超超临界机组主蒸汽管道材料性能比较
超超临界机组的金属材料介绍
超超临界机组的金属材料介绍1.1概述以亚临界火电机组的电厂净效率为基值,蒸汽参数为25MPa/540℃/560℃的超临界火电机组电厂净效率比亚临界火电机组的电厂净效率高 1.6%;27MPa/580℃/600℃超临界火电机组电厂净效率比25MPa/540℃/560℃的电厂净效率高 1.3%;30MPa/620℃/640℃超临界火电机组电厂净效率比27MPa/580℃/600℃超临界火电机组电厂净效率高1.3%;30MPa/700℃/720℃超临界火电机组电厂净效率比30MPa/620℃/640℃超临界火电机组电厂净效率高1.6%。
这符合热力学所指出的:热机的初参数越高,效率就越好。
因此,随着科技进步,人们不断地在开发更高参数的超临界火电机组。
然而,机组参数的提高,受制于耐高温材料的开发与制造,随着蒸汽参数的提高就要应用更能耐高温的材料。
早在50年代末,美国就投运了参数为31MPa/621℃/566℃/566℃的Philo6号和参数为34.5MPa/ 649℃/566℃/566℃的Eddystonel号超超临界机组。
这二台机组采用的参数由于超越了当时的材料制造水平,投运后多次出现爆管事故和严重的高温腐蚀等材料问题,不得不降参数运行。
原苏联首台超临界机组参数为23.5MPa/580℃/565℃,运行后也多次出现材料方面的问题,不得不把参数降到23.5MPa,540℃/540℃运行。
日本发展超临界机组,很注重材料的研究与开发,机组参数稳步推进,超临界、超超临界机组得以顺利发展。
上世纪80年代以来,欧洲、美国、日本在超超临界发展计划中,首先实施材料开发的计划。
由此可见材料是发展超超临界机组的关键。
20世纪50年代初,日本从欧美引进锅炉用碳钢、钼钢、铬铝钢、18-8型不锈钢和转子用CrMoV钢,从1981年开始分两个阶段实施超超临界发电计划。
第一阶段把蒸汽温度从566℃提高到593℃,第二阶段目标是650℃。
火电厂四大管道选材
2×1000MW超超临界燃煤机组四大管道(主蒸汽管道、热再热蒸汽管道、高压旁路管道、低压旁路管道、高压给水管道、给水再循环管道以及高旁减温水管道,以下简称四大管道)的设计参数及管道规格如下:1.内径管内径管的有关参数见表11-3:表11-3内径管的有关参数2 外径管外径管的有关参数见表11-4:表11-4外径管的有关参数序号名称管道规格mmxmm设计压力(MPa.g)温度(C)管道材质公称外径(mm)公称壁厚(mm) 1 高压给水主管Ф610×65 36 30215NiCuMoNb5610 652汽动泵出口管(阀前)Ф457×55 39 18015NiCuMoNb5457 553汽动泵出口管(阀后)Ф457×50 36 30215NiCuMoNb5457 504电动泵出口管(阀前)Ф323.9×4039 18015NiCuMoNb5323.9 405电动泵出口管(阀后)Ф323.9×3636 30215NiCuMoNb5323.9 366 汽泵给水再循环管Ф219.1×28.39 18015NiCuMoNb5219.1 287 汽泵再循环(阀后)Ф273.1×31.7539 18015NiCuMoNb5273 31.75 8 电泵给水再循环管Ф168.3×22.239 18015NiCuMoNb5168.3 22.2 9 电泵再循环(阀后)Ф219.1×28.39 18015NiCuMoNb5219.1 28 10 高压旁路减温水Ф168.3×22.236 18015NiCuMoNb5168.3 22.2。
超超临界参数火力发电机组主蒸汽管道材料的浅析
P 1 2 2 ( HC M1 2 A) 是在德国牌号HT 9 1 ( X 2 0 C r Mo V1 2 1 ) 的基础上改进的1 2 O r
钢, 通 过w 取代Mo , 与P 9 2 的主要 区别 在 于c 晗 量 更高 , 蠕变 强度 与P 9 2 近似, 抗蒸 汽氧 化能力 更好 , 可用 于6 2 0 X 2 以下 的主汽 ,再热 热段管道 。 1 9 9 4 年 该钢材 已纳入 A S ME 锅 炉 和压 力容 器 规范 。
5 8 0 6 5 0  ̄ 2, 奥 氏体耐 热钢 ( C r =l 8 2 5 %) , 使 用 温度 ≥6 5 0  ̄ C。
主蒸 汽管道 及过 热器 出 口联 箱在 5 8 0  ̄ 2 下 除了选 用P 9 2 , E 9 1 1 、 P 1 2 2 等新 材 料 外还 可选用 国 内熟悉 的P 9 1 , 在 技术 继承 上是一 个有 利 因素 。 在6 0 0 " C的参 数
定。 [ 关键 词] 铁 索体 低合 金耐 热钢 , 奥 氏体 耐热 钢 , 亚 临界 , 超 超临 界 , P 9 1 , P 9 2 中图分 类号 : T M6 2 1 . 3 文 献标 识码 : A
文童 编号 : 1 0 0 9 — 9 1 4 X( 2 0 1 5 ) 4 2 — 0 1 0 3 一O 1
3管材 介绍 及 生产情 况 I ? 9 1是美 国7 O 年 代开发 的改进 型P 9 ( 9 C r l Mo )  ̄, 1 9 8 3 年获 得AS ME 认证 ,
具有优 良的综合性 能 , 是5 9 5 X 3 以下主蒸汽 / 再热蒸 汽管道和 联箱 的最佳候 选材
下, P 9 1 作为主蒸汽管道在 日本也有运行业绩 , 但在欧洲建议P 9 1 只能用于5 8 0
超临界与超超临界汽轮机组用材
超临界与超超临界汽轮机组用材随着能源结构的转变和电力行业的快速发展,超临界和超超临界汽轮机组在火力发电厂的应用越来越广泛。
这些高性能机组对用材的要求极为严格,需要克服高温、高压、高腐蚀等复杂环境带来的挑战。
本文将深入探讨超临界与超超临界汽轮机组用材的关键技术和运行效果。
自20世纪下半叶以来,超临界和超超临界汽轮机组用材经历了从传统金属材料到新型耐高温、耐高压、抗腐蚀材料的演变。
虽然这些机组用材在高温、高压等严酷条件下表现出一定的性能,但仍存在易腐蚀、热疲劳性能差等问题。
为了满足超临界和超超临界汽轮机组在高温、高压、高腐蚀环境中的稳定运行,一些关键技术尤为重要。
耐高温材料:耐高温材料如镍基合金和钴基合金具有优良的高温强度和抗蠕变性能,能够适应高温环境。
耐高压材料:耐高压材料如钛合金和锆合金具有良好的加工性能和高温强度,能够承受高压条件。
抗腐蚀材料:抗腐蚀材料如不锈钢和镍基合金具有优异的耐腐蚀性能,可抵抗各种腐蚀性介质的侵蚀。
在选择超临界与超超临界汽轮机组用材时,需要综合考虑材料的性能、制造成本和机组安全性。
通过材料的选择和优化,可以降低制造成本,提高机组的安全可靠性。
设计流程包括材料筛选、部件设计、模拟分析和试验验证等步骤。
首先根据机组运行条件筛选适合的材料,然后针对所选材料进行部件设计,并利用有限元分析等手段进行模拟分析,最后通过试验验证确定最终设计方案。
制造工艺对机组用材的性能和稳定性有着重要影响。
加工、焊接、热处理等环节都需严格把控。
例如,加工过程中要确保材料的精度和质量;焊接时采用低氢焊接方法,避免产生焊接裂纹;热处理则能够改善材料的力学性能,提高机组的运行效率。
实际运行效果是评价机组用材好坏的关键指标。
超临界与超超临界汽轮机组用材在高温、高压、高腐蚀环境下表现出的稳定性和耐久性,直接决定了机组的运行效果。
通过实际运行案例和数据分析,我们可以得出以下采用耐高温材料如镍基合金和钴基合金的机组,在高温环境下仍能保持良好的强度和稳定性,大大提高了机组的运行效率。
超超临界压力1000MW机组高温蒸汽管道材料的选用
收稿日期226作者简介徐大伟(32),男,硕士,从事电站设备材料研究和贸易工作。
超超临界压力1000MW 机组高温蒸汽管道材料的选用徐大伟1, 于海田1, 吴非文2(1.大唐集团公司-中国水利电力物资有限公司,北京100045; 2.西安热工研究院,西安710032)摘 要:P91、P122、E911和P92材料是目前国内外超超临界压力1000M W 机组高温蒸汽管道经常选用的材料。
从技术角度对以上4种材料进行比较分析;同时以上海外高桥第3发电有限公司三期工程高温蒸汽管道选取为例,提出了意见和建议。
关键词:超超临界压力机组;高温管道材料;选材中图分类号: T K 225 文献标识码:A 文章编号:16712086X (2009)0620456205Choosing of High 2tempera tur e Steam Pipe Ma ter i alsf or 1000MW U ltra Super cr it ical Pr essur e U n itsXU Da 2wei 1, YU Hai 2tian 1, W U Fei 2wen2(1.Chi na Natio nal Water Resources &Elect ric Power Materials &Eq uip ment Co.,Lt d.,Chi na Dat an g (Group )Corpo ratio n ,Beiji ng 100045,China ; 2.Xi πa n Thermal Power ResearchInstit ute Co.,Lt d.,Xi πan 710032,China)Abstract :At pr ese nt ,P91,P122,E911and P92a re f reque ntly ta ke n as high 2te mpe ra tur e stea m pipe ma terials f or 1000MW ult ra superc ritical pressure units a t home a nd a br oa d.A c ompa rison is being made a mong a bove 4mate rials f r om t he technical angle.Ta king t he e nginee ring pr ojec t of the 3r d sta ge ,Shanghai W aigaoqiao N o.3Powe r Ge ne ration Co.,L t d as an exa mple ,suggestions ar e p ut f or wa rd f or t he ma terial choosing of high 2te mpe rat ure stea m pip es.Keyw or ds :ult ra superc ritical pressure unit ;material f or high 2temper ature piping;material choosing 1000MW 超超临界压力机组高温管道设计的关键是选择合适的材料,一般需要从蠕变强度、抗高温蒸汽氧化性能、抗热疲劳性能、长期组织稳定性和焊接性能等几方面加以考虑。
超超临界机组蒸汽管道稳压冲管与降压冲管效果对比
式 。首先 进行 主蒸 汽 系 统 和再 热 蒸 汽 系 统 的 冲洗 , 高 压旁 路 ( 高旁 ) 管路在 主蒸 汽系统 和再热 蒸汽 系统 冲洗 合格后 再进 行 冲洗 , 余需 用主 蒸汽 冲洗 的系 统 ( 给 其 如 水泵 汽轮机 高压进 汽管 路 压 旁路 ( 低 低旁 ) 路 、 灰 管 吹
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的难度 。综合 安 全 性 和 经 济 性 , 1号 机 组 主 要 采 用 一 步 法稳 压冲管 方式 , 在再 热器 之前 加装 集粒 器 。
2 1 1 冲 管 流 程 . .
用后 , 炉给 水量 才得 以保 证 , 终 实现 了稳 压 冲管 。 锅 最 2 1 3 冲 管结 果 . .
管 时采 用燃 油并 投 制 粉 系 统 方式 ( 用 了 2套 制粉 系 投 统 ) 耗 油量 较 大 。 , 在 1 机组 整套 试 运期 间 , 号 过热 器 发 生 了几 次 爆 管 , 主要是 由于锅炉 内部清 洁度 差 , 在异 物 阻塞 而 其 存
冲管初期 , 由于 汽动 给水 泵调 试未 完成 , 采用 降 故
垂 直 上 升 膜 式 水 冷 壁 、 次 中 间 再 热 、 M 燃 烧 器 和 一 P MAC 型 低 NC T ) 级送 风燃 烧 系统 、 向双切 圆( 分 反 双
火 球 ) 烧 方 式 , 采 用 循 环 泵 起 动 系 统 , 温 方 式 除 燃 并 调
煤 / 比之外 , 水 还采用 烟气分 配挡板 、 燃烧 器摆 动 、 喷水 等方式 。锅炉 主 要设 计 参 数 见 表 1 冲管 临 时 管 道 设 ,
技表 2 冲 管 用 临 时管 道 设 计 参 数①
超超临界火电机组高温再热蒸汽管道选材分析
炉与压力容器规范 ( S A3 3 5 ) ,1 9  ̄ 9 5 年 以 “ l O C r 9 Mo l VN b ” 牌号 正式 列 入 国家标 准
GB 5 3 1 O -1 9 9 5 。
择。
3高温蒸汽管道主要材料
铁素体耐热钢适 用于高温蒸汽管道 , 此类 材料 低 的热膨 胀 系数 和高 的热 导率 允许 较 高 的启停 速 率而 不 会导致 严 重的 热疲 劳损 伤 。铁 素 体 耐 热 钢 主 要有 P 9 1 钢 、P 9 2 钢、
P 1 2 2 钢 和E 9 l 1 钢。 P 9 1 钢 属 改 良型 9 C r -1 Mo 高 强 度 马 氏 体 耐 热 钢 ,具 有 热 强 性 好 、 强 韧 性 高 、 淬 透 性 好 、 可 焊 性 良 、 热 导 率 高 、热 膨 胀 系 数 小 等 特 点 , 抗 腐 蚀 性 和 价 格 均 居 于P 2 2 钢 和 TP 3 O 4 H不 锈 钢 之 间 。优 良 的 综合性 能使P 9 1 钢 成 为 世 界 上 众 多 高 蒸 汽
1超超 临界机组 的定 义及 优势
火 电 厂 超 临 界 机 组 和 超 超 临 界 机 组 指 的 是 锅 炉 内 工 质 的 压 力 。 锅 炉 内 的 工 质 都 是 水 ,水 的 临 界 压 力 是 : 2 2 . 1 1 5 MP a /3 7 4 ℃ ;在 这 个 压 力 和 温 度 时 ,水和 蒸 汽的 密 度是相 同的 ,就 叫水 的临 界 点 ,炉 内工 质压 力低 于这 个压 力就 叫 亚临 界 锅 炉 ,大 干这 个压 力就 是超 临 界锅 炉 。 目 前 常 规 的 超 临 界 机 组 蒸 汽 参
超超临界机组四大管道材质的选择
新型含 W 钢在欧洲电厂的应用 管道尺寸 ID240×39 ID160×45 ID550×24 ID201×22 ID230×60 P92 ID250×55(主汽) ID510×38(热段) 蒸汽参数 MPa/℃ 25/560 29/582 7/560 21.3/540 29/582 ID480×28 26.5/580/600 安装时间 1992 1996 1996 1996 1996 5.3/545 2002
电厂名称 Vestkraft#3 Nordjyl landsvaeket Schkopau#B Staudinger#1 Skaerbaek#3 GK NiederaussemK
材料牌号 P92 P92、P122 E911 E911 E911 Kiel E911
由表 2、表 3 可以看出:对主蒸汽及再 热热管道使用较多的钢材为 P92、P122 及 E911。 P91 钢管,因高温许用应力低,钢管壁 厚较大,管道刚度大,管道热应力计算不好 过关,对设备推力较大,且影响机组变负荷 速率, 材料总价格比 P92 等材料还高, 故 2000 年后很少采用。 欧洲的超临介机组, 较早的采用了 P92、 E911。日本机组虽然温度普遍高于欧洲机 组,但其压力则略低于欧洲机组,目前多采 用 P91、P92 和 P122。 2.2.2 几种耐热钢材的比较 2.2.2.1 对主汽和再热热管道首先考虑 的是材料的高温蠕变强度,必须满足由于管 道热膨胀而引起的热应力的要求,一般说来 适合于作高温管道的材料,在其工作温度下 的 105h 蠕变应力值, 应能达到 90~100MPa, 同时要求管道材料的热胀系数比较小,且导 热系数较大,从而能降低管道内的热应力水 平。 如 P92 及 P122 钢材,由于目前的试验 未达到 105h,ASMe 规范中现在的数据是日 本新日铁和住友公司根据短时间蠕变断裂
1000MW超超临界机组四大管道材料选择论述(精)
一般说来,适合于高温管道的材料,在其工作温度下的105
h蠕变强度值,应能达到90~100MPa,同时要求管道材料的热胀系数比较小,且导热系数较大,从而能降低管道内外壁的应力差。对于P92和P122钢材,
和P92接近,运行105
h后P122冲击韧性降低明显,P92和E911也明显降低。
从焊接方面比较,P92、P122和E911三种钢材均为新材料,降低焊缝的脆性是一个重要的技术问题,需要从焊材和工艺方面进行解决,W的含量有一定影响。P92和P122比E911需要更长的焊后热处理时间,来保证焊缝韧性。焊缝裂纹的敏感性,P92与E911接近,但作为12Cr钢的P122在焊接上会有更大的难度。焊缝的强度在短时间内与母材相当,但在长时间的运行中,在热影响区存在IV型裂纹倾向,强度降低30%,所以,在工程进行的同时,应对焊接接头的长期性能进行研究,并提出相应的监督和措施和手段,保证焊接接头的安全。
对于超超临界机组的主蒸汽管道,抗氧化性能也是一个关键问题,P92、P122和E911三种耐热钢材的抗蒸汽氧化性能,主要取决于Cr和Si的含量,P92和E911的含Cr量都是9%,其抗氧化能力相近,P122含Cr量为12%,抗氧化能力较P92和E911稍强。由于超超临界机组蒸汽温度提高,蒸汽侧氧化和氧化层剥落问题,比亚临界机组和普通超临界机组严重,国外超超临界机组中有因为严重的蒸汽氧化问题被迫降参数运行的情况,问题主要在过热器和再热器,对于600°C以下运行的主蒸汽管道,由于金属壁温的波动不频繁,氧化层剥落的可能性较小,运行一段时间后,氧化速率逐渐下降达到平衡,所以9%Cr钢可以
由于目前的试验未达到105
h,ASME规范中现在的数据是日本新日铁和住友公司根据短时间蠕变断裂数据外
超超临界机组锅炉选材分析
摘要
1
常用新型铁素体和奥氏体锅炉用钢
2
超临界/超超临界锅炉用材选择
3
结束语
1
超临界/超超临界机组锅炉选材简介
提高火力发电机组参数,是提高机组效率和节能环保的重 要途径。随着锅炉压力的提高,水的饱和温度也相应提高,汽 化潜热却相应减少,饱和水和饱和蒸汽的比重差也随之减少。 当压力达到22.12MPa时,汽化潜热等于零,汽水比重差也定于 零。水在这个压力下,加热至374℃时即被全部汽化。这个压 力称为临界压力。超临界压力时的情况与临界压力时的情况相 同,有水变成蒸汽是连续单向的。
5
1
超临界/超超临界机组锅炉选材简介
12%Cr系列 一般当温度在620 ℃以上时, 9%Cr钢抗氧化性能不能满足要 求,需使用12%Cr钢或不锈钢。
(1)X20CrMoV121和X20CrMoWV121(HT91)钢:在欧洲曾得到大量的 应用,但是其焊接性能较差。
(2)HCM12( 12Cr1Mo1WVNb )钢:在HT91的基础上通过降碳以提高 焊接性能,以及W、V、Nb的合金化而形成的,是一种δ铁素体/马氏体双相 钢。具有良好的焊接性能、高温强度和抗氧化腐蚀性能,适用于600临界/超超临界机组锅炉选材简介
(4)TB12(12Cr0.5Mo1.8WVNb)钢:在T92基础上,通过增 加Cr含量以进一步提高抗高温蒸汽氧化,调整固溶强化元素Mo 、W等元素含量以改善提高综合性能而得到的新型钢种。
(5)NF12钢和SAVE12钢:正在开发中的耐热钢,通过Ta、Nb 等合金化,使600℃的强度提高到了650℃,并已经在实验室得 到验证。
(5)TempaloyA-1(18Cr9NiCuNbN)钢:在TP304H的基础上, 通过Cu、Ni、N合金化而得到的一种新型经济型钢种。
21 600MW超临界机组四大管道选材
代末, 德国 也从F 1 2 转向使用T 9 1 , P 9 1 钢。
( 4 ) P 9 2 、P 1 2 2 、E 9 1 1 钢
9 0年代初日 本在大量推广 P 9 1 钢的基础上发现当使用温度超过 6 0 0
℃时, P 9 1 钢不能长期安全运行的要求。 另外调峰任务重的机组, 管材的
2 4 . 2 M P a / 5 3 8 0 C / 5 3 8 ℃ 、2 4 . 2 M P a / 5 3 8 ℃/ 5 6 6 ℃和 2 4 . 2 M P a / 5 6 6 ℃/ 5 6 6 0 C
( 汽机侧进汽参数)三个发展阶段。目 前国外 6 0 0 M W等级常规超临界机 组的设计、制造、运行技术已经非常成熟,可以说与 6 0 0 9 W亚临界机组 的可用率不分上下。我国随着近几年经济的飞速发展,国内大功率高参
当时,当蒸汽温度超过 5 8 0 ' C , 则采用 T P 3 0 4 , T P 3 4 7 等奥氏体耐热
不锈钢。奥氏体不锈钢高温蠕变强度较大,允许使用的温度较高,但是
其与马氏体合金钢相比较,导热率低、热膨胀系数大,容易造成高温蒸 汽管道较高的热应力水平。
3 . 2 . 2 铁素体/ 马氏体钢
不锈钢 。但是,由于该钢种是二元结构,冲击韧性差,后来未得到广泛 使用。 ( 2 ) F 1 2 钢
6 0 年代末, 德国研究开发了1 2 C r 钢, F 1 2 ( X 2 0 C r M o V l 2 l ) 钢至 1 9 7 9
年正式纳入 D 工 N l 7 1 7 5 标准中 ( 化学成分见表 3 - 1 ) ,使用温度可达 6 3 0 ^ - 6 5 0 0 C。 但其含碳量高,焊接性差。同一系列的钢种还有瑞典的H T 9 和日 本的H C M 1 2 o ( 3 ) P 9 1 钢 1 9 7 4年,美国能源部委托橡树岭国家实验室研究用于液体金属快中
燃煤电厂超超临界机组四大管道的设计选用
燃煤电厂超超临界机组四大管道的设计选用燃煤电厂超超临界机组的四大管道,即主蒸汽管道、再热蒸汽管道、给水管道和循环水管道,是燃煤电厂的核心组成部分,对于电厂的运行和效益具有重要的影响。
因此,在设计选用这四大管道时,需要考虑多个因素,包括管道的材质、尺寸、压力和温度等。
首先,主蒸汽管道是将锅炉中产生的高温高压蒸汽输送至汽轮机的管道,因此对其材质要求较高。
主蒸汽管道一般选用高碳钢或合金钢,这些材料具有较高的强度和耐高温的特性,能够承受高压高温蒸汽的作用。
再热蒸汽管道是在汽轮机的高压缸蒸汽经再热器再热后输送到中压缸的管道。
再热蒸汽管道要求具有良好的抗腐蚀性能和耐高温性能,以及较高的强度。
一般选用合金钢材质,可以满足再热蒸汽管道的要求。
给水管道是将水从水处理系统输送至锅炉的管道,承受着较低压力和温度的水流。
给水管道要求具有较好的防腐蚀性能和耐压性能,以及一定的可靠性。
通常,给水管道选用碳钢或低合金钢材质。
循环水管道是将冷却水输送至锅炉的冷凝器和其他设备中的管道。
循环水管道要求具有良好的耐腐蚀性和耐冲刷性,以及较好的密封性能。
选取材质时,可以考虑使用镀锌钢材、铸铁管材或者聚氯乙烯材质。
在选择管道材料时,还需要考虑管道的尺寸、厚度和连接方式等。
尺寸和厚度的选取要满足流体的输送能力和安全性的要求,同时还要考虑管道的成本和施工难度。
连接方式一般选用焊接、承插连接或螺纹连接等,需要根据具体情况选择合适的方式。
此外,还应对各个管道进行受力分析和热力计算,确保管道能够承受正常工作状态下的压力和温度。
同时,还需要进行防腐处理和绝热保温,提高管道的使用寿命和效率。
总之,燃煤电厂超超临界机组四大管道的设计选用需要考虑多个因素,包括管道的材质、尺寸、压力和温度等。
合理的管道设计可以提高电厂的运行效率和安全性,降低维护和运行成本。
超超临界汽轮机冷段再热蒸汽管道材料选择
力 发 电 厂 汽 水 管 道 应 力 计 算 技 术 规 程 》, 段 再 热 蒸 冷 汽 管 道 的设 计 压 力 .取 用 汽 轮 机 最 大 计 算 出力 工 况
( 节 汽 门 全 开 ) 热 平 衡 中 高 压 缸 排 汽 压 力 的 11 调 .5 倍 . 段 再 热 蒸 汽 管 道 的 设 计 温 度 . 用 汽 轮 机 最 大 冷 取 计 算 出 力 工 况 下 高 压 缸 排 汽 参 数 .等 熵 求 取 在 管 道 设 计 压 力 下 的 相 应 温 度 如 制 造 厂 有 特 殊 要 求 时 .
和 高 压 外 缸 进 汽 段 均 采 用 GX1 Cr VNb —1铸 2 Mo N9
件 . 高 压 外 缸 排 汽 段 采 用 G1 C Mo -1 铸 件 . 7 r V5 0 高
压 转 子 锻 件 采 用 X1 C Mo VN N1 - ~ 2 r W b 0 1 l钢 . 高 压 叶 片 采 用 Ni r 0 i 、 2 r W VNb 0 — C 2 T AlX1 C Mo N1 1—1 、
4 2 CL 2和 A6 1 2 / CL 2等 3 种 钢 材 的 许 用 应 力 9 Cr —1 4 2
如 表 初 蒸 汽 参 数 的提 高 .汽 轮 机 的 高 温 部 件 普 遍 使 用 了 耐 更 高 温 度 和 强 度 更 好 的 材
该 设 计 温 度 应 取 用 可 能 出现 的 最 高 工 作 温 度 按 照
这 些 标 准 要 求 . 关 电 力 设 计 院 对 玉 环 电 厂 冷 段 再 有 热 蒸 汽 管 道 的 设 计 压 力 取 71 P .7M a. 设 计 温 度 取 3 8℃ . 对 北 仑 电 厂 冷 段 再 热 蒸 汽 管 道 的 设 计 压 力 9 取 73 7MP , 计 温 度 取 4 05℃ 。 由 此 可 见 。 关 .2 a 设 0. 有 电力设 计 院并未 将高 压 叶片温 度 ( 高压 缸排 汽温 或
超超临界火电机组四大管道选材分析
第24卷第10期电力科学与工程Vol.24,No.102008年12月Electric Power Science and EngineeringDec.,200873收稿日期:200817.作者简介:武秀峰(1972-),男,国电电力大连庄河电厂工程建设部主任助理.超超临界火电机组四大管道选材分析武秀峰(国电电力大连庄河电厂,辽宁大连116431)摘要:超超临界600MW 及1000MW 等级火电机组近年在我国迅速发展,结合国内外参数相近火电机组四大管道材料的选择,介绍新材料的性能及应用状况,综合考虑电厂投资、运行、安全等诸多方面因素,说明选材的相关内容,供相似工程参考。
关键词:超超临界;四大管道;新材料中图分类号:TK22文献标识码:A0引言随着我国经济的稳定、快速发展,能源需求不断增加,同时环保要求也不断提高。
发展大容量高参数机组,特别是超超临界机组将是我国火力发电提高发电效率、节约一次能源、改善环境、降低发电成本的必然趋势。
而这一发展与大量新型耐热合金钢材的开发与应用是分不开的。
可以说,电力技术的发展在很大程度上取决于材料技术的发展。
本文针对国内外超超临界机组四大管道材料的选择进行分析,为超超临界火电机组四大管道选材提供参考。
1相关定义1.1超超临界机组对于火力发电机组,当机组作功介质蒸汽的工作压力大于水的临界状态点压力(P c =22.115MPa )时,称之为超临界机组。
目前常规的超临界机组蒸汽参数一般为24.2MPa/538℃/566℃或24.2MPa/566℃/566℃。
所谓超超临界机组(Ultra Supercritical )是相对于常规超临界机组的蒸汽参数而言的。
我国电力百科全书中称,通常把蒸汽压力高于27MPa 的超临界机组称为超超临界机组。
国际上普遍认为,在常规超临界参数的基础上压力和温度再提升一个档次,也就是工作压力超过24.2MPa 或者主蒸汽(或再热蒸汽)温度超过566℃,都属于超超临界机组的范畴。
660MW超超临界机组参数优化经济性比较分析
着重考虑高再的汽温及壁温偏差控制,尽量控制高再的温升水平,对机组的运行水平及运行控制能力提出了更高的要求。
1.2 受热面用材的变化锅炉由常规超超临界提升为高效超超临界后,锅炉的蒸汽压力、温度等均有升高,在受热面面积发生变化的情况下,锅炉承压件的材质、规格等均会发生变化。
对于新方案一:再热汽温提升到610℃后(锅炉参数28.35MPa/605/613℃),锅炉低温再热器材质需要由SA-210C+15CrMoG+12Cr1MoVG+T91升级为SA-210C+15CrMoG+12Cr1MoVG+T91+T92,同时高温再热器、再蒸汽管道、再热器系统集箱管道需要进行强度核算,壁厚可能发生变化。
对于新方案二:再热汽温620℃(锅炉参数29.4MPa/605/623℃)。
2 各参数汽轮机方案该项目汽轮机原机型为2×660MW 一次中间再热、单轴、间接空冷、凝汽式汽轮机,型号NJK660-27/600/600,7级回热,THA 工况热耗7601kJ/kW ·h 。
汽轮机仍有参数提升、系统优化、热耗降低的空间,目前初步计算了以下两种参数提升的方案,并从各专业的角度进行说明。
2.1 热力原方案:汽机机型NJK660-27/600/600,7级回热,THA 工况热耗7601kJ/kW ·h 。
0 引言新疆准东某2×660MW 机组工程自2016年末开始停工缓建,复工后原方案机组指标已落后于同时期、同区域、同类型的其他项目机组指标。
结合技术进步和该项目特点,通过对原方案主机参数(27MPa/600℃/600℃)与方案一(27MPa/600℃/610℃)、方案二(28MPa/600℃/620℃)从锅炉方案、锅炉性能、汽机本体变化、初投资增加、边界煤价等方面的技术经济性进行综合比选,优化本项目主机参数。
1 各参数锅炉基本方案1.1 锅炉参数锅炉为(高效)超超临界参数、直流炉、单炉膛、一次再热、平衡通风、紧身封闭布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、对冲燃烧方式,Π型锅炉。
超临界及超超临界机组的运行特性
超临界及超超临界机组的运行特性超临界及超超临界机组有较高的主蒸汽压力和主蒸汽温度,机组设备选用的材料有所不同,承压部件的壁厚较厚,在运行中存在一些特殊问题。
对其运行特性进行研究,对确保机组的安全、经济运行是必要的。
1高蒸汽参数对锅炉运行特性的影响1.1锅炉启动系统超临界及超超临界机组采用直流锅炉。
直流锅炉在启动前必须建立一定的启动流量和启动压力,强迫工质流经受热面,使其得到冷却。
但是,不同于汽包锅炉那样有汽包作为汽水固定的分界点,直流锅炉是水在锅炉管中加热、蒸发和过热后直接向汽轮机供汽,在启停或低负荷运行过程中有可能提供的不是合格蒸汽,而是汽水混合物,甚至是水。
因此,直流锅炉必须配套特有的启动系统,以保证锅炉启停和低负荷运行期间水冷壁的安全和正常供汽。
超超临界直流锅炉的启动流量一般选取为额定流量的30%~35%。
丹麦超超临界锅炉的启动流量为30%最大持续定额功率(MCR)。
我国引进前苏联超临界锅炉的启动流量为30%MCR。
石洞口二厂ABB超临界锅炉的启动流量为35%MCR。
日本超临界锅炉启动流量选取得较小,一般为25%~30%MCR。
根据超临界直流锅炉启动分离器的运行方式,启动系统可分为内置式和外置式2种。
外置式启动分离器系统只在机组启动和停运过程中投入运行,而在正常运行时被解列。
我国125MW和300MW亚临界机组锅炉均采用外置式启动分离器系统。
外置式启动分离器系统在启动系统解列或投运前后操作复杂,汽温波动大,难以控制,对汽轮机运行不利。
因此,欧洲国家、日本及我国运行的超临界和超超临界锅炉均未采用外置式启动分离器系统。
内置式启动分离器系统在锅炉启停及正常运行过程中,汽水分离器均投入运行,所不同的是在锅炉启停及低负荷运行期间,汽水分离器湿态运行,起汽水分离作用,而在锅炉正常运行期间,汽水分离器只作为蒸汽通道。
内置式启动分离器设在蒸发区段和过热区段之间,汽水分离器与蒸发段和过热器间没有任何阀门,系统简单,操作方便,无外置式启动系统那样的分离器解列或投运操作,从根本上消除了汽温波动问题。
超超临界机组四大管道材质的选择
电厂名称 Vestkraft#3 Nordjyl landsvaeket Schkopau#B Staudinger#1 Skaerbaek#3 GK NiederaussemK
材料牌号 P92 P92、P122 E911 E911 E911 Kiel E911
由表 2、表 3 可以看出:对主蒸汽及再 热热管道使用较多的钢材为 P92、P122 及 E911。 P91 钢管,因高温许用应力低,钢管壁 厚较大,管道刚度大,管道热应力计算不好 过关,对设备推力较大,且影响机组变负荷 速率, 材料总价格比 P92 等材料还高, 故 2000 年后很少采用。 欧洲的超临介机组, 较早的采用了 P92、 E911。日本机组虽然温度普遍高于欧洲机 组,但其压力则略低于欧洲机组,目前多采 用 P91、P92 和 P122。 2.2.2 几种耐热钢材的比较 2.2.2.1 对主汽和再热热管道首先考虑 的是材料的高温蠕变强度,必须满足由于管 道热膨胀而引起的热应力的要求,一般说来 适合于作高温管道的材料,在其工作温度下 的 105h 蠕变应力值, 应能达到 90~100MPa, 同时要求管道材料的热胀系数比较小,且导 热系数较大,从而能降低管道内的热应力水 平。 如 P92 及 P122 钢材,由于目前的试验 未达到 105h,ASMe 规范中现在的数据是日 本新日铁和住友公司根据短时间蠕变断裂
新矶子/1 常陆那珂/1 广野/5 舞鹤/1
600 1000 700 900
25.5/600/ 610 24.5/600/ 600 24.5/600/ 600 24.5/595/ 595 表3
煤粉 煤粉 煤粉 煤粉
2002 2003 2004 2004
P122 P122 P122 P122
Super304H/ TempaloyA-1 Super304H/ TP347HFG Super304H/HR3C Super304H/HR3C
超临界与超超临界汽轮机组用材
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用。
2.2
耐热铸钢件和模锻件 超临界机组的高中压内外缸、喷嘴室和高温阀
随着汽轮机技术的发展,对12Cr钢材料研究的 深入以及冶炼锻造技术的进步,现日本、欧洲已开 发出使用温度更高(达600 oC)的改良12%Cr钢与新 12%Cr钢转子材料,如:东芝公司的
12CrMoVNbNW材料与12CrMoVWCoNbBN材料、日
(现为ALSTOM)制造的600 MW超临界机组,其蒸
材料不需作很大变动,仍可使用亚临界机组常用的 价廉而成熟的材料。但由于超临界机组运行工况更
汽参数为24 MPa/538℃/566℃。该机组的中压转 子采用高温段为12%Cr型钢Stl2T,与低温段使用
万方数据
第2期
范华等超临界与超超临界汽轮机组用材
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1000 MW超超临界机组四大管道的选材分析
学术论坛 / A c a d e m i c F o r u m90我国经济稳定发展,社会对电力能源需求不断增加,逐渐建设超超临界机组进行电力生产。
经过超超临界机组的建设和应用,我国电力事业发电成本得到降低,发电效率显著提高,有效提高了我国综合实力。
为进一步提高机组运行效率,降低材料成本,提高运行安全性,需要重视机组材料的选择,选择合适的管道材料,可保证机组运行的安全性,从而为创造生产价值和经济价值奠定基础。
1 1 000 MW 超超临界机组四大管道蒸汽管道主要使用单元制系统,管道均从过热器和再热器联箱引出,和汽轮机平行连接,分别连接再热阀以及主汽阀,在入口前设置平衡管道。
低温再热蒸汽管道从高压缸排汽口引出,汇合于机头,炉前分成两个支管连接联箱。
再热器和过热器的管道设置隔离装置。
为了对机炉运行进行协调,对整机不同工况下负荷条件进行优化,主动适应升降负荷,从而提高机组的活性,每台机组设置低压和高压串联汽轮机系统。
高压旁路机组安装要从入口连接联络管,经过减压减温后连接蒸汽管道。
低压旁路从汽机中连接蒸汽支管,经过减温减压后连接凝汽器。
给水管道连接给水泵,管道工作温度为加热器高压给水温度。
2 1 000 MW 超超临界机组四大管道的选材目前超超临界机组主要分为1 000 MW 和600 MW,和600 MW 机组相比,1 000 MW 机组的蒸汽温度更高,对管道选材要求更高。
为保证管道材料能够满足机组运行要求,需要科学选材,保证机组的安全运行。
2.1 选材标准2.1.1 主蒸汽管道超超临界机组的管道对抗压抗温能力要求更高,因此管道材料必须要满足热应力要求,在正常运行温度下,管道材料应力值要求达到90~100 MPa。
由于管道材料热膨胀系数小,导热率大,需要降低管道内热应力,充分考虑运行需要以及经济因素,造成主蒸汽管道可选材料相对较少。
目前各个发电机组使用的主蒸汽管道材料主要为P122、P91、P92以及E911材料。
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3.P92、P122 和 E911 钢的比较
3.1 P92、P122 和 E911 钢的化学成分
P92、P122 和 E911 钢的化学成分可以见表二,如下所示:
表二:P92、P122 和 E911 钢的化学成分(质量%)
钢种 C
Si Mn Cr Ni Mo W
V
Nb
B
N
Cu Al
P92 0.07 Max. 0.30 8.50 Max. 0.30 1.50 0.15 0.04 0.001 0.030
3.3 P92、P122 和 E911 钢显微组织的比较
3.3.1 P92 钢 M23C6碳化物沉淀、VN和Laves相沉淀物的平均大小和体积分数是由蠕变时间和温度决定
的,由蠕变引起的应变会加快碳化物颗粒M23C6的粗化,而对VN氮化物的粗化的影响不大。这 是由于溶解物牵引效应使得取代的原子产生位错而引起的,在蠕变实验阶段,都会产生微粒 边界的运动和自由位错。Hald研究表明,Mo的溶解和扩散控制着M23C6碳化物颗粒的粗化,因 此,由位错引起的Mo原子扩散的加剧可以用来解释蠕变引起的应变会加快碳化物颗粒M23C6的 粗化。而在蠕变期间,VN氮化物颗粒沉淀的体积分数基本保持不变。当P92 钢材料在 600℃, 蠕变时间为 10,608h后,Laves相沉淀物的平均大小和体积分数是定量的,变化就不大了, 这主要是由于在 650℃时材料的蠕变实验中Laves相颗粒的密度太低而且Laves相颗粒的平 均直径太大(大约为 0.5um),使得我们所采用的TEM技术不能得到准确的结果。 3.3.2 P122 钢
1.概述
由于环境、经济效益和能源的要求,使得电厂要求向高效率的方向发展,目前国内外正 在开发多种洁净煤发电技术,即:循环流化床(CFBC)、增压流化床联合循环(PFBC-CC)、整 体煤气化联合循环( IGCC) 以及超临界(SC) 与超超临界技术(USC)。采用这些洁净煤发电技 术即可以节约能源、减小对环境的污染(减少SO2、 NOx 和CO2的排放),还提高了电厂 的发电效率。目前,增压流化床联合循环(PFBC-CC)和整体煤气化联合循环(IGCC)尚处于试 验或示范阶段, 在技术上还存在许多不完善之处。超超临界技术在国外已经有一套相对完整 而成熟的设计、制造技术。因此,大容量超临界和超超临界机组将是我国洁净煤发电技术的 主要发展方向, 也是解决电力短缺、能源利用率低和环境污染严重等问题的最现实和最有效 的途径。
随着蒸汽参数的提高,国外又开发了新的材料,主要部分的工作已经在日本和欧洲完成, 最突出的是日本的 NF616 和 HCM12A,它们分别被美国材料试验协会和美国机械工程师协会 标准化为 P/T92 和 T/P122。还有欧洲开发的 E911 钢,这三种钢是国内外主蒸汽管道常用材 料。因此我们有必要研究它们的性能,将它们进行对比。
而研制成的,它有较高的许用应力,可以应用于 620℃的主蒸汽管道,P92 钢的焊接性能的
研究正在我国哈尔滨锅炉有限公司进行。P122 钢与P92 钢可以从表一中看出,P122 钢中含
有少量的Cu,增加了W的含量,而减少了Mn的含量,也可应用于 620℃的主蒸汽管道,且具
有较好的可焊性。用Cu元素部分代替Ni可以提高蠕变强度。E911 钢成分和P92 钢的成分和性
超超临界机组主蒸汽管道的材料主要是铁素体/马氏体钢,我们所研究的主要也是铁素体钢。 对于奥氏体钢,由于奥氏体钢弱的热传导性和大的热膨胀系数使得主蒸汽管道十分容易产生 热疲劳。铁素体钢的发展主要有四代,如:表一所示。
未来材料的发展还有陶瓷复合材料,它在高温下的性能好于传统的合金金属材料,但是 陶瓷复合材料比较脆,使得它在服役期间会产生突然的失效,而且造价比较高,现在只是处 于研究阶段。
超超临界发电技术是采用提高蒸汽的温度和压力来实现电厂效率的提高。在185~535 ℃温度区间,压力提高到300Pa效率提高约1.9%,而温度提高到650℃效率可提高5.7%。因 此,主要是通过提高蒸汽温度来提高电厂效率。但是现在参数的提高受到材料的制约,要求 材料具有足够的蠕变强度及持久强度以承受高压和高温的条件,而且需要材料具有良好的综 合性能(如:热加工性,焊接性和热弯曲性)。
由表二我们可以看出,P122 钢中含有铜元素,其它元素的含量和P92 钢相似,因此,除 了P122 钢中含有可见的富-Cu相外,P122 钢的微观组织结构和P92 钢相似。1995 年,Hald 进行了P122 钢的蠕变老化实验,材料的热处理工艺是锻造和空冷,回火 2h×770℃。对P122 钢实验在 600℃,1000h后进行观察,和P92 钢相似,M23C6碳化物沉淀、VN和Laves相沉淀物 是清晰可见的。而且富-Cu相也是可见的,它稀少的分布在颗粒当中。(如下,图二所示). 在老化过程中,富-Cu相颗粒的粗化是很快的,我们认为富-Cu相沉淀对材料长时蠕变强度的 影响小于M23C6和VN相沉淀物。 3.3.3 E911 钢
-
-
0.13 0.50 0.70 12.5 0.50 0.60 2.50 0.30 0.10 0.005 0.100 1.70 0.040
E911 0.09 0.10 0.30 8.50 0.10 0.50 0.50 0.18 0.060 0.0005 0.050
Max.
---------
-
-
0.13 0.50 0.60 9.50 0.40 1.10 1.10 0.25 0.100 0.0050 0.090
Allowable Stress(Mpa)
50
0 500
550
600
650
700
T e m p e ra tu re
图一:P92、P122 钢许用应力的比较 为了对比方便,图一也画出了 P91 钢在不同的温度下许用应力,从图中可以很清楚的看
到,P122 和 P92 钢在高温下的许用应力比 P91 大。P92、P122 和 E911 钢使用在超超临界机
以上对 P92、P122 和 E911 钢的性能进行了比较,它们是我国开展超超临界机组主蒸汽 管道研究的主要材料,由于这些材料在国内还没有国产化,所以研究它们的性能是十分重要 的。从上面的分析,我们可以得出一定的结论。
-3-
显微组织结构中沉积物的稳定性对材料的蠕变特性的影响是十分重要的,在蠕变过程中,沉 淀物的形成,存在相的生长及新相的形成都会决定材料的蠕变强度,因此我们有必要对它们 的显微组织结构进行研究比较,一般进行显微组织观测的技术是“透视电子显微技术(TEM)” 和“原子渗透离子显微技术(APFIM)”。这三种材料经过热处理后观测表明,沉淀物相的类 型主要是M23C6碳化物沉淀、MX和Laves相。P92、P122 和E911 钢,由于化学成分的差异,其 显微组织也有所不同。
钢种
热处理工艺
持久强度(Mpa)
P92
2h×1070℃+2h×775℃,空冷
115
P122
110
E911
118
P91
0.5h×1050℃+1h×750℃,空冷
94
从表三可以看出在 600℃,105h下,P92、P122 和E911 高铬耐热钢的持久强度相差不多,
但比P91 钢都有所提高。
P92、P122 和E911 钢其它性能的比较,P92 钢是用微量的W元素代替P91 钢中部分的Mo
能都相似,研究表明,E911 钢的焊接性能好于P92 钢【8】。当温度高于 620℃时,9%Cr钢的
抗氧化性能是有限的,因此可用 12%Cr钢或者奥氏体钢,在这种情况下,P122 的抗氧化性
能好于其它两种钢种。
P92、P122 和E911 钢,这些高铬耐热钢的高温强度主要都是由于沉淀物的硬化引起的,
组主蒸汽管道中,由于在高温下有很高的许用应力,可以使主蒸汽管道的壁厚减薄,这样不
仅可以减小管道的热应力,使超超临界机组的起停更加灵活,而且可以减小电厂的投资。
P92、P122 和E911 高铬钢持久强度的比较(条件 600℃,105h下),如下,表三所示:
表三:P92、P122 和E911 高铬耐热钢在 600℃,105h下的持久强度
阶段 年代
表一:铁素体钢四代的发展
合金成分变化
蠕变断裂强度 (105小时)MPa
-1-
钢种
最高使用温 度(℃)
1 1960-70 12Cr和9Cr Mo钢中添 加Mo, Nb, V
2 1970-85 对C, Nb, V优化
3 1985-95 用W代替部分的Mo
4
目前 增加W含量,添加Co
超超临界机组主蒸汽管道材料性能比较
王开龙
(华北电力大学(北京)能源与动力工程学院,北京,102206)
email:wangkailong066@
摘 要:本文首先简单介绍了超超临界机组主蒸汽管道材料的现状及今后发展趋势;随后列 出了目前超超临界机组主蒸汽管道常用的三种热强钢 P92、P122 及 E911 钢化学成分,对其 的力学性能、焊接性能、抗氧化性能和持久强度进行了较系统的比较,阐述了化学成分的微 小差别对其材料性能的影响。为今后我国进行超超临界机组主蒸汽管道材料性能的研究提供 参考。 关键词:超超临界机组;P92 钢;P122 钢;E911 钢;材料性能
Max.
-
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-
-
0.13 0.50 0.60 9.50 0.40 0.60 2.00 0.25 0.09 0.006 0.070
0.040
P122 0.07 Max. Max. 10.0 Max. 0.25 1.50 0.15 0.04 Max. 0.040 0.30 Max.
-
-
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60
EM12, HCM9M,
565
HT9, HT91
100
HCM12, T91,
593