新能源无疑是近些年的热门话题，也是我国国家能源战略的重要方向之一，但不可否认的是，我国目前能源结构体系仍旧以煤炭为主，这就决定了燃煤发电一直是我国电源的主力。

如何用更少的煤发更多的电，达到节约资源、提高效率、减少排放的目的，成为亟需解决的问题。超（超）临界燃煤发电技术可有效提高火电机组效率、降低发电煤耗和减少污染物排放，有助于实现煤炭资源清洁高效利用、深入推进节能减排的要求。

碳达峰、碳中和双目标是一场能源革命，作为火电节能减排的主要技术之一，超（超）临界发电技术将助推我国能源事业高质量发展。本文就来探讨超（超）临界发电阀门的应用路径。

▼什么是超（超）临界发电技术？

根据国家统计局的数据，2022 年我国累计发电量 83,886.30 亿千瓦时，其中火电机组累计发电量为58,531.30亿千瓦时，约占我国累计发电量的69.77%；2022年我国火电机组装机容量达到 133,239.00 万千瓦，同比增长 2.7%。

火力发电量仍保持一定的增长趋势，但其占比由 2011 年的 82.84%下降至 69.77%，原因正是能源结构在不断优化，电力结构向绿色转型持续推进。而超（超）临界发电技术是一种高效、低污染的发电技术，它是目前煤电厂中最先进的技术之一。其优点主要体现在以下几个方面：

①高效：超（超）临界发电技术的效率可以达到45%以上，比传统的煤电厂高出10%以上。

②低排放：超（超）临界发电技术采用高温高压的燃烧方式，可以大幅度降低二氧化碳、氮氧化物和硫化物等污染物的排放量。

③灵活性强：超（超）临界发电技术可以适应不同种类的煤炭和不同的负荷要求，具有很强的灵活性。

为保障我国超（超）临界发电技术持续进步和领先，有关专家建议从以下几点布局：

■加强基础材料研究，开发成套技术。在已有基础上，加快组织各方力量，瞄准国际最先进目标开展联合攻关，加快超（超）临界发电技术高温材料的研制，开发630℃超超临界二次再热技术、650℃/700℃超（超）临界发电技术。

■适应能源特性变化，开发针对性机组技术。结合我国具体国情，开发适合我国电网需求的大容量、高参数、灵活调峰下一代超（超）临界发电机组技术。结合我国动力用煤煤质特性，研究提高燃煤发电机组的煤种适应性技术。

■推进污染物防治，强化机组洁净化发电技术。开展现有机组NOx、SO2、汞、SO3等污染物生成与排放规律研究，分析不同污染物的影响因素，研究提出相应的污染物控制方案，通过改造现有机组和设计新建机组，实现燃煤发电的超低排放。

对于阀门的主要需求

当前主流的超（超）临界燃煤发电技术发展经历了3个阶段，技术在全球范围内逐渐成熟；在材料工业发展的支持下，朝着700 ℃等级先进超超临界技术的方向发展；并已逐步解决商业化应用的关键技术难题，迈向第4个重要发展阶段。

超（超）临界火电发电站上的关键阀门主要有：

①安全阀(主蒸汽、再热器)；

②电磁泄放阀(主蒸汽管道)；

③关键部位控制阀(过热器减温水、主给水旁路、给水再循环、锅炉启动系统)；

④高低压旁路阀，包括高压旁路阀、低压旁路阀及控制系统；

⑤汽水系统的辅助阀门 (放汽、放水、测量仪表用)。

1、600℃超（超）临界机组及阀门

超（超）临界机组蒸汽参数与结构选型主要考虑的方面有：①再热次数；②主要蒸汽参数，包括主蒸汽压力、温度、再热蒸汽温度等；③机组容量，主要是 660MW或1000MW等级；④锅炉主要结构型式一一炉型、燃烧方式、水冷壁型式；⑤汽轮机主要结构型式一一汽缸数、排汽口数、末级叶片、单轴或双轴布置等。

■超（超）临界火电机组阀门发展的关键因素：

①冶炼与锻造能力。超（超）临界火电机组阀门对材料的冶炼设备、锻造设备热处理设备、原料成分、工艺环境的要求非常严格，须采用真空冶炼或炉外精炼设备和技术以及大型锻造设备、自动化控制程度高的热处理炉等设备。

②设计方法和手段。国外企业利用成熟的高参数阀门专用计算机分析软件进行辅助设计、有限元应力分析、流体分析和动态分析计算，更能满足高参数阀门实际工况要求。

③先进机械设备。超（超）临界火电机组阀门对阀门加工、焊接、大型试压设备等要求很高，机械设备质量决定了阀门精度和性能可靠性。

④质量管理和检验可追溯性。阀门最终使用的性能和寿命由设计可靠性、加工制造和材料的综合性决定。为保证产品性能,从原材料毛坯进厂检查、检测、热处理、加工、试验等过程，都需要制定专门的操作规程和管理制度，保证高温高压阀门质量控制稳定性和持续性。

2、700℃超（超）临界机组及阀门

700℃超（超）临界发电技术是指主蒸汽温度和再热蒸汽温度达到或超过700℃的先进超（超）临界燃煤发电技术。相对应的主蒸汽压力约为 35~38.5MPa。当前世界主要经济体正在开展700℃等级先进超（超）临界技术研发，但近几年国外相关项目进展较慢，目前技术攻关点主要集中在特殊高温材料制造与加工制造工艺方面。

■700℃超超临界阀门关键技术攻关点：

700℃高效超（超）临界机组相对于超（超）临界机组，蒸汽温度和压力参数的提高对关键部件材料提出更高和更新的要求，尤其是材料的热强性能、抗高温腐蚀和氧化能力、冷加工和热加工性能、密封性、使用寿命等，因此材料和制造技术成为发展先进机组的关键。具体包括以下技术攻关内容：

▶ 能够在蒸汽温度 700℃条件下长期安全运行的高温金属材料的开发应用研究;

▶阀门结构设计研究，应力计算分析、热应力的分析研究，强度、高温热应力的分析，高温蠕变分析；

▶关键零部件设计、制造技术的研究，如弹簧、阀芯；

▶阀门试验、调试技术的研究；

▶加工、焊接、热处理等制造工艺的研究，大口径阀体铸、锻焊结构制造工艺技术研究；

▶主阀、辅助阀密封结构的设计研究；

▶阀门快速启闭和无冲击结构的设计研究，可靠性应力的分析研究；

▶阀门流通能力计算和结构研究，流体阻断性能研究；

▶阀门大流量高压差调节结构的设计研究，强度和可靠性分析计算；

▶高压差工况下阀门调节特性的研究；

▶阀门泄漏等级的研究；

▶阀门高压差喷水减温结构的计算研究；

▶驱动装置及控制系统研究。

国产化取得不俗成绩

我国超（超）临界火电阀门已经取得了很大的进步和成就，许多关键阀门得到了突破。早在2011年5月，中国通用机械工业协会就组织了10多家阀门企业，申报了《国家能源应用技术研究及工程示范项目》攻关课题，即“超（超）临界火电机组关键阀门国产化技术研究及应用示范”项目。近年来，超（超）临界机组阀门的国产化应用成绩不俗。

■开封高压阀门有限公司生产的F92、F91电动闸阀和截止阀，WB36电动闸阀和三通截止阀，F22堵阀、止回阀及C12A闸阀、截止阀、止回阀等，已先后使用于邹县等1000MW超（超）临界火电站。

■哈电集团阀门公司研发的超临界、超（超）临界火电机组配套闸阀、安全阀、电磁泄放阀、调节阀、截止阀、止回阀等系列产品，陆续为机组配套，包括华能福州电厂1、2#；威海电厂1-2#；福州电厂1-2#；江苏华电句容发电有限公司；长四热工程1、2#；焦作龙源发电厂；大唐三门峡等众多超临界、超（超）临界机组。

■华夏阀门有限公司研制了超临界锅炉配套所需的锻钢闸阀、止回阀、调节阀、截止阀和主蒸汽水压试验堵阀等产品，为国内20多台超临界机组配套。

■吴江市东吴机械有限责任公司早已为汽轮机配套批量生产安全阀，供货通径范围为DN40～500，最高开启压力为6.5MPa，最高温度为506℃；为锅炉配套安全阀，通径范围为DN50～150，最高开启压力为9.5MPa，最高温度为485℃。

■上海自动化仪表七厂为超（超）临界机组抽汽系统、冷凝系统及主蒸汽系统提供部分调节阀。

■四川滨大阀门为重庆电厂高效超（超）临界燃煤湿冷发电机组提供高质量的18套调节阀，为项目全面投产提供了最大助力。

相关建议

超（超）临界机组阀门未来的技术方向为易控制，具有优良的高温许用应力、高温蠕变和持久强度，抗高温汽蚀和抗蒸汽氧化，密封性好，易维护等。超（超）临界所需阀门未来的技术方向为以下几点：

● 高温材料的突破。开发能够在超高温条件下长期安全运行的高温金属材料,这些材料必须要具有耐高温的持久强度、耐烟气侧的高温腐蚀、抗蒸汽侧氧化及氧化层剥落和良好的抗热疲劳性能；

●加强高参数阀门专用计算机分析软件开发应用。采用计算机辅助设计、有限元应力分析、流体分析和动态分析计算等；

●提升冶炼和锻造能力。采用真空冶炼或炉外精炼设备和技术，发展自动化控制程度高的热处理炉、数控机床和专用机床等设备，进一步提升阀门精度和动作可靠性；

●加强阀门品质管理和检验，使产品质量在生产制造过程中得到有效的控制和监控。