1.2　超（超）臨界火電機組運行情況

超（超）臨界機組是我國火電機組的重要發展方向。從我國國情出發，發展超（超）臨界機組有利于降低我國平均供電煤耗，有利于電網調峰的穩定性和經濟性，有利于保護生態環境、提高環保水平，有利于實現技術跨越，創建國際一流的火力發電廠。本節簡單介紹超（超）臨界火電機組運行情況。

1.2.1　超（超）臨界火電機組運行現狀

目前，我國從事直流鍋爐制造的廠家主要有上海鍋爐廠、哈爾濱鍋爐廠和東方電氣集團公司。

上海鍋爐廠有限公司在發展直流爐技術[含超（超）臨界]方面可分為三個階段：20世紀60～80年代是公司自行研究開發直流鍋爐的第一階段；80～90年代為引進國外先進技術的第二階段；2000年以后為自行開發設計并轉讓技術階段。上海鍋爐廠1981年開始引進美國燃燒工程（CE）公司配300MW和600MW的亞臨界控制循環鍋爐的成套設計和制造技術，1987年引進部分瑞士Sulzer公司600MW超臨界壓力鍋爐技術，1999年引進德國斯坦纓勒公司（LCS）的亞臨界螺旋管圈技術等。并先后于20世紀80年代末與ABRCE公司合作制造石洞日二廠2×600MW超臨界壓力直流爐項目，1998年開始承接與ALSTOM合作制造外高橋2×900MW超臨界鍋爐項目，2000年后上海鍋爐廠與國外公司合作進行超臨界鍋爐設計并準備轉讓超（超）臨界鍋爐技術，2003年上海鍋爐廠正式引進了美國ALSTOM公司（原美國CE公司）600～1000MW超（超）臨界壓力鍋爐成套設計和制造技術。引進超（超）臨界壓力鍋爐技術的主要內容包括變壓運行的螺旋管圍技術及垂直管圈技術，蒸汽參數壓力為25～36.5MPa，溫度為（538～654℃）/（538～600℃）。該技術居于國際領先地位，世界上只有ALSTOM和三菱公司在8000W以上機組采用垂直管圈技術。2011年，由上海電力修造總廠有限公司研制的，擁有自主知識產權，完全國產化的首臺1000MW超（超）臨界火電機組鍋爐給水泵日前通過臺架試驗，試驗數據：入口流量1800t/h，出口流量1700t/h，入口壓力1.5MPa，出口壓力35MPa，效率86%，達到世界先進水平。

哈爾濱鍋爐廠承擔了“十五”國家重點科技攻關計劃項目（國家863計劃），針對“超（超）臨界燃煤發電技術”、“超（超）臨界發電機組技術選型研究”開展了超（超）臨界燃煤鍋爐遠型的研究工作。

國家重點工程華能玉環電廠1號超（超）臨界機組1000MW機組于2006年11月28日已順利完成168h投運，正式投入商業運行，目前運行良好。

從“十一五”初期開始，我國大型超（超）臨界機組呈現出快速發展的趨勢，600MW機組基本上都采用了超臨界或超（超）臨界參數，1000MW機組全部采用了超（超）臨界參數。

2016年11月28日，由西北電力設計院主體設計、廣東火電工程總公司施工的神華國華壽光電廠一期2臺100萬千瓦超（超）臨界燃煤電站2號機組順利通過168h滿負荷試運行。標志著我國已投產百萬千萬超（超）臨界機組97臺。據不完全統計，已開工在建的百萬千萬超（超）臨界機組達68臺[多為更高參數的超（超）臨界機組或超（超）臨界二次再熱機組]，建成、在建共計165臺。總之，我國超（超）臨界機組占煤電裝機容量的比重正在逐漸增大，促進了我國火電機組技術水平的迅速提高，已處于國際先進水平。

1.2.2　超（超）臨界火電機組運行中存在的問題

（1）超（超）臨界機組電源布局及運行調度

近年來，隨著國民經濟的持續發展，電力建設速度相應加快。電力體制改革后，各大發電集團和各發電企業為實現自身發展，不斷開辟新的電源點，由于與規劃進度不協調、與電網建設不同步，造成了部分已建成的超（超）臨界機組無法長期滿負荷運行、機組負荷率降低、煤耗增加等問題。另外，由于目前對超（超）臨界機組的運行調度還不能做到優先保證機組的長期滿負荷運行，使超（超）臨界機組不能充分發揮節能降耗的優點。

（2）超（超）臨界機組自主知識產權

國內主要的鍋爐、汽輪機、發電機制造廠都相繼引進了600～1000MW超臨界和超（超）臨界的設備設計和制造技術，制造出了國產的600MW、1000MW超（超）臨界機組。但是，設備的基本設計和關鍵技術的設計由技術引進方完成，關鍵部件從技術引進方進口。由于沒有自主知識產權，受引進技術協議的限制，國內主機廠需要向技術引進方交納高額費用。大容量火電機組的大型鑄鍛件一直是我國電力裝備制造業沒有解決好的難題。經過多次廠方技術改造，我國重型廠在設備能力上已滿足要求，但在技術掌握上還有所欠缺。

（3）超（超）臨界機組的關鍵材料

超（超）臨界機組蒸汽溫度和壓力參數的提高給關鍵部件材料帶來了更高、更新的要求，尤其是材料的熱強性能、抗高溫腐蝕和氧化能力、冷加工和熱加工性能等，因此材料及其制造技術成為發展先進超（超）臨界機組的技術核心。

在超臨界鍋爐上，尤其是超（超）臨界鍋爐重要元件的材料性能很關鍵。高的蒸汽參數對電站用金屬材料提出了更苛刻的要求，就鍋爐而言，其具體要求如下。

（1）較高的高溫強度

對于主蒸汽管道、過熱器/再熱器管道、聯箱和水冷壁材料而言，都必須具有與高的蒸汽參數相適應的高溫持久強度。

（2）耐高溫腐蝕

煙氣側的腐蝕是影響過熱器、再熱器、水冷壁壽命的一個重要因素。若金屬溫度提高，則煙氣側的腐蝕速度會明顯加快。因此，超（超）臨界機組中的腐蝕問題更加突出，所用材料必須耐高溫腐蝕。

（3）蒸汽側較高的抗氧化性能

運行溫度的提高，加劇了過熱器、再熱器甚至包括聯箱和管道等蒸汽通流部件的蒸汽側氧化，這將導致三種后果：①氧化層的絕熱作用引起金屬超溫；②氧化層的剝落在彎頭等處堵塞引起超溫爆管以及閥門泄漏；③剝落的氧化物顆粒對汽輪機前級葉片的沖蝕。因此，在過熱器、再熱器等材料的選擇中，應充分考慮到抗蒸汽氧化及氧化層剝落的性能。當超（超）臨界機組蒸汽溫度達到600℃時，過熱器管壁金屬溫度將達到650℃，鋼管內壁的蒸汽氧化就會加重，氧化皮脫落現象嚴重影響機組的可用率。以前，對亞（超）臨界的過熱器和再熱器的高溫段，國外主要用常規的18-8類Cr-Ni奧氏體不銹耐熱鋼或含9%～12%Cr的鐵素體耐熱鋼。隨著蒸汽參數進一步上升達到超（超）臨界參數時，則需要高溫強度更高、耐瘸蝕能力更強的奧氏體耐熱鋼甚至于耐熱合金。

（4）良好的抗熱疲勞性能

材料的抗熱疲勞性能是與高溫強度同等重要的指標。機組的啟停、變負荷和煤質波動等會引起熱應力，因而對于主蒸汽管道、聯箱、閥門等厚壁部件，應在保證強度的前提下，盡可能選擇熱導率高和熱脹系數小的鐵素體耐熱鋼制作。火電廠鍋爐關鍵承壓部件主要指水冷壁、過熱器、再熱器、聯箱及管道等，這些承壓部件在非常惡劣的工況條件下運行，是設計選用鋼材關注的重要部位。這對所用材料提出了很高的要求。

目前，我國超（超）臨界用的材料主要從國外采購。從國外情況來看，日本從超臨界到超（超）臨界在材料準備上就用了12年時間，為把材料性能摸清，從566℃提高到600℃又用了7年時間，從材料到溫度總計用了將近20年的時間。據介紹，美國和德國等國家早期開發的超（超）臨界機組投運初期曾出現一系列問題，從而導致超（超）臨界機組的可靠性較低，影響了超臨界和超（超）臨界技術的進一步發展。后來，美國愛迪生電氣研究所（EEI）通過對大型火電機組運行狀況的專門調查、統計和分析，發現超臨界機組和超（超）臨界機組運行中出現的問題并不是由于采用超臨界或超（超）臨界參數引起，而是因為蒸汽參數的選擇超出了當時的金屬材料技術水平，過分依賴并大量使用了奧氏體鋼。