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近年來，我國經(jīng)濟持續(xù)高速增長，但由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、增長方式單一，取得巨大經(jīng)濟成就的同時，也出現(xiàn)了資源浪費、能源利用效率低下、環(huán)境污染嚴重等社會問題。不時籠罩大中城市的霧霾讓人們對環(huán)境污染有了切膚之痛。目前，國家已經(jīng)將節(jié)能減排、環(huán)境治理列為經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。在此情形下，整個社會對資源利用及環(huán)保問題集中的電力行業(yè)提出了更高的發(fā)展要求。
目前，世界上最先進的超超臨界發(fā)電機組的主蒸汽溫度已經(jīng)達到600攝氏度，發(fā)電效率達到46%，如果將主蒸汽溫度進一步提高到700攝氏度以上，那么發(fā)電效率將接近甚至超過50%，這種技術(shù)就是電力行業(yè)廣泛關(guān)注的700攝氏度超超臨界發(fā)電技術(shù)。
溫度再提升100攝氏度需要相關(guān)技術(shù)支持
相對主蒸汽溫度600攝氏度的超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)，盡管只有100攝氏度的溫度提升，主蒸汽溫度700攝氏度的先進超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)卻需要巨大的技術(shù)跨越。隨著主蒸汽溫度超過700攝氏度，現(xiàn)有機組廣泛使用的鐵素體、馬氏體以及奧氏體等耐熱不銹鋼材料將不能滿足過熱器、再熱器等部件對材料使用性能的要求，這些部件必須大量使用強度更高、蠕變特性更好的鎳基高溫合金。雖然鎳基合金在航空、航天、石化等行業(yè)的應(yīng)用已有數(shù)十年，但由于服役條件不同、尺寸差異大等原因，將其應(yīng)用到700攝氏度發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域并不是一個簡單的技術(shù)轉(zhuǎn)移和擴大應(yīng)用范圍的問題，必須針對700攝氏度電站研制成本可控、易于加工并能夠在電站服役條件下實現(xiàn)長周期安全穩(wěn)定運行的新型鎳基高溫材料，并建立與之相匹配的整套制造技術(shù)體系。
具體而言，為建設(shè)700攝氏度超超臨界燃煤電站，需要解決４個關(guān)鍵技術(shù)問題。
一是高溫材料研制及篩選。二是鍋爐、汽機等關(guān)鍵高溫部件以及鎳基高溫閥門的加工制造工藝及焊接工藝等。三是關(guān)鍵高溫部件的長周期實爐掛片試驗。四是700攝氏度超超臨界示范電站的設(shè)計、建設(shè)及運行技術(shù)。其中，高溫部件的長周期實爐掛片試驗是700攝氏度機組建設(shè)前最后、也是最關(guān)鍵的一項研究工作。
歐美日爭先恐后發(fā)展700攝氏度發(fā)電技術(shù)
600攝氏度超超臨界發(fā)電技術(shù)基本成熟以來，世界各國一直在積極發(fā)展更高參數(shù)、更大容量火力發(fā)電技術(shù)。
歐洲于1998年啟動“AD700”先進超超臨界發(fā)電計劃，其目標是建立35兆帕、700攝氏度或35兆帕、720攝氏度等級的示范機組，使機組效率達到50%以上。歐洲項目研究的核心材料為“Alloy617”，屬于固溶強化鎳基合金。經(jīng)過十余年的不懈努力，歐洲基于“Alloy617”等建立了一套較為完備的700攝氏度電站高溫鎳基合金制造技術(shù)體系，完成了700攝氏度機組的可行性研究、風(fēng)險和經(jīng)濟性評估等。但遺憾的是，在進行長周期實爐掛片試驗時，試驗集箱、噴水減溫器等管道的焊接接口處發(fā)現(xiàn)裂紋。這導(dǎo)致歐洲建設(shè)700攝氏度示范機組的計劃被迫整體向后推遲3年。迄今為止，沒有公開文獻或信息表明上述問題已經(jīng)完全得到解決。目前，由于缺乏經(jīng)費支持，歐洲已經(jīng)取消了后續(xù)掛片試驗平臺的建設(shè)計劃，700攝氏度研制計劃暫時擱置。
美國先進的超超臨界壓力發(fā)電項目（A—USC）的目標是將主蒸汽參數(shù)提高到35兆帕、760攝氏度。該項目計劃5年內(nèi)建設(shè)一套規(guī)模較大的高溫材料掛片試驗平臺，7年內(nèi)完成實爐掛片試件。項目選擇“Inconel740H”為核心材料，“Haynes282”等為輔助驗證材料。這兩種材料都屬于時效強化鎳基合金，迄今尚未進行過任何實爐試驗�？紤]到美國迄今沒有600攝氏度及以上等級超超臨界機組投運，加之面臨著研制經(jīng)費削減、預(yù)算不足的問題，其能否如期推動相關(guān)研究計劃受到質(zhì)疑。
日本于2008年8月正式啟動 “先進的超超臨界壓力發(fā)電”項目的研究，目標是最終使蒸汽溫度達到700攝氏度以上，凈熱效率達到46%~48％。按計劃，日本將于2015年開始部件的實爐掛片試驗。整個項目預(yù)計于2016年底完成。此外，印度在2013年也提出了700攝氏度技術(shù)發(fā)展 規(guī)劃，目前項目尚未實質(zhì)開展。
