700℃超超临界机组高温材料研发最新进展

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1、2011.12中国汕头超超临界机组技术交流2011年会700℃超超临界机组高温材料研发最新进展毛健雄清华大学热能工程系摘要：中国现在是燃煤火电装机容量最大的国家，也是二氧化碳排放最大的国家，尽可能提高电厂效率，大力发展超超临界燃煤火电技术，是当前降低火电二氧化碳排放最现实、最可行、最经济、最有效的途径。本文重点介绍欧盟的AD700和COMTES700等计划，以及美国和日本的700℃超超临界计划对高温材料研发的最新进展，其中包括材料试验、高温材料部件挂炉试验结果和示范厂计划，与此同时，文章还就高温金属材料用于

2、700℃等级超超临界机组的瓶颈和制约因素和解决方案进行了探讨。关键词：700℃超超临界技术；高温金属材料1前言中国是目前世界最大的煤炭生产和消费国，也是世界上最大的二氧化碳排放国。为了应对气候变化，中国现在面临着巨大的二氧化碳减排压力。2010年中国煤炭消费量达32亿吨，其中用于燃煤发电的煤量约占全国总煤炭消费量的55%，实际上，燃煤火电是中国最大也是最集中的二氧化碳排放源。图1所示，为燃煤火电厂降低二氧化碳排放的可能技术途径，其中碳捕获和埋存技术（CarbonCaptureandStorage–CCS）是

3、高能耗和高投资的技术，现在还处于研发阶段，并不是当前可实用的技术。大容量火电厂煤与生物质混烧发电，目前中国还没有相应的激励政策，而且其推广应用还受到各种因素的制约，对二氧化碳的减排贡献有限。因此，在CCS能够得到大规模推广应用之前的一个相当长的时期内，最可行、经济、可靠的燃煤火电机组二氧化碳减排的途径就是提高效率，其途径是：（1）坚持“上大压小”政策，坚决关停低效率的小机组，大力发展大容量高效率火电机组；（2）千方百计，技术创新，尽可能提高现有火电厂的效率；（3）大力发展高参数更先进的超超临界技术，进一步将

4、600℃等级超超临界机组的净效率提高到48%以上；（4）发展更大容量的先进的37.5MPa/700℃/720℃/720℃双再热机组，将1,000-1,500MWe超超临界机组净效率提高到50%以上。时间提高效率CO2排放降低率煤与生物质混烧发电（CCS)碳捕获和封存（CCS)长期中期近期图1燃煤火电厂走向二氧化碳接近零排放的技术途径142011.12中国汕头超超临界机组技术交流2011年会表1为各种蒸汽参数火电机组热效率的比较，表2为中国现在投运的不同蒸汽参数机组的设计性能比较。由表1可见，对于火电机组，蒸

5、汽参数越高，再热次数越多，给水温度越高，则效率越高。因此，现在火电机组提高效率的主要途径，就是提高蒸汽参数，发展超临界和超超临界机组。表3为火电厂净效率和CO2排放的关系，表4为火电机组热效率、发电煤耗和每度电CO2排放量之间的关系，它们表明了提高效率和CO2减排之间的定量关系。例如，1,000MWe的超超临界机组要比600MWe亚临界机组的标准煤耗低33gce/kwh，而正在开发的最先进的700℃超超临界机组，其净效率可达53%，其每度电的CO2排放量要比现在世界的平均水平低42gce/kwh。因此，尽可

6、能提高蒸汽参数是大大提高效率、降低煤耗和减排CO2的重要措施。表1各种蒸汽参数火电机组热效率的比较机组类型蒸汽参数再热次数（次数）给水温度（℃)热效率(%)亚临界17MPa/540℃/540℃127535超临界24MPa/538℃/566℃127540超超临界25MPa/600℃/600℃127545超超临界35MPa/700℃/700℃127548.5超超临界30MPa/700℃/720℃/720℃231051超超临界35MPa/700℃/720℃/720℃232052.5超超临界37.5MPa/700℃

7、/720℃/720℃233553表2中国现在投运的不同蒸汽参数机组的设计性能比较机组类型亚临界2×600MWe超临界2×600MWe超超临界2×1,000MWe蒸汽参数16.7MPa/538/538℃24.5MPa/538/566℃24.5MPa/566/566℃汽轮机的热(Kcal/kwh)1,8771,8301,780热效率(低位热值)(％)3942.9143.63标准煤耗(gce/kwh)315286282煤耗的降低(gce/kwh)基数2933表3火电厂净效率和CO2排放的关系燃煤火电厂净效率%单位

8、发电量CO2排放值g/kWHhCO2减排率%301100基数3595013.64082025.54575031.85068038.25560045.5142011.12中国汕头超超临界机组技术交流2011年会表4火电机组热效率、发电煤耗和每度电CO2排放量之间的关系项目世界最高水平世界先进水平欧盟平均水平世界平均水平热效率（％）50453830发电煤耗（gec/kWh)238320379480CO2排放值（g/k