【正文】 國(guó)家十五“ 863”計(jì)劃能源技術(shù)領(lǐng)域潔凈煤技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究 發(fā)展超超臨界潔凈燃煤發(fā)電技術(shù)的 戰(zhàn)略研究報(bào)告 潔凈煤技術(shù)主題專家組 2020 年 10 月 I 摘 要 我國(guó)電力工業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是應(yīng)該看到還存在著一些亟待解決的問(wèn)題。今后三十年我國(guó)電力需求將持續(xù)增長(zhǎng)，為了確保國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康增長(zhǎng)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，我國(guó)電力工業(yè)尤其是火電行業(yè)必須進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，以適應(yīng)不斷增加的用電需求和日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)幾種潔凈煤技術(shù)的比較，結(jié)合我國(guó)的具體國(guó)情， 可以得到如下結(jié)論：配有煙氣污染控制技術(shù)的超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)不僅在技術(shù)上具有先進(jìn)性、成熟性，在經(jīng)濟(jì)上具有良好的效益，而且也有較好的環(huán)保特性，是一種在國(guó)際上成熟的高效、低污染的燃煤發(fā)電技術(shù)，也是我國(guó)目前最有條件發(fā)展的一項(xiàng)先進(jìn)發(fā)電技術(shù)，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在我國(guó)具有廣闊的發(fā)展前景。 國(guó)外在發(fā)展超臨界和超超臨界發(fā)電技術(shù)方面已經(jīng)走過(guò)了近半個(gè)世紀(jì)的歷程，積累了很多成功的經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn)。調(diào)查分析 主要發(fā)達(dá)國(guó)家 超臨界及 超超臨界發(fā)電技術(shù)發(fā)展 過(guò)程、發(fā)展現(xiàn)狀 及 發(fā)展趨勢(shì) ，研究其中主要的技術(shù)問(wèn)題，學(xué)習(xí)并借鑒國(guó)外發(fā)展超臨界及超超臨 界技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于發(fā)展我國(guó)的超臨界及超超臨界發(fā)電技術(shù)無(wú)疑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)具備了發(fā)展超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。通過(guò)分析我國(guó)電力行業(yè)及其相關(guān)行業(yè)的現(xiàn)狀，可以看出，我國(guó)三大動(dòng)力設(shè)備制造集團(tuán)等目前已經(jīng)具備了一定的技術(shù)基礎(chǔ)和加工制造超超臨界機(jī)組的能力。但同時(shí)應(yīng)該看到，我國(guó)在一些設(shè)計(jì)技術(shù)、制造工藝和系統(tǒng)優(yōu)化上與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距還很大，尤其是電站機(jī)組材料方面更為突出，還有很多工作需要做。我國(guó)“十五” 863 計(jì)劃已經(jīng)設(shè)立了關(guān)于“超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)”的課題，并正在建立了百萬(wàn)等級(jí)的示范工程 。目前超超臨界機(jī)組在國(guó)內(nèi)開(kāi)始建設(shè)的 600MW、 1000MW 等級(jí)的總裝機(jī)容量已超過(guò) 10000MW?？偟膩?lái)看，在我國(guó)發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)是可行而且必要的，這項(xiàng)工程的實(shí)施將會(huì)帶動(dòng)電力行業(yè)、設(shè)備制造業(yè)和材料工業(yè)的發(fā)展和提升，促進(jìn)我國(guó)電力工實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。 我國(guó)發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)的戰(zhàn)略目標(biāo) 我國(guó)到 2020 年發(fā)電總裝機(jī)容量預(yù)計(jì)達(dá)到 9 億 kW，其中煤電為6 億，這樣煤電每年必須 3000 萬(wàn)千瓦的速度增長(zhǎng)，根據(jù)我國(guó)的資源 II 情況，超超臨界發(fā)電技術(shù)應(yīng)在新增裝機(jī)容量的一半以上，才能保證煤炭，交通運(yùn)輸、電力生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展 。超超臨界發(fā)電技術(shù)在國(guó)際上已經(jīng)成熟、在進(jìn)行超臨界機(jī)組國(guó)產(chǎn)化的同時(shí)發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)，既能提升電力工業(yè)的水平，實(shí)現(xiàn)向超超臨界發(fā)電技術(shù)的跨越，又能充分利用已有的設(shè)計(jì)制造能力，保持設(shè)備制造工業(yè)發(fā)展的持續(xù)性。發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)應(yīng)從高起點(diǎn)起步，在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究、開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新。為了實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)，我國(guó)發(fā)展超超臨界技術(shù)要分三步走： 第一步，以我國(guó)企業(yè)為總承包的，引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，國(guó)內(nèi)企業(yè)與國(guó)外聯(lián)合制造超超臨界發(fā)電技術(shù)的成套裝備；掌握超超臨界燃煤電廠的設(shè)計(jì)與運(yùn)行技術(shù)，完成示范電廠的設(shè)計(jì)和開(kāi)工建設(shè)。同時(shí)建成超超臨界發(fā)電 技術(shù)的研發(fā)平臺(tái)，為引進(jìn)技術(shù)的消化吸收和相關(guān)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)提供技術(shù)保障。 第二步，開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行完善化研究，達(dá)到整機(jī)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化和部分關(guān)鍵材料的國(guó)產(chǎn)化，同時(shí)進(jìn)行參數(shù)和技術(shù)升級(jí)的研究開(kāi)發(fā)工作。 第三步，以自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)為主，實(shí)現(xiàn)更高參數(shù)的超超臨界發(fā)電技術(shù)，形成我國(guó)自有的超超臨界發(fā)電裝備品牌，在國(guó)際市場(chǎng)具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。形成從研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造、材料生產(chǎn)和運(yùn)行維護(hù)的完整的科技體系。 在具體參數(shù)的選擇上首先采用 25～ 27MPa、 600℃等級(jí)超超臨界發(fā)電機(jī)組并進(jìn)行示范工程的設(shè)計(jì)和開(kāi)工建設(shè)；研究開(kāi)發(fā) 30MPa、650℃等級(jí)超超臨界發(fā)電機(jī)組；以研究開(kāi)發(fā) 35MPa、 700℃等級(jí)及以上參數(shù)超超臨界發(fā)電機(jī)組為最終目標(biāo)。 發(fā)展超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)當(dāng)包含：由于參數(shù)提高所帶來(lái)的技術(shù)問(wèn)題；由于容量增大所帶來(lái)的技術(shù)問(wèn)題；電站系統(tǒng)的公用技術(shù)三個(gè)方面，其主要關(guān)鍵技術(shù)是： ? 超超臨界鍋爐的設(shè)計(jì)技術(shù)、水冷壁傳熱與水動(dòng)力特性、耐熱新鋼種的應(yīng)用和制造工藝技術(shù)等； ? 超超臨界汽輪機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)、高溫部件的材料、熱加工及冷加工工藝研究、汽輪機(jī)末級(jí)長(zhǎng)葉片等研究； ? 與超超臨界機(jī)組配套的 大型水泵、蒸汽閥門(mén)、高壓加熱器、旁路系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備、 大型風(fēng)機(jī)等 輔機(jī)關(guān)鍵技術(shù)； ? 超超臨界機(jī)組電站 設(shè)計(jì)與運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)； III ? 與超超臨界機(jī)組配套的燃煤污染物排放控制關(guān)鍵技術(shù)。 在超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，離不開(kāi)各個(gè)方面的大力支持和協(xié)作，需要政府的政策支持、工業(yè)界之間的密切配合以及科研院所的技術(shù)支撐。 政府的主導(dǎo)作用為：制定和完善法律法規(guī)，保證潔凈煤發(fā)電技術(shù)的發(fā)展；制定各種政策，促進(jìn)潔凈煤發(fā)電技術(shù)的發(fā)展；實(shí)施科技計(jì)劃和產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃的有機(jī)結(jié)合；創(chuàng)造超超臨界發(fā)電技術(shù)發(fā)展的有利環(huán)境。 電力工業(yè)的支撐作用為：建成技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)行靈活、安全可靠、高效低耗的一流電網(wǎng)； 建立健全管理體制，調(diào)整經(jīng)營(yíng)方式，適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)需求；增加新技術(shù)科研經(jīng)費(fèi)投入，建立健全有效的科技進(jìn)步機(jī)制；逐步建立以電力工業(yè)為主體的潔凈煤發(fā)電技術(shù)研究開(kāi)發(fā)體系；示范機(jī)組的落實(shí)、推廣應(yīng)用。設(shè)備制造業(yè)的支撐作用為：加強(qiáng)對(duì)超超臨界機(jī)組關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)與制造技術(shù)的研發(fā)；加大對(duì)研發(fā)投入的力度；建立制造設(shè)計(jì)技術(shù)的研發(fā)體系；加強(qiáng)材料的研發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用。材料工業(yè)的支撐作用為 :應(yīng)配合設(shè)備制造企業(yè)和發(fā)電企業(yè)對(duì)引進(jìn)的材料進(jìn)行性能研究；開(kāi)發(fā)一部分超超臨界機(jī)組所用的新材料；研究開(kāi)發(fā)未來(lái)一代超超臨界機(jī)組需要的材料。 科研院所的保障作用為：從 事超超臨界發(fā)電技術(shù)公共技術(shù)的研發(fā)工作和工程項(xiàng)目的勘察設(shè)計(jì)，促進(jìn)企業(yè)的技術(shù)升級(jí)，完成國(guó)家技術(shù)進(jìn)步的任務(wù)；進(jìn)行超超臨界關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)的研究攻關(guān)，融入設(shè)備制造企業(yè)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，利用市場(chǎng)對(duì)資源的最佳配置，參與商業(yè)機(jī)型的技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)；把握超超臨界技術(shù)發(fā)展方向，進(jìn)行必要的工程技術(shù)咨詢，完成從工程設(shè)計(jì)到工程實(shí)施的技術(shù)服務(wù)，起到發(fā)電企業(yè)和設(shè)備制造企業(yè)之間的橋梁和紐帶作用。 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新的推動(dòng)作用為：推動(dòng)制造工藝和設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步，繼而推動(dòng)產(chǎn)品的升級(jí)與換代，最終發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)的成套設(shè)備，完成由超臨界向超超臨界的技術(shù) 跨越；推動(dòng)制造企業(yè)技術(shù)的更新?lián)Q代，推動(dòng)輔機(jī)制造業(yè)的升級(jí)換代，關(guān)鍵技術(shù)、新材料也會(huì)應(yīng)用在其它行業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域，產(chǎn)生新的技術(shù)和產(chǎn)品，最終推動(dòng)相關(guān)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，調(diào)整我國(guó)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。 以技術(shù)創(chuàng)新為紐帶，以用戶為主導(dǎo)，其他科技部門(mén)參與，組織國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)力量，進(jìn)行公共單元技術(shù)突破，研究和開(kāi)發(fā)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超超臨界發(fā)電機(jī)組的鍋爐、汽輪機(jī)、電站系統(tǒng)以及與之 IV 相適應(yīng)的污染物排放控制技術(shù)，完成系統(tǒng)集成的原型機(jī)，提高我國(guó)超超臨界機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造能力，使我國(guó)在高參數(shù)大容量機(jī)組方面形成系統(tǒng)集成能力和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)超超臨界發(fā)電 技術(shù)上的突破和未來(lái)電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。 V 目 錄 一、 主要 發(fā)達(dá)國(guó)家 超超臨界發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 1 1. 概述 1 2. 超臨界及超超臨界發(fā)電 技術(shù)的發(fā)展過(guò)程 2 3. 主要發(fā)達(dá)國(guó)家超臨界和超超臨界發(fā)電技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀 4 4. 主要發(fā)達(dá)國(guó)家超超臨界發(fā)電技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 7 5. 主要發(fā)達(dá) 國(guó)家發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)的計(jì)劃 11 6. 小結(jié) 13 二、 我國(guó)發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)的必要性 14 1. 我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 14 2. 我國(guó)電力工業(yè)目前存在的主要問(wèn)題 16 3. 我國(guó)潔凈煤發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 18 4. 發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)是我國(guó)潔凈煤發(fā)電技術(shù)的必然選擇 22 5. 超超臨界機(jī)組的布局 26 6. 發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保效益 27 7. 小結(jié) 29 三、 我國(guó)發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)的可行性 30 1. 發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀需求 30 2. 我國(guó)燃煤發(fā)電技術(shù)研發(fā)平臺(tái)的現(xiàn)狀 31 3. 我國(guó)設(shè)備制造業(yè)、電力工業(yè)的現(xiàn)有基礎(chǔ) 33 VI 4. 小結(jié) 37 四、 發(fā)展我國(guó)超超臨界發(fā)電技術(shù)的技術(shù)路線 39 1. 超超臨界發(fā)電技術(shù)在我國(guó)未來(lái)電源結(jié)構(gòu)中的戰(zhàn)略地位 39 2. 實(shí)現(xiàn)我國(guó)超超臨界發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的有利條件和存在問(wèn)題 41 3. 推進(jìn)我國(guó)超超臨界發(fā)電技術(shù)裝備產(chǎn)業(yè)化的原則及政策建議 45 4. 我國(guó)發(fā)展超超臨界發(fā)電技術(shù)的戰(zhàn)略 49 5. 小結(jié) 52 五、 發(fā)展我國(guó)超超臨界發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù) 53 1. 超超臨界鍋爐研究開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù) 53 2. 超超臨界汽輪機(jī)研究開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù) 55 3. 超超臨界輔機(jī)研究開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù) 57 4. 電廠設(shè)計(jì)與運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù) 57 5. 污染控制關(guān)鍵技術(shù) 59 6. 小結(jié) 59 六、 發(fā)展我國(guó)超超臨界發(fā)電技術(shù)的必要支撐條件 61 1. 政府支撐條件 61 2. 工業(yè)界的支撐作用 63 3. 科研院所的支撐作用 65 4. 科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新的推動(dòng)作用 66 5. 小結(jié) 66 七、 結(jié)論 68 VII 致 謝 71 附表 1 近期日本大功率超臨界和超超臨界機(jī)組的主要 業(yè)績(jī)（ 19892020） 72 附表 2 近期其它（西門(mén)子為主）大功率超臨界機(jī)組主 要業(yè)績(jī) 73 附表 3 高溫高壓部件材料牌號(hào) 74 附表 4 日本三菱高溫材料的應(yīng)用統(tǒng)計(jì)表 1