
1100 500 Inconel 740 300 CCA617 Std. 617 Haynes 282 30 1200 1300 1400 70
o
Nickel-Based Alloys
50
Stress (MPa)
100 80 10 60
40
9-12Cr Creep-Strength Enhanced Ferritic Steels (Gr. 91, 92, 122)
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
COMTES700试验台管道、水冷壁、集箱和过热器安装照片
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
安装在部件验证试验回路中的部件镍基合金 材料A617大管道的焊缝和热影响区出现了开裂。
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
裂缝问题主要从两方面着手解决： （1）加强焊缝无损检测，包括超声波检测、DP/FP 检测等； （2）优化焊接质量，主要包括以下途径： • 改用其他焊接技术（如手工钨极氩弧焊）； • 层状结构优化； • 焊接前进行热处理（980℃/3小时）； • 采用DP/FP测试（每一层焊接之后都进行DP/FP测 试）； • 如果需要，采用堆焊。
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一、 前言
2010年7月23日，国家能源局宣布成立国家 700℃超超临界燃煤发电技术创新联盟，2011年6 月24日召开第一次理事会，正式启动了我国的 700℃技术开发计划。
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一、 前言
2012年9月19日-20日，IEA CCC在奥地利首次 组织召开了先进超超临界燃煤发电技术国际研讨 会，国家700℃联盟秘书处组织联盟主要研发单位 参加了该会议。
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
2.3 COMTES700部件验证试验
COMTES700测试系统图
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
COMTES700计划的测试材料和测试温度
测试部件 蒸发管 测试温度 410°C—610°C 测试材料 T24、HCM12、A 617 DMV310N、HR3C、 过热器 580°C—705°C A617 A740、A174 （Sanicro25） 13CrMo44、 上联箱、主管道 410°C—705°C 10CrMo910、P91、P92、 A617、A263 汽机调节阀 705°C A625
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
组织和资金支持
第一、二阶段组织结构图
计划协调委员会
协调人 Elsam Tech-Wise A/S
锅炉研发组 Babcock Borsig Power Energy
Alstom Power Boiler KBMA Nederland Siemens A.G. Babcock Borsig ...
2.2 材料的开发
（1）开发用于运行温度高于650℃的镍基合金，用于末 级过热器和再热器、蒸汽管道、汽轮机高温段部件； （2）开发用于运行温度在600℃～650℃之间的过热器、 再热器用奥氏体钢，减少镍基合金用量； （3）开发用于运行温度在600℃～650℃之间的联箱和连 接蒸汽管道的马氏体钢。
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5、6 运行与经验反馈
欧盟的“AD700计划”目标是在2014年左右建成一座蒸汽参数为 35MPa/700℃/720℃的燃煤示范电厂。
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
第一阶段：可行性研究和材料性能试验(1998-2004) 第二阶段：材料性能测试和示范电站准备(2002-2006) 第三阶段：部件示范，简称COMTES700(2004-2009) 第四阶段：“50plus”示范电厂建设
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
1100MW等级汽轮机的三维模型图和一次再热 汽轮机系统的简单示意图。
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
•
高压缸和中压缸的内缸和转子都采用镍基合 金和铁素体钢的焊接。
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二、欧洲“ AD700计划”及进展情况
2.6 示范电厂建设
欧洲AD700原计划由E.ON公司计划在德国西 北部的Wilhelmshaven建设一台550MW示范机组， 简称“50plus”工程。主蒸汽参数为35MPa、 700℃，再热热段参数为8MPa、720℃。全厂热效 率>50%，标准煤耗<246g/kWh，CO2排放量 670g/kWh。