火电技术升级呼唤高温材料胶鞋

“火力发电技术正朝着清洁、高效、节能、节水的方向发展，燃煤发电机组和燃气轮机对高温材料、大型构件用金属材料提出了更高要求。这对当前火电技术攻关和火电安全管理都提出了具体的要求。”在日前召开的火电厂金属材料与焊接技术交流会上，中国电力科技网CEO魏毓璞向《中国电力报》记者表示。

能源技术发展离不开先进材料和装备的支撑。记者注意到，对于我国能源技术存在的问题，《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》中如此强调：“虽然我国能源科技水平有了长足进步和显著提高，但与世界能源科技强国和引领能源革命的要求相比，还有较大的差距：核心技术缺乏，关键装备及材料依赖进口问题比较突出，三代核电、新能源、页岩气等领域关键技术长期以引进消化吸收为主，燃气轮机及高温材料、海洋油气勘探开发技术装备等长期落后。”

做好“高温材料”大文章成为推动火电技术转型升级的关键一环。据了解，根据重点能源技术需要，国家将重点发展特种金属功能材料、高性能结构材料、特种无机非金属材料、先进复合材料、高温超导材料、石墨烯等关键材料。

能源基础材料这一能源技术发展的基石正逐步得到夯实。

发展高温材料迫在眉睫

“目前，无论是起步较早的欧美发达国家，还是后起步的有着坚实的材料研发能力的日本，虽然在700摄氏度超超临界电站的研发中都有了一定的成果，但是高温材料问题尚未得到解决，目前首要的问题是研发能够长时间在700摄氏度以上超超临界机组服役条件下工作的熔炼高温合金和粉末高温合金。”中国科学院院士、北京科技大学材料科学与工程学院教授葛昌纯在上述会议上表示，700摄氏度超超临界电站的研发目前尚处在高温材料的考核、评估以及选择阶段。

记者注意到，《电力发展“十三五”规划》中指出：“全面掌握拥有自主知识产权的超超临界机组设计、制造技术。以高温材料为重点，加快攻关700摄氏度超超临界发电技术。”

在葛昌纯看来，具有良好的高温持久强度、抗蠕变性能、抗疲劳性能、抗氧化腐蚀性能和长期组织稳定性的高温合金已成为制约机组发展的关键因素。据了解，粉末高温合金是采用先进粉末冶金技术制备的能在600摄氏度以上高温下抗氧化和抗腐蚀，并能在一定应力作用下长期工作的高温材料。

粉末高温合金与传统铸锻高温合金相比，其晶粒细小、组织均匀、无宏观偏析、合金化程度高、高温持久强度高、抗低周疲劳性能好、加工性能好、高温抗氧化腐蚀性能好，所以已是国际上制造高推重比新型航空发动机如战斗机、民用客机和大运输机的首选材料。英国并早已在石油工业上得到应用，近年四川德阳的东方汽轮机有限公司已在开展粉末涡轮盘在汽轮机上的应用试验。

葛昌纯指出，从运行温度和服役条件上看，粉末高温合金在超过700摄氏度以上的超超临界机组上研发和推广使用，有可能使我国的超超临界机组的技术水平从跟跑跨越到领先水平。

“建设630-650摄氏度机组已成为下一步电站建设的重要目标。”北京科技大学高温合金研究室教授谢锡善对《中国电力报》记者表示。记者注意到，在700摄氏度技术还没实现之前，研究开展中间参数等级示范是国家能源主管部门的具体规划要求。据谢锡善介绍，SP2215是一种具有中国自主知识产权的新型超级奥氏体耐热钢，目前可以投入批量生产，满足高效超超临界锅炉过热器/再热器管材需求。

记者从相关渠道获悉，若未来成功研发高温铁素体和镍基合金材料，兴建700摄氏度等级燃煤发电机组的供电煤耗可比当前最先进的600摄氏度等级燃煤发电机组供电煤耗下降约15-20克／千瓦时。可见，加快高温铁素体和镍基合金材料研发以进一步提高蒸汽参数，实现燃煤电站的深度节能减排，是当前火电技术转型升级的迫切需要。

“金属监督”需进一步细化

金属监督工作是保证电力设备安全、经济、稳定供电的一项主要措施。随着电力工业的飞速发展，火电厂大容量高参数的发电机组日益增多，对金属监督工作提出了愈来愈多的要求。

“在目前的基础上，制订一部比较详细的监督检查细则，由集团层面或电科院牵头，组织专家按着监督检查细则进行检查，将所有检查出来的问题进行汇总，提出整改建议。” 吉林省电力科学研究院金属所高级工程师赵子谦在会上对强化金属监督工作提出建议。

火电机组受监督范围内的金属部件，如主蒸汽管道、再热蒸汽管道、压力容器、重要转动部件、紧固件、锅炉受热管件等，都在高温、高压作用下长期运行，因此会发生金属材料组织和性能的变化，甚至可能引起某些金属部件的失效，一旦金属部件失效就会引起事故，有时甚至会发生严重事故，直接影响到电厂的安全经济运行。

在赵子谦看来，从事金属监督的人员必须专职，岗位必须设置在管理岗位，而不能设置在班组。对于监督网内的人员具有专业的指导管理权限。必须参与协调事故调查与处理，参与各种涉及监督范围内部件检修方案的编制，参与监督范围内部件的采购验收。

“新建机组的各类金属监督高温、高压和高速转动等部件在安装前必须进行安全性能检验，并尽量将该项工作前移至制造厂，与设备监造工作结合进行，将金属监督设备安装前制造质量问题控制在萌芽状态，并及时消缺，保证健康的设备投入使用。”国家能源集团国神技术研究院金属主管刘东辉在上述会议上表示。

华电电力科学研究院材料技术部郦晓慧调研了华电集团内5家燃气电厂，针对低压蒸发器腐蚀的共性问题建议：“余热锅炉低压蒸发器管的设计和选材除考虑常规的强度、焊接性能、耐蚀性、导热性和经济性等方面的因素外，还应结合低压蒸发器管内的水化学和工质流速，综合考虑流动加速腐蚀对管子的影响。”

“为了保证发电机组的安全运行，必须对超超临界机组安全运行的关键技术——新型耐热钢及其焊接与热处理开展深入的研究和金属监督工作。”著名材料专家、国际焊接工程师杨富在接受《中国电力报》记者采访时谈道。杨富尤其呼吁，电力行业要进一步重视金属材料工作，将其作为推动火电技术进步的重要因素。

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