700℃超超临界机组材料的选择与应用.doc

第47卷 第1期 2002年1月 简 报 PAGE - PAGE 1 - 700℃超超临界机组材料的选择与应用 周荣灿，范长信，张红军，郭岩 （西安热工研究院有限公司，陕西省，西安市） Selection and application of materials for 700℃ A-USC power plants Zhou Rong-can FAN Chang-xin (Xi’an Thermal Power Research Institute Co. Ltd., Xi’an , Shaanxi Province, China) PAGE ABSTRACT：The development of materials for 700℃ A-USCpower plants was reviewed, the selection of materials for different components in A-USC projects in EU, USA and Japan was compared, suggestions to the screening test plan to determine the candidate materials for China’s A-USC project was proposed. KEY WORD: 700℃ A-USC；materials；superalloys 摘要: 对700℃超超临界机组用高温材料的开发和试验研究现状进行了综述，分析比较了欧洲、美国和日本在各自的700℃超超临界发电技术研发计划中提出的关键部件选材方案以及其中存在的问题。根据前期材料试验研究结果以及对镍基高温合金的特性的认识，结合对电厂不同部件运行条件的分析，提出了我国700℃超超临界燃煤发电技术自主研究开发中对关键高温部件材料筛选的建议。 关键词：700℃超超临界；材料；高温合金 1 前言 提高蒸汽温度和压力参数是改善火力发电机组热效率的一种最有效的途径，超超临界火力发电机组是基于常规超临界发电的技术提升，与其它发电技术相比其技术继承性和可行性更高，从自上世纪80年代末以来得到了快速的发展。 早在1994年，即初蒸汽温度为580℃-600℃等级的超超临界发电技术尚在研制的同时，丹麦Elsam电力公司就提出了一项研究动议，即能否通过适度的材料开发将机组的蒸汽温度进一步提高到700℃、压力提高到350-375bar，从而使机组净效率提高到50％[1]。这一研究建议直接导致了1998年欧洲AD700（“先进超超临界发电计划”）项目的启动。该项目于2010年结束，先后开展了700℃等级发电技术的可行性研究和材料基本性能、材料验证和初步设计、部件验证等工作，但原计划2010年开始建设的示范机组被推迟。除AD700之外，随着研究工作的开展，在欧盟内部又启动了大量的700℃发电技术支撑项目，包括MARCKO、COORETEC-TD1、COMTES700、COMTES700 Turbine Valve、GKM HWT 725 I、NRWPP700、725 HWT GKM II、ENCIO、、NextGenPower、MACPLUS等，这些项目分别由欧盟、欧洲行业联盟、国家地方政府、企业等资助。 在欧洲的700℃计划取得显著的技术突破之时，美国之前提出的的Vision21及FutureGen计划却进展缓慢，且在较长的一段时间内难以取得预期的目标，为了避免在燃煤发电技术领域失去竞争优势，美国能源部美国能源部调整目标，于2001年、2004年先后启动了蒸汽参数为38.5MPa/760℃的超超临界锅炉材料和汽轮机材料研究计划，开展该领域的关键技术研究[2]。 日本早在2000年就开始了“700℃级别超超临界发电技术”的可行性研究，但基于当时的技术和市场得出的结论并不支持开发700℃发电技术。随着欧洲、美国的研究进展，2006年日本能源综合工程研究所又做了一个以700℃级别A-USC技术来改造旧机组的案例研究。2008年8月日本正式启动“先进的超超临界压力发电（A-USC）”项目的研究[3]，项目的目标是最终使蒸汽温度达到700℃以上。在日本，尽管国家层面的A-USC计划启动较晚，但日本的企业早已开始关键技术特别是新材料的开发，因此有较好的基础。 700℃等级的先进超超临界发电机组的许多高温部件的服役温度已经远远超过耐热钢的承受能力，必须采用耐热性能更好的镍基或铁镍基高温合金。尽管高温合金在航空航天、石化、工业燃机等行业已经有丰富的应用经验，但火力发电厂部件与之迥异的服役条件、长达数十年的设计寿命要求以及比航空发动机大得多的尺寸，使得镍基合金的应用完全进入了一个全新的领域，原有的经验并不