725°C Test Rig
700°C Test Facility
3.成本也是制约700 ℃发展的瓶颈
250 bar / 540°C / 560°C
280 bar / 600°C / 620°C
360 bar / 700°C / 720°C
Ferrite/Martensite 80 % Austenite 20 % Ferrite/Martensite 100 %
发展商 Haynes Special Metals VDM Sumitomo Sumitomo
用途 P&SH/RH P&SH/RH P&SH/RH SH/RH SH/RH
ASME 2063
Save12
T92
12Cr-W-Co-V-Nb-N
9Cr-2W-Mo-V-Nb-N
Sumitomo
Nippon Steel
P
VWV Tubes 2179
T23 GH2984
2.25Cr-1.5W-V
Sumitomo 宝钢
\NWTubes 舰船
2199
2.超700℃超超临界发电候选材料与研究状况
2.超700℃超超临界发电候选材料与研究状况
2.超700℃超超临界发电候选材料与研究状况
Borum-Content: A617: 0 ppm A617B: 20-50 ppm
Cr
循环效率 45% 供电煤耗 280g/ kW h
700度机组
循环效率 50% 供电煤耗 250g/ kW h
饱和线
0
S
2.超700℃超超临界发电候选材料与研究状况
合金 Haynes230 INCO740 CCA617 HR6W Super304H
名义成分 57Ni-22Cr-14W-2Mo-La 5ONi-2SCr-2OCo-2Ti-2Nb-V-Al 55Ni-22Cr-0.3W-8Mo-llCo-Al 43Ni-23Cr-6W-Nb-Ti-B 18Cr-8Ni-W-Nb-N
气固多相流燃烧 汽液多相流水动力 镍基合金钢 热阻特性及热效率 煤中矿物质演变 和灰阻特性 700 ℃汽轮机内部 复杂非定常流动 热功转换过程模拟 和系统优化
1 . 研究700℃超超临界热功转换规律中的关键科学问题，获得煤粉非均相气固多相 流燃烧热释放规律、汽液多相流水动力驱动机制、热阻发展及演变规律、700℃汽机 热力系统特性。 2. 建立700℃超超临界极端热力参数下高效热质、热功传递、转换科学体系 ，为我 国700℃超超临界发电技术提供支撑，推进700℃超超临界发电技术跨越式发展。
Fusina
617B 625 OCC
617B 617B TEST LOOP HIPed components OCC 3
New materials for cost 617B HR6W HR6W617B 263 reduction OCC 617B 263 and OCC 625C improved OCC plant reliability TEST LOOP 4 and flexibility 617B 617B Casted components 625C 625C OCC OCC in view of turbine applications
4. 700℃超超临界发电高低位布置方式
高置 轴系 机组 高置轴系 机组
低置 轴系 机组
低置 轴系 机组
∏型直流锅炉时的布置方案
塔式直流锅炉时的布置方案
4. 700℃超超临界发电高低位布置方式优点
温度
锅 炉 过热 房 器再 热器
过长的主蒸汽/再 热管道去汽轮机 ~160米 汽轮机 高压缸
温度
大大缩短主蒸汽管道去汽轮机和简化二次再热的系统 锅炉房 过热器再热器 汽轮机高压缸 采用特殊双轴汽轮机高压缸 置于锅炉过热器出口附近
50%
45% 40%
镍基材料可由 29%降低到15% 左右！！
净 效 率
铁素体钢和马氏体钢 (26MPa/545oC)
35% 30%
1950 1970 1990 使用年份 2010 2030
4. 我国700℃超超临界锅炉热分配难点
4. 700℃超超临界发电基础科学问题
气固多相燃烧、汽液多相流水动力的理论 镍基合金氧化、腐蚀产生的热阻影响燃烧与水动力耦合传热的机理 高效汽轮机内部复杂非定常流动机理及其系统优化
汽 蒸发受热 机 面 房 汽轮机低压缸 省 至冷凝器 返回锅 煤 炉 器 超临界蒸汽循环过程
蒸发受热面 省煤器 返回锅炉
汽机房 特殊双轴汽轮机低压缸至冷凝器 低压缸
超临界蒸汽循环过程
4. 700℃超超临界发电高低位布置降低成本
55%
Net efficiency
镍基合金 (35MPa/700 oC) 奥氏体钢 (29MPa/600oC)
3.德国曼海姆KGM电厂实验台架
Part I Feedwater Primary stationary load Superimposed secondary non stationary load Feedwater Part II Pressure reduction stations HS 3 Steam Primary load and thermal cyclic load
3. 2013 拟建的ENCIO – 700°C 实验台架
TEST LOOP 1 22.000h aged A617B taken from COMTES700 Test Rig. Three welding technologies and several welding procedures tested LOOP 2 TEST
1. 燃煤火力未来的判断
1. 燃煤火力未来的判断
T 约700度
超高压机组
循环效率 35% 供电煤耗 360g/ kW h
亚临界机组 约600度 约570度 约540度
循环效率 38% 供电煤耗 325g/ kW h
超临界机组
循环效率 41 % 供电煤耗 300g/ kW h
超超临界机组
水的临界温度 约374度
Table The energy of the interface model surface
名称 Fe2O3(110)- NaCl(110) Al2O3 (110)- NaCl(110) NiO(110)- NaCl(110) Etotal（eV） -30187.7276 -18685,5500 -17607.8412 Esurface1(eV) -21726.802 -11468.3487 -10755.5154 Esurface2(eV) -6868.3487 -6868.3487 -6868.3487
Ferrite/Martensite 56 %
Ni-Basi%
4. 我国700℃超超临界热部件实验
4. 我国700℃超超临界热部件实验
4. 我国700℃超超临界关键热部件研制
美国SMC提供的 Φ51X8X880 740H 镍基合金管 美国PCC 公司
上海锅炉厂有限公司
TEST LOOP 5 617B 617B 617B Creep life monitoring
3. 美国在Alabama超760℃实验台架
Provides valuable validation of fireside corrosion and steam-side oxidation at temperatures up to 760 °C.
谢 谢
超700℃超超临界发电技术的未来展望
张忠孝 上海交通大学
1. 燃煤火力未来的判断
中国城市化率进程：2050年5亿人口城镇化，人均能源消费 增加3倍; “十八”大提出2020年“收入倍增计划”目标，未 来需要大量煤炭发电支撑国家目标 中国能源供应安全至今没有大问题-----“有煤”，过去、现在 和未来没有任何能源可以替代它在中国能源结构中的主导地 位 到2012年，发电装机容量10.6亿千瓦，占总装机容量的 73.44% 到2020年，我国火力发电仍然有3-4亿千瓦的缺口 高效、节能、低污染仍然是燃煤发电的主题
2010
2012
2014
2016
2018
720°C Test Rig 700°C Test Facility
725°C Test Rig
Material Investigation Material Investigation
NextGenPower . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MACPLUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725 HWT GKM II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ENCIO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Static load Feedwater
Thick-walled pipe Cyclic load
Part III Valves
Cold Reheat Steam
“Combustion chamber” Superheater
HPbypass
Part IV Welding
HS 4 Steam
Part V Material and component modeling
图2a NaCl与Fe2O3界面模型 图2b NaCl与Al2O3界面模型 图2c NaCl与NiO界面模型
5. 新疆煤700℃超超临界有希望解决结渣和沾污
6. 结论与建议
1. 700℃高温镍基合金材料已取得突破进展。 欧、美、日小口径管，大口径管材已有 可提供制造的型材。欧洲至少要在2018年以后进行工程示范，美、日随后跟进，主要 是针对中国市场。 2. 700℃发电技术应尽快滚动支持，建设一个现场中试平台，对下列技术进行30000万小 时以上验证： 1） 大口径管径联箱、弯头、管道及喷水、喷蒸汽减温调温方法考核 2） 安全阀、调节阀的研制和考核 3） 冷做、热做封头持久热态试验 4） 高压缸、叶片及冷却方式热态实验 5）异材焊接技术 6）喷涂技术 7）基础理论研究 3. 加强 700℃发电国际交流与合作，少走弯路和避免失误。 4. 700℃发电技术要想在短期内建设示范机组是不现实。 科技部应果断决 策，合理组织， 充分发挥各方优势，长期稳定支持，相信我国会同步 或先于欧盟制造出700℃发电机 组。