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电站用高压锅炉管的要求及材质

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电站用高压锅炉管的要求及材质

高压锅炉用钢管,是用于电站制造的重要原材料。高压锅炉管技术要求高,品种规格多,生产难度大。高压锅炉钢管主要用于制造电站锅炉的水冷壁、省煤器、过热器、再热器以及联接各部件的汽、水连接管道。

电站锅炉工作原理:

水汽循环:新水经凝汽器除氧器送至由烟道余热加热的省煤器进行预热,预热后的水送到水冷壁,汽包、下降管、集箱成的加热系统,加热形成的蒸汽,经汽包汽水分离后,水经下降管再进入水冷壁加热,水蒸汽则引入过热器,在炉膛最热的部分加热至设计的蒸汽参数,输出至汽轮机第一次做功。做功后的低温蒸汽返送回锅炉,在再热器的加热下,再次加热至设计确定蒸汽参数第二次送至汽轮机做功(有的机组为进一步提高效率,将第二次做功后的低温蒸汽,再送回再热器加热至设计确定蒸汽参数,第三次送回汽轮机组做功)。做功后的蒸汽送至凝汽器凝结为水,再次返送回省煤器形成循环。

煤的燃烧:原煤由储煤装置送至磨煤机磨成煤粉,空气经空气预热器加热后与煤粉一起,由烧嘴喷入炉膛燃烧,燃烧后的煤灰由炉膛下的灰斗收集后经冲灰装置排出。

从电站锅炉技术的发展来看,随着电站锅炉从亚临界发展到超临界、超超临界,主力机组的单机容量也从12.5万千瓦、20万千瓦、30万千瓦,发展到60万千瓦、80万千瓦、100万千瓦。由于对发电机组的能耗、环保的要求是越来越高,所以,对高压锅炉管的要求也是越来越高,火电发展的历程表明,是高温用管的材料的发展,决定了火电机组蒸汽参数和效率的提高。风表1

1 世界火电厂发展历史和前景

发电厂类型或课题

蒸汽参数

总热效率,%

降低燃烧物渄放量

已存在的常规电厂

18Mpa568°C/568°C

40


目前最现代化电厂

33Mpa605°C/613°C

47.5


欧洲AD700课题目标

37.5Mpa700°C/720°C

52-55

相对于目前最现代化电厂降低15%

DOE / OCDO课题目标

35Mpa760°C

55

30%

火电机组积极提高蒸汽参数主要因为蒸汽参数的提高具有明显的经济效益,燃料节约明显,其次是CO2排放明显减少。通常国际上将主蒸汽出口压力大于22.0Mpa为超临界压力锅炉,主蒸汽出口压力在28Mpa以上或主汽、再热汽温在580°C以上的机组定义为超超临界机组。资料表明,从中参数(3.5Mpa435°C)提高到高参数9Mpa535°C)可节约燃料12%-15%,提高到超高参数并一次中间再加热13.5Mpa535°C/535°C),可节约燃料8%。提高到超临界参数并一次中间再加热24Mpa550°C/550°C)可再节约燃料8%,由24Mpa565°C/565°C提高到30Mpa600°C/600°C,相对效率还可提高4.5%,改成二次中间再热,即30Mpa600°C/600°C/600°C,还可提高2%,。因此,现有电站锅炉提高蒸汽参数还是有相当潜力的。欧洲AD700及美国DOE/OCDO课题的主要任务,就是解决700°C高温下的材料问题。

目前新型耐热材料的研究主要还是在日本、欧洲、美国进行。美国在上世纪五十年代末到六十年代发展的超临界参数火电机组曾因高温用管材料问题而退回到亚临界参数。上世纪八十年代由于91钢的使用而使得超临界参数火电机组得以发展,上世纪九十年代的92钢的成功应用而使得超超临界参数火电机组得以发展。最近,使用新型镍基合金材料使得蒸汽参数700°C/720°C的先进超临界参数火电机组得以产生。中国也在电力工业“十二五规划”中明确要求将主要建设超超临界参数机组。表2是火电机组关键高温部件用材的比较。表3是目前我国使用的主要管材标准和主要钢种。

表2 火电机组关键高温部件用材比较

参数和部件名称

以前用的(超临界参数)

当前最新技术(超超临界)

近期发展AD700

蒸汽参数

23.5Mpa540°C/560°C

26-30Mpa605°C/603°C

35Mpa700°C/720°C

水冷壁

15Mo3

T23T24

HCM12

过热器和再热器

T91T23

Super304HR3C347HFG

Ni基合金 617合金

高温蒸汽管道和联箱

P91 P22/P23

P92/P122AC66/E1250

Ni基合金 变质617740合金

3高压锅炉管管材标准

国际(GB5310

碳素钢

20G 20MnG 25MnG

合金钢

15CrMnG 12Cr1MoVG 12Cr2MoVG 07Cr2MoW2VNb 10Cr9Mo1VNbN 10Cr9MoW2VNbBN

不锈钢

07Cr19Ni10 10Cr18Ni9NbCu3BN 07Cr25Ni21NbN 07Cr18Ni11Nb 08Cr18Ni11NbFC

美际(ASME

碳素钢

SA106B SA106C SA210C

合金钢

SA213T2 T11 T12 T22 T23 T91 T92

SA335P11 P12 P22 P23 P91 P92

不锈钢

SA213TP304H TP347H TP347HFG TP310HCbN(HR3C) S30432(SUP304H)

欧际(EN10216

碳素钢

P235GH

合金钢

10CrMo9-10 X10CrMoVNb9-1

不锈钢

X7CrNiNb18-10

电站锅炉对高压锅炉管的要求很高,通常要求钢管具有足够的强度,即有较高的屈服极限和强度极限,以保证安全性和经济性;要求具有良好的韧性,以保证在承受外力加载荷时不发生脆性破坏;要求具有良好的加工工艺性能,包括冷热加工成型性能和焊接性能。具有良好的低倍组织和表面质量,不允许有裂纹和白点;用于高温元件的材料应具有良好的高温性能,包括足够的蠕变强度、持久强度和持久塑性,有良好的高温组织稳定性和高温抗氧化性等。

电站锅炉在高温高压下运行的高温部件材料要求具有良好的高温强度和优异的抗氧化性等,这种新型材料的高压锅炉钢管在超超临界机组中占有相当的比例。表四是我国1000MW超超临界机组所需新型管材比例。

表四 我国1000MW超超临界机组所用管材比例

钢材

比例

碳钢

25.2%

低合金

28.7%

T23

1.4%

T91

20.9%

T92

0.4%

SUPER304H

17.5%

HR3C

5.9%

从表四可以看出,在国产1000MW超超临界机组中,新型管材比例很高,约达46.1%


2018年5月28日 15:08
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