煤炭清潔高效利用的一大方向，是推動煤電機組節(jié)能降耗。近年來，隨著機組向大型化、清潔化發(fā)展，我國火電機組參數(shù)、性能和產(chǎn)量已全方位占據(jù)世界首位，主要火電裝備基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。“碳達峰”與“碳中和”目標對煤炭清潔高效利用提出更高要求，為滿足更低煤耗火電機組要求，需要繼續(xù)推動國產(chǎn)火電裝備耐熱材料提升性能，向更高端水平邁進。
在近日舉行的推進火電管道國產(chǎn)化高質(zhì)量發(fā)展座談會上，中國能源研究會特邀副理事長陳進行表示，要加強煤炭清潔高效利用，提高我國電力裝備產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈自主可控能力，加快構(gòu)建清潔低碳安全高效的新型能源體系。
燃煤發(fā)電的原理可以簡單理解為“燒開水”，即通過煤炭燃燒釋放熱能，進而產(chǎn)生高溫高壓蒸汽驅(qū)動汽輪機轉(zhuǎn)動，再通過汽輪機轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動來發(fā)電。理論上說，蒸汽壓力和溫度越高，機組發(fā)電熱效率越高，煤耗越低，碳排放也越低，意味著煤電更清潔。
隨著材料技術(shù)不斷進步和熱能動力理論日臻完善，火電蒸汽參數(shù)根據(jù)不同溫度和壓力，經(jīng)歷了低壓、中壓、高壓、超高壓、亞臨界、超臨界及超超臨界幾個發(fā)展歷程。在煤電低碳化發(fā)展要求下，超超臨界技術(shù)成為當前煤電領(lǐng)域主流。更高的蒸汽溫度和壓力，需要性能更好的耐熱材料作支撐。
我國自2008年起加快高溫合金材料及關(guān)鍵高溫部件制造的技術(shù)研發(fā)進程，意圖徹底打破火電耐熱材料的國際壟斷，生產(chǎn)出完全自主研發(fā)的產(chǎn)品。國家能源局先后召開了工作會議，組織相關(guān)企業(yè)就超超臨界火電機組關(guān)鍵閥門和火電機組主蒸汽管道、再熱蒸汽管道、高壓給水管道、旁路管道開展聯(lián)合研發(fā)。根據(jù)四大管道國產(chǎn)化工作任務，國家能源局制定了《超(超)臨界火電機組用大口徑厚壁無縫鋼管國產(chǎn)化實施方案》，進一步加強組織協(xié)調(diào)國產(chǎn)化依托工程建設。目前，我國初步實現(xiàn)了四大管道耐熱材料國產(chǎn)化，可滿足620攝氏度燃煤機組需求。
隨著能源綠色低碳轉(zhuǎn)型深入推進，更高溫度和壓力、更低煤耗的火電機組攻關(guān)應用被提上議程?？墒?，當溫度走向620攝氏度以上、壓力逼近30兆帕及以上時，現(xiàn)有國產(chǎn)耐熱材料無法滿足要求，成為制約我國火電煤耗進一步降低的關(guān)鍵性因素。為此，《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》中，針對先進高參數(shù)超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)明確提出，開展700攝氏度等級高溫合金材料及關(guān)鍵高溫部件的制造、加工、焊接、檢驗等關(guān)鍵技術(shù)研究。
“要進一步降低電站煤耗和二氧化碳排放，必須提高蒸汽參數(shù)。而電站鍋爐運行參數(shù)的提高，主要取決于鍋爐用材料的適用范圍。”中國工程院院士劉正東說。
在各方努力下，國產(chǎn)耐熱材料技術(shù)取得突破。鋼鐵研究總院、寶武集團、宏潤核裝等單位聯(lián)合開展G115大口徑厚壁鋼管工程化技術(shù)攻關(guān)取得成功。在2023年8月31日啟動的國家電力示范項目——世界首臺630攝氏度大唐鄆城2臺100萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電機組主體工程中，G115耐高溫鋼首次應用到煤電機組，將汽輪機進氣蒸汽溫度提升至631攝氏度，攻克了同類型百萬千瓦機組620攝氏度的技術(shù)壁壘，將燃煤機組發(fā)電熱效率提升到50%以上。同時，煤耗較同類型先進水平機組的270克/千瓦時再降14克。
在大唐鄆城發(fā)電公司工程設備部副主任姜海峰看來，將來隨著國產(chǎn)耐高溫新材料技術(shù)進一步提升，火電廠煤耗值降低還有空間。陳進行建議，有關(guān)部門應繼續(xù)完善能源技術(shù)裝備首臺(套)支持政策，推進重大技術(shù)裝備示范應用;要支持創(chuàng)新型企業(yè)成長為創(chuàng)新發(fā)源地，完善扶持政策和公共服務體系，促進企業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)潛能充分釋放。 (經(jīng)濟日報記者 王軼辰)
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