1.2　超（超）临界火电机组运行情况

超（超）临界机组是我国火电机组的重要发展方向。从我国国情出发，发展超（超）临界机组有利于降低我国平均供电煤耗，有利于电网调峰的稳定性和经济性，有利于保护生态环境、提高环保水平，有利于实现技术跨越，创建国际一流的火力发电厂。本节简单介绍超（超）临界火电机组运行情况。

1.2.1　超（超）临界火电机组运行现状

目前，我国从事直流锅炉制造的厂家主要有上海锅炉厂、哈尔滨锅炉厂和东方电气集团公司。

上海锅炉厂有限公司在发展直流炉技术[含超（超）临界]方面可分为三个阶段：20世纪60～80年代是公司自行研究开发直流锅炉的第一阶段；80～90年代为引进国外先进技术的第二阶段；2000年以后为自行开发设计并转让技术阶段。上海锅炉厂1981年开始引进美国燃烧工程（CE）公司配300MW和600MW的亚临界控制循环锅炉的成套设计和制造技术，1987年引进部分瑞士Sulzer公司600MW超临界压力锅炉技术，1999年引进德国斯坦缨勒公司（LCS）的亚临界螺旋管圈技术等。并先后于20世纪80年代末与ABRCE公司合作制造石洞日二厂2×600MW超临界压力直流炉项目，1998年开始承接与ALSTOM合作制造外高桥2×900MW超临界锅炉项目，2000年后上海锅炉厂与国外公司合作进行超临界锅炉设计并准备转让超（超）临界锅炉技术，2003年上海锅炉厂正式引进了美国ALSTOM公司（原美国CE公司）600～1000MW超（超）临界压力锅炉成套设计和制造技术。引进超（超）临界压力锅炉技术的主要内容包括变压运行的螺旋管围技术及垂直管圈技术，蒸汽参数压力为25～36.5MPa，温度为（538～654℃）/（538～600℃）。该技术居于国际领先地位，世界上只有ALSTOM和三菱公司在8000W以上机组采用垂直管圈技术。2011年，由上海电力修造总厂有限公司研制的，拥有自主知识产权，完全国产化的首台1000MW超（超）临界火电机组锅炉给水泵日前通过台架试验，试验数据：入口流量1800t/h，出口流量1700t/h，入口压力1.5MPa，出口压力35MPa，效率86%，达到世界先进水平。

哈尔滨锅炉厂承担了“十五”国家重点科技攻关计划项目（国家863计划），针对“超（超）临界燃煤发电技术”、“超（超）临界发电机组技术选型研究”开展了超（超）临界燃煤锅炉远型的研究工作。

国家重点工程华能玉环电厂1号超（超）临界机组1000MW机组于2006年11月28日已顺利完成168h投运，正式投入商业运行，目前运行良好。

从“十一五”初期开始，我国大型超（超）临界机组呈现出快速发展的趋势，600MW机组基本上都采用了超临界或超（超）临界参数，1000MW机组全部采用了超（超）临界参数。

2016年11月28日，由西北电力设计院主体设计、广东火电工程总公司施工的神华国华寿光电厂一期2台100万千瓦超（超）临界燃煤电站2号机组顺利通过168h满负荷试运行。标志着我国已投产百万千万超（超）临界机组97台。据不完全统计，已开工在建的百万千万超（超）临界机组达68台[多为更高参数的超（超）临界机组或超（超）临界二次再热机组]，建成、在建共计165台。总之，我国超（超）临界机组占煤电装机容量的比重正在逐渐增大，促进了我国火电机组技术水平的迅速提高，已处于国际先进水平。

1.2.2　超（超）临界火电机组运行中存在的问题

（1）超（超）临界机组电源布局及运行调度

近年来，随着国民经济的持续发展，电力建设速度相应加快。电力体制改革后，各大发电集团和各发电企业为实现自身发展，不断开辟新的电源点，由于与规划进度不协调、与电网建设不同步，造成了部分已建成的超（超）临界机组无法长期满负荷运行、机组负荷率降低、煤耗增加等问题。另外，由于目前对超（超）临界机组的运行调度还不能做到优先保证机组的长期满负荷运行，使超（超）临界机组不能充分发挥节能降耗的优点。

（2）超（超）临界机组自主知识产权

国内主要的锅炉、汽轮机、发电机制造厂都相继引进了600～1000MW超临界和超（超）临界的设备设计和制造技术，制造出了国产的600MW、1000MW超（超）临界机组。但是，设备的基本设计和关键技术的设计由技术引进方完成，关键部件从技术引进方进口。由于没有自主知识产权，受引进技术协议的限制，国内主机厂需要向技术引进方交纳高额费用。大容量火电机组的大型铸锻件一直是我国电力装备制造业没有解决好的难题。经过多次厂方技术改造，我国重型厂在设备能力上已满足要求，但在技术掌握上还有所欠缺。

（3）超（超）临界机组的关键材料

超（超）临界机组蒸汽温度和压力参数的提高给关键部件材料带来了更高、更新的要求，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，因此材料及其制造技术成为发展先进超（超）临界机组的技术核心。

在超临界锅炉上，尤其是超（超）临界锅炉重要元件的材料性能很关键。高的蒸汽参数对电站用金属材料提出了更苛刻的要求，就锅炉而言，其具体要求如下。

（1）较高的高温强度

对于主蒸汽管道、过热器/再热器管道、联箱和水冷壁材料而言，都必须具有与高的蒸汽参数相适应的高温持久强度。

（2）耐高温腐蚀

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。若金属温度提高，则烟气侧的腐蚀速度会明显加快。因此，超（超）临界机组中的腐蚀问题更加突出，所用材料必须耐高温腐蚀。

（3）蒸汽侧较高的抗氧化性能

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，这将导致三种后果：①氧化层的绝热作用引起金属超温；②氧化层的剥落在弯头等处堵塞引起超温爆管以及阀门泄漏；③剥落的氧化物颗粒对汽轮机前级叶片的冲蚀。因此，在过热器、再热器等材料的选择中，应充分考虑到抗蒸汽氧化及氧化层剥落的性能。当超（超）临界机组蒸汽温度达到600℃时，过热器管壁金属温度将达到650℃，钢管内壁的蒸汽氧化就会加重，氧化皮脱落现象严重影响机组的可用率。以前，对亚（超）临界的过热器和再热器的高温段，国外主要用常规的18-8类Cr-Ni奥氏体不锈耐热钢或含9%～12%Cr的铁素体耐热钢。随着蒸汽参数进一步上升达到超（超）临界参数时，则需要高温强度更高、耐瘸蚀能力更强的奥氏体耐热钢甚至于耐热合金。

（4）良好的抗热疲劳性能

材料的抗热疲劳性能是与高温强度同等重要的指标。机组的启停、变负荷和煤质波动等会引起热应力，因而对于主蒸汽管道、联箱、阀门等厚壁部件，应在保证强度的前提下，尽可能选择热导率高和热胀系数小的铁素体耐热钢制作。火电厂锅炉关键承压部件主要指水冷壁、过热器、再热器、联箱及管道等，这些承压部件在非常恶劣的工况条件下运行，是设计选用钢材关注的重要部位。这对所用材料提出了很高的要求。

目前，我国超（超）临界用的材料主要从国外采购。从国外情况来看，日本从超临界到超（超）临界在材料准备上就用了12年时间，为把材料性能摸清，从566℃提高到600℃又用了7年时间，从材料到温度总计用了将近20年的时间。据介绍，美国和德国等国家早期开发的超（超）临界机组投运初期曾出现一系列问题，从而导致超（超）临界机组的可靠性较低，影响了超临界和超（超）临界技术的进一步发展。后来，美国爱迪生电气研究所（EEI）通过对大型火电机组运行状况的专门调查、统计和分析，发现超临界机组和超（超）临界机组运行中出现的问题并不是由于采用超临界或超（超）临界参数引起，而是因为蒸汽参数的选择超出了当时的金属材料技术水平，过分依赖并大量使用了奥氏体钢。