超超临界机组材料国产化研究的意义
田野
（中国电能成套设备有限公司，北京100080）
摘要：超超临界电厂越来越多，材料技术发挥着重要的作用，文中主要介绍分析介绍超超临界火电厂材料的应用现状，以及国外超超临界文电机组的技术发展情况，提出对将来发展的看法与建议.
关键词：超超临界；材料
中图分类号：TK229.3文献标志码：B文章编号：1009-3230（2013）11-0030-04
Localization ofUltra-supercritical Unitmaterial Significance of the Study
TIAN Ye(China Power Complete Equipment CO. LTD. Bejing 10o080 China)
Abstract: More and more ultra supercritical power plants materials technology plays an importants d rd s s se qap rd s countries presented to the views and suestions for future development. application status as well as ultra - supercrical themal power technology development in foreign
Key words; Ultra -supercritical; Material
1材料技术在超超临界发电中发挥
0引言
火力发电行业目前主要面临两方面的压力，一方面市场竞争的加剧需要降低发电成本，另一方面人们对全球环境问题日益关注，要求电厂降低S0X、NOx、CO的排放，尤其是2013年以来的持续雾蕴为全国的环境问题敲响了警钟.由此，为了满足严格的环保要求，发展清洁煤发电技术越来越成为了解决这些问题的关键.就现在以及未来一段时间内，在众多的洁净煤发电技术中超超临界发电技术的继承性和可行性最高，同时具有较高的效率和最低的建设成本.
超超临界机组相对于超临界机组蒸汽温度和压力参数的提高对电站关键部件材料提出了更高更薪的要录，尤其是材料的热强性能、抗高温腐蚀和氧化能力、冷加工和热加工性能等，因此材料和制造技术成为发展先进机组的技术核心.
国际上已经在运营或在设计建设阶段的超超临界机组温度参数大多在566-620℃，压力则分为25MPa、27MPa和30-31MPa3个级别.高的蒸汽参数对电站用钢提出了更苛刻的要求，对锅炉来说具体表现在：
高温强度对于主蒸汽管道、过热器/再热器
适应的高温持久强度.
高温腐蚀烟气侧的腐蚀是影响过热器、再热器、水冷壁寿命的一个重要因素，当金属温度提高，烟气腐蚀将大幅度上升，因此超超临界机组中腐蚀问题更加突出.
蒸汽侧的氧化运行温度的提高加剧了过热器、再热器甚至包括联箱和管道等蒸汽通流部件的蒸汽侧氧化，这将导致3种后果：氧化层的绝热作用引起金属超温；氧化层的剥落在弯头等处堵塞引起超温爆管以及阀门淮漏；剥落的氧化物颗粒对汽机前级叶片的冲蚀.因此在过热器、再热器等材料选择中应充分考虑到抗蒸汽氧化及氧化层剥落性能.
热疲劳性能由于机组启停、变负荷和煤质波动引起的热应力，对于主蒸汽管道、联箱、阀门等厚壁部件，材料的抗热疲劳性能是与高温强度同等重要的指标，应在保证强度的前提下尽可能选择热导率高和热膨胀系数低的铁素体耐热钢.
对汽机而言，其中的转子、叶片以及其它旋转部件承受巨大的离心力，运行参数的提高对耐热钢的热强性能提出了更高要求，面汽缸、阀门等由于温度和压力的提高也需要更好的热强性能，高温紧固件需要有更高的拉伸屈服强度和螺变松弛强度、在蒸汽环境下的抗应力腐蚀能力以及足够的韧性、塑性以避免螺变裂纹形成.机组的启停、变负荷与煤质的波动要求厚壁部件如转子、缸体、阀门材料有低的热疲劳和端变疲劳敏感性.对再热蒸汽温度高于593℃的低压转子还必须考虑材料在该温度范围内的回火脆性.
发展
在火力发电机组的发展过程中，超临界机组和超超临界机组是同时开发和交叉发展的.经过近半个世纪的研究、发展和完善，超临界和超超临界机组已经进人了成熟和商业化运行的阶段.目前发展超超临界技术领先的国家主要是日本、德国、丹麦等，超超临界机组的最高热效率已达到47%.
分析发达国家超临界和超超临界发电技术的发展历程、现状及趟势，大致可得到如下结论：
(1)美国是世界上发展超临界技术最早的国家之一.通过提高初压（30MPa或以上）并采用两次再热，使结构与系统趋于复杂，运行控制难度趋于提高，机组可用率下降.因此，美国到上世纪80年代，参数又降低到超临界水平.上世纪80566℃/566℃超超临界为代表，由引进到自主开发，有步骤有计划的发展超超临界.上世纪90年代始，日本由31MPa/654℃/566℃/566℃的超超临界参数.调整为压力24-25MPs，温度由566/593°℃向600/600℃稳步发展，取得了显著的成功.德国等欧洲国家（丹麦除外）超超临界机组的为压力在25~28MPa范围，温度也上升为580/600℃及600/600℃.
（2）采用二次再热的超超临界机组，除了早期美国的3台机组外，只有日本川越两台（1989年）和丹麦的机组.采用两次再热可使机组的热效率提高1%~2%，但也造成了调温方式、受热面布置等的复杂性，成本明显提高.因此，除早期投运的少数超超临界机组机组外，无论是日本还
是欧洲都趋向于采用一次再热.
型布置，德国、丹麦全部采用塔式布置，这主要是各自的传统技术所决定的.
（4）燃烧方式接各公司传统，有切圆燃烧和对冲燃烧.日本IHI、日立公司制造的超超临界Ⅱ型炉均采用了前后墙对冲燃烧方式，三菱重工的锅炉燃烧方式全为八角双切园燃烧方式，两种燃烧方式都是为了减少炉膛出口烟温偏差.欧洲的超超临界塔式炉不存在烟温偏差问题，燃烧方式既有四角切圆燃烧，又有对冲燃烧，还有个别的八角双切园燃烧和八角单切园燃烧.
（5）水冷壁型式早期为垂直管屏，90年代后，除日本三菱公司采用内螺纹垂直管外，其余全部有：COSTS01计划、COST522计划.THERMIE采用螺旋管圈.
（6）已投运的1000MW级超超临界机组以双轴机组居多，但目前国外大容量等级的超超临界机组的开发及百方千瓦等缓机组倾向于来用单轴方案.为减少排汽缸数，大容量机组的发展更注重大型低压缸的开发和应用，3000r/min大功率机组中已普遍采用高度为1000-1200mm（排汽面积在9~11㎡²左右）的长叶片.
（7)在超临界和超超临界机组材料方面，从展了各自的材料研发计划，针对不同级别参数的机组如（580℃、600℃和620℃等）开发了新的耐热材料，并进行了大量的实验室和实机验证，目前，新高温铁素体-马氏体9%～12%Cr材料已可用于压力为31MPa、温度为610/625°C的参数游
国外超超临界机组发展的近期目标为（3）锅炉布置型式按各公司传统，有Ⅱ型布1000MW级机组，参数为31MPa 600℃/600°℃C/置及半塔型布置.日本超超临界锅炉全部采用Ⅱ600℃，并正在向更高的水平发展.一些国家和制造厂商已经公布了发展下一代高效超临界机组的计划，蒸汽初温将提高到700℃，再热汽温达720℃，相应的压力将从目前的30MPa左右提高到35-40MPa，机组的供电效率可达到50%~55%.
材料是发展超临界技术的最重要基础之一，这在超临界技术的发展历程中已得到充分的体现.在早期，由于超越了当时的技术水平，超临界机组的参数有大幅度的回落.后来由于材料等方面的重大进展.
欧洲在超临界机组材料方面的主要发展计划AD700项目中，材料的研究开发是非常重要的内容.欧洲很多国家都有自己的耐热钢研究项目.日本和美国等国也都有很多这方面的研发计划.
材料的研发工作应该先行，这已形成共识.一个耐热钢种的研制从起步到投产，若是新钢种，为需要十年以上的时间，即使是复核老钢种，至少也需要三年时间.
3超超临界机组材料的国产化研究
我国是电力大国，目前的装机容量居世界第上世纪80年代开始，美国、日本及欧洲都分别开二.但由于长期以来，我们对基础科学特别是材料科学的研究不够深人，使火电机组用钢材的研制水平严董落后于世界先进水平.到目前为止，我们对亚临界机组的钢材国产化都没有完全解决，因此，制定一个长期的材料研究规划，对各压力、温度等级的钢材进行系统的研究工作迫在眉睫.在目前电力体制改革的大环境下，建议由发
改委牵头，某发电集团组织实施，结合冶金部相关无序竞争的问题，对有的项目的立项合理性应重院所、中科院材料所、国内有相关研究基础的高等新进行认真地论证分析.院校、各电站设备成套研究所、国内有实力的钢铁公司及相关的电力试验研究单位共同进行理论分十分重视采用超超临界机组，这是十分可喜的.析、实验室与工业性试验及电厂实用对比考核试验，结合近年来引进的超临界机组及正在引进的超超临界机组的运行与检修实践，力争在5~10.内基本完成25-28MPa，600C等级材料的全面国产化，并投产一批引进技术、自主生产的超超临界机组.并对更高参数（30-35MPs，620℃等业绩和产品有优良的质量，必须进行认真的考察级）的材料进行持续、积极的自主开发研制工作，和分析.争取在10-15.内达到初步国产化.
（2）参数和容量的选择十分重要.我国现在但是，不能盲目攀比，比容量、比参数.参数不是越高越好，容量也不是越大越好，应进行科学、深入的分析和论证，采用经过验证的、成熟的技术.不能将我们的电厂变为外国技术的试验厂.在选择超临界技术和设备时，应要求供货商有良好的
(3)追求实效是电力企业采用超超临界技术的目的.只有真正产生实效，才能真正起到节约
吸取日本研究金属材料的经验，对超超临界机组材料采用各种综合性先进手段进行快速的模资源、保护环境、增加企业利润和竞争力的作用.拟试验：对材料采用高温长时性能试验研究、多种类应力叠加模拟疲劳试验、在首先引进的超超临界机组锅炉受热面及汽轮机主要部位安装试验部件，进行长期的跟踪观察，使用对比试验及应用先进的ANSYS软件，对金属材料进行动态应力场与源大国能在电力、环保及国民经济等方面协调快温度场计算等手段尽快了解各类材料的性能指速发展.标，并不断改进、提高.
综上所述，在新一轮的电力发展中，应具有一定的前瞻性，优先发展超超临界火电机组的同时加紧对高温、高压材料的国产化研究，提高机组的整体效率，减少能源消耗，使我们这样一个煤炭资
参考文献
[1 ] Viswanathn R. Materils for Ultrasupercritical CoalPower Plantas Boilers Materials ( Pan 1) [J]. JME-PEG 2001 10 :81 95.[2]朱室四，苗乃金，超超临界火电机组技术开发预可行性研究[3]沈邱农，超超临界机组技术开发的分析与研究，
4结束语
（1）在发展超超临界电站时，不能盲目发展、无序竞争.在发展速度太快和竞争激烈时，很容易出现论证不充分、分析不深入、考虑不全面、决策不科学的偏向.应按照我国可持续发展的总体要求、相关产业政策、公司的发展规划和技术发展规律，科学规划、合理布局.由于前一段时间存在
