來(lái)源標(biāo)題：跨越“最后一公里”，用最少的煤發(fā)出最多的電
1克煤如何被最大限度“吃干榨盡”?火電行業(yè)內(nèi)廣泛流傳著“十年磨一克”“十克煤耗，一代技術(shù)”的說(shuō)法。
超超臨界發(fā)電技術(shù)是當(dāng)前世界最先進(jìn)的火力發(fā)電技術(shù)，可用最少的煤發(fā)出最多的電，同時(shí)實(shí)現(xiàn)污染物超低排放。620℃機(jī)組是目前超超臨界最高參數(shù)機(jī)組，過(guò)去十余年間，其99%的核心零部件已陸續(xù)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，唯剩下耐620℃高溫轉(zhuǎn)子部分，始終處于受制于人的狀態(tài)，成為中國(guó)“超”能力最難跨越的“最后一公里”。
尖端的耐熱鋼材料轉(zhuǎn)子是火電機(jī)組工作參數(shù)從600℃向620℃迭代升級(jí)的核心關(guān)鍵。十年磨劍，2022年11月，國(guó)機(jī)重裝所屬二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司(簡(jiǎn)稱二重裝備)實(shí)現(xiàn)了世界最大等級(jí)超超臨界發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)線的突破，標(biāo)志著我國(guó)超超臨界機(jī)組正式進(jìn)入國(guó)產(chǎn)化時(shí)代。“0到1”的重大跨越是怎樣實(shí)現(xiàn)的?工人日?qǐng)?bào)記者走進(jìn)德陽(yáng)進(jìn)行了深入采訪。
鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)合稱為火力發(fā)電的三大主機(jī)。轉(zhuǎn)子是汽輪機(jī)里面的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，上面裝配有葉片，通過(guò)高溫高壓蒸汽推動(dòng)葉片使轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
FB2是尖端先進(jìn)耐熱鋼材料。“造不出FB2轉(zhuǎn)子，就實(shí)現(xiàn)不了先進(jìn)火電機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化，這是一塊難啃的硬骨頭。”二重裝備副總工程師、大型鑄鍛件先進(jìn)制造技術(shù)及裝備國(guó)家工程研究中心副主任沈國(guó)劬告訴記者，轉(zhuǎn)子工作環(huán)境每提高10℃，發(fā)電機(jī)組可以節(jié)約標(biāo)煤1.5萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放4萬(wàn)噸。
“在國(guó)機(jī)重裝梳理出60余項(xiàng)‘卡脖子’問題清單，F(xiàn)B2轉(zhuǎn)子國(guó)產(chǎn)化就是其中之一。”沈國(guó)劬介紹，F(xiàn)B2成分復(fù)雜，比例要求苛刻，冶煉出合格的材料十分不易。后續(xù)制造過(guò)程中，組織調(diào)控、工藝設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制等要求非常高。因此，完全掌握FB2轉(zhuǎn)子制造技術(shù)的企業(yè)在全球范圍內(nèi)屈指可數(shù)。此前，我國(guó)所需 FB2轉(zhuǎn)子均依賴進(jìn)口，不僅采購(gòu)周期長(zhǎng)，而且采購(gòu)成本高。
國(guó)機(jī)重裝高級(jí)工程師羅玉立對(duì)此感觸深刻。2010年，二重裝備啟動(dòng)FB2轉(zhuǎn)子的研發(fā)項(xiàng)目，由于熟練掌握大型鑄鍛件行業(yè)冶煉設(shè)備及技術(shù)，對(duì)大型鑄件典型質(zhì)量問題預(yù)測(cè)、分析及處理研究深入，她被任命為冶煉工序負(fù)責(zé)人，全面開展FB2新材料、新工藝的研發(fā)工作，“這是對(duì)極限制造的一次全方位挑戰(zhàn)”。
“合金含量高，控制范圍窄，化學(xué)元素反應(yīng)復(fù)雜，冶煉工藝研究需要從零開始。”羅玉立告訴記者，F(xiàn)B2材料僅主成分就有11個(gè)元素之多，還要兼顧8個(gè)殘余元素的超低含量要求，而在1600℃的高溫作用下，鋼鐵煉化成液態(tài)，即便是非常惰性的金屬元素也會(huì)異常活躍，交互反應(yīng)極為敏感，很難把握成分的精確控制，“常常是按下葫蘆浮起瓢，不知從何下手”。
“特別是硼元素，含量幾乎可以忽略不計(jì)，卻是材料高溫耐熱非常關(guān)鍵的‘藥引子’。”羅玉立介紹，如果是50噸的FB2材料，只需匹配差不多一水桶硼鐵足矣，但必須符合行業(yè)限定的0.008%~0.011%的極窄區(qū)間，而且要加在恰到好處的時(shí)刻，只能反反復(fù)復(fù)試驗(yàn)研究，“就像是遙控玩具火車和能夠穩(wěn)定運(yùn)行的高速鐵路，中間隔著‘萬(wàn)里長(zhǎng)征路’。”羅玉立如是比喻FB2轉(zhuǎn)子鍛件從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)走向生產(chǎn)一線的攻堅(jiān)過(guò)程。
“實(shí)驗(yàn)室工藝往往是在理想條件下進(jìn)行的，而在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中，需要考慮的因素更多。”國(guó)機(jī)重裝二重裝備火電及燃機(jī)鍛件產(chǎn)品總工程師秦江說(shuō)。他也是FB2材料轉(zhuǎn)子鍛件研制的“挑戰(zhàn)者”之一。2019年以來(lái)，他從材料成分優(yōu)化、工藝設(shè)計(jì)等方面深度參與FB2轉(zhuǎn)子國(guó)產(chǎn)化的攻關(guān)，因此特別理解羅玉立團(tuán)隊(duì)在冶煉階段所面臨的困境?；A(chǔ)材料研發(fā)就像是“晉升和考級(jí)”，必須一個(gè)步驟一個(gè)步驟進(jìn)行，否則一切只能停留在實(shí)驗(yàn)室和計(jì)算機(jī)層面。
關(guān)關(guān)難過(guò)關(guān)關(guān)過(guò)。至2022年底，二重裝備FB2轉(zhuǎn)子鍛件研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功攻克冶煉、鍛造、熱處理全流程的關(guān)鍵核心技術(shù)壁壘，完全掌握了620℃超超臨界機(jī)組FB2轉(zhuǎn)子制造技術(shù)。國(guó)產(chǎn)化首件1000MW超超臨界機(jī)組20噸級(jí)FB2轉(zhuǎn)子當(dāng)年便交付用戶使用，實(shí)現(xiàn)620℃耐熱鋼國(guó)產(chǎn)化“從0到1”的突破。2023年至今，二重裝備又在短短兩年里相繼完成了30噸級(jí)和世界最大等級(jí)50噸級(jí)FB2轉(zhuǎn)子的國(guó)產(chǎn)化研制。
