超超臨界機組

超臨界、超超臨界火電機組具有顯著的節能和改善環境的效果，超超臨界機組與超臨界機組相比，熱效率要提高1.2%-4%，一年就可節約6000噸優質煤。未來火電建設將主要是發展高效率高參數的超臨界（SC）和超超臨界（USC）火電機組，它們在發達國家已得到廣泛的研究和應用。

超超臨界燃煤發電技術是一種先進、高效的發電技術，它比超臨界機組的熱效率高出約4%，與常規燃煤發電機組相比優勢就更加明顯。可是，2002年，“超超臨界燃煤發電技術的研發和應用”項目立項時，我國連超臨界機組的示範工程都尚未開始建設，國際上也僅有德國、丹麥、日本的5個電廠投產。是等待國內超臨界機組示範成功、國際上超超臨界技術成熟后再來考慮我國下一代的電力技術，還是超前進行研究，以技術為先導，來推動中國電力行業的發展？

時任國家電力公司科技環保部主任的張曉魯等人爭取到了科技部的支持，決定對國際上的先進技術進行論證，基於我們能採購到的、成熟商業應用的高溫合金材料，研究在中國發展超超臨界的技術類型和技術路線，希望以此指導我國電力裝備業新一代設備的研發，為我國電力行業的產業升級提供技術儲備。

中國華能集團公司、中國電力投資集團公司、哈爾濱鍋爐廠、上海汽輪機有限公司、國家電站燃燒工程技術研究中心……23家單位的100多名研究人員通力合作，首次提出了我國發展超超臨界火電機組的技術選型方案，完成了3種不同型式100萬千瓦超超臨界鍋爐、汽輪機的設計開發、製造軟體包研製和材料加工性能研究，自主設計了超超臨界電站，自主調試成功了100萬千瓦和60萬千瓦機組，申請了17項國家技術專利，形成了我國完整的超超臨界電站開發基礎。

技術儲備很快就派上了大用場。從2003年開始，我國電力行業進入高速發展期，年裝機容量從過去十多年裡每年1000多萬千瓦急速攀升到5000萬千瓦、6000萬千瓦，2006和2007兩年達到1億千瓦左右。到2007年底，國產60萬千瓦超超臨界機組的訂貨量達到90多台，100萬千瓦的訂貨數也有將近50台。預計到2010年，我國投產的百萬千瓦超超臨界機組將佔全世界的一半以上。

世界銀行的代表找到已是中國電力投資集團公司副總經理的張曉魯，說現在看來，要減少燃煤發電溫室氣體和污染物排放，最有效的技術就是超超臨界技術，打算拿一筆錢支持中國開展這方面的研究。張曉魯回答：“謝謝你，我們已經跨過了這個階段。”

2008年1月8日，中共中央、國務院隆重舉行國家科學技術獎勵大會，由中國華能集團公司承接，聯合有關設計、製造、應用單位共同研發和應用的超超臨界燃煤發電技術獲得2007年度國家科學技術進步一等獎。

該技術的節能環保示範作用十分顯著，作為示範工程的華能玉環電廠項目，於2007年11月全部建成投產，成為世界上超超臨界百萬千瓦級容量最大的火電廠。工程應用了大量該課題的研究成果，2台100萬千瓦超超臨界發電機組（參數26.25MPa、600℃/600℃）是當今國際上參數最高、容量最大、同比效率最高的超超臨界機組，經實際運行，效率高達45.4%,供電煤耗283.2克/千瓦時，比2006年全國平均供電煤耗366克/千瓦時低82.8克/千瓦時，大幅節約了煤炭資源,每年可少排放二氧化碳50多萬噸、二氧化硫2800多噸、氮氧化物約2000噸，具有國際先進的能耗和環保水平，企業經濟效益和社會環境效益前景巨大。

現在發電供熱用煤佔全國煤炭生產總量的50%左右，而且污染物排放量也很大。據統計，全國二氧化硫的排放量中，90%是由煤電產生的。百萬千瓦超超臨界機組的研發和應用對實現我國火電結構調整、節能降耗，建設資源節約型、環境友好型社會，電力工業可持續發展具有重要意義。

蒸汽溫度不低於593℃或蒸汽壓力不低於31MPa被稱為超超臨界。在1985～1990年，美、蘇、日、德、法等國已著手研製開發可實際運行的超超臨界機組，並制定了超超臨界機組的兩步發展計劃，其中第一步目標是主蒸汽參數為30MPa，593℃；第二步目標是主蒸汽參數為34.5MPa，649℃。第二步目標比目前常規的蒸汽參數為24.1MPa，538/566℃的超臨界機組（國內機組）凈效率提高8.8%。

美國是發展超臨界發電技術最早的國家。世界第一台超超臨界參數機組（125MW，31.03MPa621/565/538℃）於1957年在美國投運。美國投運的超臨界機組佔大型火電機組的30%以上，容量以50～80萬千瓦為主。美國於上世紀60年代初完成世界首台超超臨界火電機組的設計和製造，后經過20餘年努力，用材體系不斷完善，掌握了大型鑄鍛件製造技術，超超臨界火電機組逐漸得以推廣應用。美國擁有超臨界機組兩個世界之最，即最大單機容量1300MW和最高蒸汽參數（費城電力公司EDDY-STONE電廠的#1機組，蒸汽參數為34.5MPa，649/566/566℃）。近年來，美國GE公司還為日本設計製造了蒸汽參數分別為26.6MPa/577℃/600℃和25MPa/600℃/610℃的超超臨界機組。

俄羅斯是發展超臨界機組最堅決的國家。1963年，前蘇聯第一台30萬千瓦超臨界機組投入運行，機組參數為23.5MPa/580℃/565℃。現在共有超臨界機組200多台，佔總裝機容量的50%以上，其30萬千瓦以上容量機組全部採用超臨界參數。目前，俄羅斯研製的新一代大型超超臨界機組採用參數為28～30Mpa/580～600℃。前蘇聯發展超臨界技術主要依靠本國力量，以自主開發為主，初期也走過不少彎路，但經過長期試驗研究已具有一套比較完整的超臨界技術和產品系列。

日本採用引進、仿製、創新的技術發展路線。日本的超臨界機組占常規火電機組裝機容量的60%以上，其45萬千瓦以上機組全部採用超臨界參數，最初投運的兩套超超臨界機組由三菱公司設計，裝機容量70萬千瓦、蒸汽參數34.5MPa/620℃/650℃。日本發展超超臨界機組起步較晚，但很快由仿製過渡到應用自己的科研成果，同時建立了自己的試驗台，發展速度很快、收效顯著。

我國超臨界、超超臨界機組發展較晚。我國於上世紀80年代後期開始從國外引進30萬千瓦、60萬千瓦亞臨界機組，第一台超臨界機組於1992年6月投產於上海石洞口二廠（2×600MW，25.4MPa，541/569℃）。從引進到完全消化吸收，用了近20年時間。國產超臨界發電技術從新世紀元年起步，到投入商業化運行，只用了3年時間。而國產百萬千瓦超超臨界技術從項目研發到2006年玉環電廠首台機組投運，僅用了4年時間。應當說，這種跨越式的發展正是發電業和電站裝備製造業共同進步、共同發展的必然結果。在“超超臨界燃煤發電技術”的研發和應用下，我國發電業及電站裝備製造業的整體水平躍上了一個新台階。

超超臨界機組的關鍵大型部件，如汽輪機轉子、葉片、鍋爐管等，是制約現代重大裝備製造業發展的瓶頸，儘早攻克電站關鍵用材和大型鑄鍛件製造技術成為國家和上海中長期科學技術發展規劃綱要的重要內容。

為此，上海市科委組織專家開展了上海現代裝備用關鍵材料技術現狀與發展方向的調研，並在此基礎上，於2005年將“電站裝備用特種材料研究與開發”列入上海市科委重大科技攻關項目，由上海發電設備成套設計研究院牽頭，組織上海多家企業，聯手上海交通大學和上海大學等高校，開展產學研合作攻關。聯合攻關團隊解決了高溫持久蠕變等多道技術難題，取得了系列成果。

由上海重型機器廠有限公司等負責的高中壓缸體試製，形成了冶鍊、鑄造、熱處理、焊補等成套生產工藝，產品已用於600MW汽輪機。高壓轉子的研製工作經歷了多次失敗，終於解決了低硅、低鋁的高合金鋼冶鍊難題，開發了氮氣保護電渣重熔技術，成功試製出高壓轉子一根、在制產品轉子兩根。由寶山鋼鐵股份有限公司特殊鋼分公司負責，上海鍋爐廠有限公司參與開發的奧氏體不鏽鋼管，國產管的冶金質量已相當於進口材料的水平，在650℃的高溫下持久強度可達99MPa。由上海汽輪機有限公司等負責開發的葉片和螺栓用高溫高強度材料已實現產業化，年產約600噸。安裝有該部件的山東黃島和安徽宿縣等電廠發電機組已投入正常運行。由上海新閔重型鍛造有限公司等負責開發的汽輪發電機用高強度穿心螺桿材料，已成功用於1000MW級發電機。

據專家估算，待該項目全部完成後，超超臨界機組的造價可下降一半。我國“十一五”規劃綱要提出，要“以大型高效環保機組為重點優化發展火電，建設大型超超臨界電站和大型空冷電站。”綱要還將超超臨界火電機組列為“裝備製造業振興的重點”之一。而《國家中長期科技發展規劃》明確將能源列為優先發展的領域，並在“煤的清潔高效開發利用、液化及多聯產”專題中明確提出了高參數超超臨界機組等技術。

我國“十一五”能源發展面臨的生存環境與以往相比發生了很大變化。目前我國資源條件與國際競爭環境已不允許我國繼續重複增加能源與資源投入帶動經濟增長的舊模式，必須轉向依靠提高能源與資源利用率實現經濟增長的發展模式。發展超超臨界發電技術，無論是對優化煤電結構，還是提升電站裝備製造水平，都具有重要意義。