700℃超超临界机组用国产新型耐热钢及其焊接材料解析
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2020/6/1
(1).开展新型耐热钢合金化机理、力学性能、强韧化机 理、高温持久强度、抗烟气腐蚀、抗蒸汽氧化及寿 命评估方面的研究工作。
(2).开展新型耐热钢，经过长期高温运行后，钢材显微 组织及性能变化规律的研究。
(3).开展新型耐热钢异种钢焊接接头早期失效机理研究。 (4).进一步研究和掌握P91钢管的合金化、强韧性强化
2020/6/1
二、USC机组是我国火电发展的必然趋势
电力是一种应用广泛，使用方便的清洁能源。 电力是二次能源，它是由煤炭、石油、天然气、 水利、核能以及风力等转换而成的。电力在终 端能源总构成中所占的比例已成为衡量一个国 家现代化程度的重要标志。
2020/6/1
我国一次能源结构的特点是:“富煤、贫油、少 气”，我国能源以煤碳为主，我国煤炭消费占 一次能源的70%，远高于世界平均约30%的水 平。预计全国发电装机容量到2020年为18亿 千瓦，其中火电将从目前占总容量的75%左右， 下降为66%，水电占22.7%，核电、风电等新 能源约占11.3%。
2020/6/1
5.1 欧盟AD700超超临界技术开发项目
欧盟1998年启动700℃级先进蒸汽参数的超超临界技术 开发项目“AD700计划”，该项目的目标是：
(1)研发、设计和示范先进蒸汽参数超超临界煤粉炉技术， 使蒸汽参数达到37.5MPa/700/720℃；
(2)AD700超超临界机组的净效率要达到52-55%，在当 前最先进的超超临界机组效率的基础上 （30.0MPa/600/600℃，净效率47%）实现更进一步 降低标准煤耗和CO2排放各15%的目标；
(7)同时开展与T/P91、T/P92、A213M-S30432 （Super304H）、TP310HCbN(HR3C)钢相 匹配的焊接材料的国产化开发工作。
2020/6/1
(8) 焊接及热处理是保证火电建设质量和发电设备安全 运行的重要基础专业，目前我国已开始大力发展的 SC、USC火力发电机组，所采用的新型耐热钢与传 统的低合金耐热钢有质的区别。广大电站焊接工作 者必须转变几十年来焊接传统的低合金耐热钢形成 的观念。需要对这种新型耐热钢的强化机理、焊接 性、焊接工艺、热处理工艺、检验方法、焊工培训 及焊接管理等方面进行深入的研究和实践，加大电 站焊接科研力度，加大对焊接及相关专业人员的技 术培训，进一步提高专业技术素质，以保证我国电 力发展目标的实现。
P91 Al672B70CL32
P92/P122/E911 A691Cr1-1/4CL22
再热热段 给水管道
P91 WB36
P91/P92 WB36
2020/6/1
为了更好的发展SC、USC机组，在大量引进 国外先进的新型耐热钢的过程中，要加快国产 新型耐热钢的开发，为了确保USC机组的稳步 发展，应开展以下几方面的试验研究工作。
关键词：超超临界 国产化 新型耐热钢 焊接材料
2020/6/1
一、概述
我国是全球除美国以外的第二大电力生产国与 电力消费国。2011年，我国用电量持续增长， 电力规模继续增大，结构有所改善，质量和技 术水平进一步提高，节能减排成效显著。截至 2011年底，全年全国发电量47217亿千瓦时， 发电装机容量达到10.56亿千瓦；其中，火电 装机容量7.65亿千瓦，水电装机容量2.30亿千 瓦，核电装机容量1250万千瓦，风电并网装 机容量4505万千瓦。
2020/6/1
五、开展对700℃超超临界新型耐热钢的 研究
虽然目前我国600℃超超临界发电技术和建成 的机组均达到国际水平，但我们必须注意的是， 我国超超临界发电技术比发达国家起步晚十年， 目前世界发达国家的超超临界技术正在向更高 水平发展。日本、美国及欧洲等工业发达国家 制订了一系列的超超临界火电技术的中长期发 展计划，积极开发34.3MPa/650℃以及 40MPa/700℃新钢种系列，使超超临界机组朝 着更高参数的技术方向发展。
2020/6/1
从以上电源结构发展情况可以看出，火电比重 随核电、可再生能源比重的增加而减少，但到 2020年前，我国以火电为主的电源结构不会 发生根本改变，火电将在相当长时期内占据主 导地位。
由于我国一次能源以煤炭为主，所以我国的能 源发展政策是煤为主体，电为中心，保障社会 经济的可持续发展。
从技术难度和现实性看，SC和USC配以常规 的烟气净化装置已公认是一种洁净煤发电技术， 是优化煤电结构的主要方向。符合当前中国的 实际情况。所以超（超）临界机组是我国火电 机组的主要发展方向。
2020/6/1
国家科技部863计划“超超临界燃煤发电技术” 课题研究结论：推荐现阶段我国发展超超临界 机组，其参数为P=25MPa~28MPa，T＝ 600℃ /600℃ ，一次再热。
2020/6/1
优化发展煤电，提高火电机组效率、减少污染 的洁净煤发电技术有：循环流化床（CFBC）、 增压流化床（PFBC）、整体煤气化联合循环 （IGCC）及超临界（SC）与超超临界 （USC）。但是，CFBC、PFBC、IGCC等技 术处于试验或示范阶段，在我国近期广泛发展 是不现实的。
2020/6/1
完善600℃、开发700℃超超临界机组 用国产新型耐热钢及其焊接材料
2020/6/1
摘要：
本文简要概述了中国电力工业发展的现状，论述了超 超临界（USC）技Байду номын сангаас是未来我国火电机组的主要发展 方向。指出了发展超超临界机组的关键技术之一是金 属材料和焊接材料耐高温、高压及焊接和热处理问题。 完善600℃、开发700℃超超临界机组用国产新型耐热 钢及其焊接材料，使超超临界发电技术成为我国火电 发展的主流和强项。
2020/6/1
四、完善600℃USC机组的关键技术—— 新型耐热钢的开发、焊接及热处理
USC机组就是通过提高火电机组锅炉蒸汽温度、 压力参数提高机组效率，特别是温度参数对效 率的影响更为显著，而提高蒸汽参数遇到的主 要关键技术是金属材料及焊接材料的耐高温、 高压及焊接和热处理问题。
2020/6/1
2020/6/1
我国电力发展的基本方针是:提高能源效率， 保护生态环境，加强电网建设，大力开发水电， 优化发展煤电，安全、高效发展核电，适度发 展天然气发电，鼓励新能源发电。优化发展煤 电，主要是提高燃煤发电机组的效率和减少污 染物的排放。
2020/6/1
发展燃煤发电机组，烟气排放中会有更多的 SOx、 Nox和CO2，并排出大量的灰渣和污水。 给人类带来四大环境问题：温室效应、酸雨、 臭氧层破坏和大气污染。
承压部件 超临界
超超临界
水冷壁
T1, T2, T11
T1, T2, T11；T23/T24
过热器 再热器
T12, T22,T23, T91, T12,T22,T23, T91,T92,TP310HCbN(HR3C)、 TP304H, TP347H A213M-S30432(SUPER304H)
主汽 再热冷段
2020/6/1
进入21世纪，中国加大了超超临界发电技术的 开发力度，加快了超超临界发电机组的建设步 伐。原国家电力公司在2000年针对当时国际 上燃煤发电技术的发展趋势，并结合我国的具 体国情提出“超超临界燃煤发电技术”课题。
2020/6/1
课题研究的目的是：在立足于通过国际市场采 购已商业化的耐热金属材料的基础上确定我国 建设超超临界机组的技术路线，推动我国发电 行业的技术升级。该项目获得了国家科技部和 国家发改委的支持，科研项目被列入国家“十 五”高科技计划（863计划）。华能玉环工程 被列为依托工程。
我国在运的33台1000MWUSC机组的实践， 已充分证明了，我国大力发展USC机组的必然 性和正确性
2020/6/1
三、我国超超临界机组的发展现状
超超临界火电机组是世界上成熟先进的发电技 术，目前主蒸汽/再热气温度为600℃的超超临 界机组供电效率可达44~45%，在经济发达国 家中广泛应用并得到了显著的节能和减少污染 的效果，并且正进一步向更高参数方向发展。
2020/6/1
截止到2011年底，在运行的1000MV超超临界 机组已达40余台，中国已经成为世界上拥有超 超临界机组最多的国家。也因此是积累超超临 界机组的设计、制造、安装和运行经验丰富的 国家。
2020/6/1
虽然我国超超临界机组取得了举世瞩目的发展， 但国内制造企业技术创新的瓶颈仍然明显，主 要表现在超超临界机组用高温高强度钢材及焊 接材料国产化研制和应用性研究工作薄弱，超 超临界机组600℃等级新型耐热钢及焊接材料 尚未完全实现国产化，目前部分还依赖进口， 价格居高不下和货源紧缺制约超超临界机组发 展。
2020/6/1
表二为欧盟AD700 1000MWe超超临界机组设 计参数。由表可见，该项目有冷水塔冷却和海 水冷却两个方案，如果采用欧洲北海的只有 10℃的海水冷却，则净效率可达55%。
2020/6/1
表二 欧盟AD700 1000MWe超超临界机组 设计参数
参数 总功率 主蒸汽参数 再热蒸汽参数 冷凝器压力 冷却水温度 最后给水温度 环境空气温度 汽轮机热耗 发电机效率 辅机电耗 电厂净效率
2020/6/1
电力装机容量和全年发电量均占世界第二位， 这标志着我国电力工业上了一个新台阶。我国 电力工业取得了举世瞩目的成就，有力地支撑 了国民经济快速健康发展对电力的需求。
2020/6/1
2011年，全国在运百万千瓦超超临界火电机组已经达 到40余台。其中宁夏灵武电厂二期工程百万千瓦机组 是世界上首个百万千瓦超超临界空气冷却发电机组项 目，将促进我国富煤、贫水地区电力工业的可持续发 展。虽然我国USC机组的发展取得了举世瞩目的发展， 但USC机组用高温高强度钢材、焊材国产化研制和应 用性能研究工作薄弱，因此，完善600℃、开发700℃ 超超临界机组用钢和焊材及其性能随温度、使用时间、 变化规律的研究，已成为发展 USC技术的关键。
单位 MWe ℃/MPa ℃/MPa kPa ℃ ℃ ℃ kJ/kWh % MWe %
2020/6/1
(3)开发出合格的适合于AD700机组蒸汽参数的先进镍基 锅炉和汽轮机材料并改进现有的奥氏体和铁素体钢。
2020/6/1
(4)镍基合金的研发，目标是700℃、105h的蠕 变强度大于100Mpa。700℃-750℃条件下进 行的新材料试验，包括强度、蠕变特性、脆性、 抗氧化性能等。
目前AD700计划已经进入工业试验阶段，预计在 2020年前，700℃参数超超临界机组将投入商 业运行。
机理和生产制造、热处理工艺，使国产P91钢管质量 稳定，完善管径、壁厚、品种、规格，形成批量生 产。
2020/6/1
(5)开展T/P92钢材的国产化的基础研究，生产制 造工艺的试验。尽快实现国产化。
(6)加速A213M-S30432（Super304H）、 TP310HCbN(HR3C)钢国产化的生产制造和 挂炉试用工作。
2020/6/1
从2003年起，我国发电设备制造企业与国外 制造商合作，引进大型超超临界火电机组技术。 上海、哈尔滨和东方三大动力集团分别从西门 子、三菱以及日立公司等引进了超超临界技术。 2006年11月、12月采用引进技术生产的 1000MV超超临界火电机组分别在玉环电厂、 邹县电厂成功投运，标志着我国电力设备的制 造水平跨上了一个新的高度。
2020/6/1
根据我国的现实情况，实现超超临界机组技术 再创新，增强国内制造业的核心竞争力仍是当 务之急。应在消化吸收引进技术的同时，加强 国内自主创新的支持力度，重点解决新型耐热 钢的国产化等核心技术问题，逐步形成具有我 国特色的、具有自主知识产权的超超临界成套 设备设计制造技术，具备产品自主优化和自主 升级能力。
我国正在建设的USC机组大量采用的新型铁素 体耐热钢为SA213-T23、T91、T92；SA335P91、P92、P122及新型奥氏体耐热钢为 A213M-S30432(SUPER304H)、 TP310HCbN(HR3C)。SC/USC锅炉承压部件 用钢选择。如表一
2020/6/1
表一 SC/USC锅炉承压部件用钢
(1).开展新型耐热钢合金化机理、力学性能、强韧化机 理、高温持久强度、抗烟气腐蚀、抗蒸汽氧化及寿 命评估方面的研究工作。
(2).开展新型耐热钢，经过长期高温运行后，钢材显微 组织及性能变化规律的研究。
(3).开展新型耐热钢异种钢焊接接头早期失效机理研究。 (4).进一步研究和掌握P91钢管的合金化、强韧性强化
2020/6/1
二、USC机组是我国火电发展的必然趋势
电力是一种应用广泛，使用方便的清洁能源。 电力是二次能源，它是由煤炭、石油、天然气、 水利、核能以及风力等转换而成的。电力在终 端能源总构成中所占的比例已成为衡量一个国 家现代化程度的重要标志。
2020/6/1
我国一次能源结构的特点是:“富煤、贫油、少 气”，我国能源以煤碳为主，我国煤炭消费占 一次能源的70%，远高于世界平均约30%的水 平。预计全国发电装机容量到2020年为18亿 千瓦，其中火电将从目前占总容量的75%左右， 下降为66%，水电占22.7%，核电、风电等新 能源约占11.3%。
2020/6/1
5.1 欧盟AD700超超临界技术开发项目
欧盟1998年启动700℃级先进蒸汽参数的超超临界技术 开发项目“AD700计划”，该项目的目标是：
(1)研发、设计和示范先进蒸汽参数超超临界煤粉炉技术， 使蒸汽参数达到37.5MPa/700/720℃；
(2)AD700超超临界机组的净效率要达到52-55%，在当 前最先进的超超临界机组效率的基础上 （30.0MPa/600/600℃，净效率47%）实现更进一步 降低标准煤耗和CO2排放各15%的目标；
(7)同时开展与T/P91、T/P92、A213M-S30432 （Super304H）、TP310HCbN(HR3C)钢相 匹配的焊接材料的国产化开发工作。
2020/6/1
(8) 焊接及热处理是保证火电建设质量和发电设备安全 运行的重要基础专业，目前我国已开始大力发展的 SC、USC火力发电机组，所采用的新型耐热钢与传 统的低合金耐热钢有质的区别。广大电站焊接工作 者必须转变几十年来焊接传统的低合金耐热钢形成 的观念。需要对这种新型耐热钢的强化机理、焊接 性、焊接工艺、热处理工艺、检验方法、焊工培训 及焊接管理等方面进行深入的研究和实践，加大电 站焊接科研力度，加大对焊接及相关专业人员的技 术培训，进一步提高专业技术素质，以保证我国电 力发展目标的实现。
P91 Al672B70CL32
P92/P122/E911 A691Cr1-1/4CL22
再热热段 给水管道
P91 WB36
P91/P92 WB36
2020/6/1
为了更好的发展SC、USC机组，在大量引进 国外先进的新型耐热钢的过程中，要加快国产 新型耐热钢的开发，为了确保USC机组的稳步 发展，应开展以下几方面的试验研究工作。
关键词：超超临界 国产化 新型耐热钢 焊接材料
2020/6/1
一、概述
我国是全球除美国以外的第二大电力生产国与 电力消费国。2011年，我国用电量持续增长， 电力规模继续增大，结构有所改善，质量和技 术水平进一步提高，节能减排成效显著。截至 2011年底，全年全国发电量47217亿千瓦时， 发电装机容量达到10.56亿千瓦；其中，火电 装机容量7.65亿千瓦，水电装机容量2.30亿千 瓦，核电装机容量1250万千瓦，风电并网装 机容量4505万千瓦。
2020/6/1
五、开展对700℃超超临界新型耐热钢的 研究
虽然目前我国600℃超超临界发电技术和建成 的机组均达到国际水平，但我们必须注意的是， 我国超超临界发电技术比发达国家起步晚十年， 目前世界发达国家的超超临界技术正在向更高 水平发展。日本、美国及欧洲等工业发达国家 制订了一系列的超超临界火电技术的中长期发 展计划，积极开发34.3MPa/650℃以及 40MPa/700℃新钢种系列，使超超临界机组朝 着更高参数的技术方向发展。
2020/6/1
从以上电源结构发展情况可以看出，火电比重 随核电、可再生能源比重的增加而减少，但到 2020年前，我国以火电为主的电源结构不会 发生根本改变，火电将在相当长时期内占据主 导地位。
由于我国一次能源以煤炭为主，所以我国的能 源发展政策是煤为主体，电为中心，保障社会 经济的可持续发展。
从技术难度和现实性看，SC和USC配以常规 的烟气净化装置已公认是一种洁净煤发电技术， 是优化煤电结构的主要方向。符合当前中国的 实际情况。所以超（超）临界机组是我国火电 机组的主要发展方向。
2020/6/1
国家科技部863计划“超超临界燃煤发电技术” 课题研究结论：推荐现阶段我国发展超超临界 机组，其参数为P=25MPa~28MPa，T＝ 600℃ /600℃ ，一次再热。
2020/6/1
优化发展煤电，提高火电机组效率、减少污染 的洁净煤发电技术有：循环流化床（CFBC）、 增压流化床（PFBC）、整体煤气化联合循环 （IGCC）及超临界（SC）与超超临界 （USC）。但是，CFBC、PFBC、IGCC等技 术处于试验或示范阶段，在我国近期广泛发展 是不现实的。
2020/6/1
完善600℃、开发700℃超超临界机组 用国产新型耐热钢及其焊接材料
2020/6/1
摘要：
本文简要概述了中国电力工业发展的现状，论述了超 超临界（USC）技Байду номын сангаас是未来我国火电机组的主要发展 方向。指出了发展超超临界机组的关键技术之一是金 属材料和焊接材料耐高温、高压及焊接和热处理问题。 完善600℃、开发700℃超超临界机组用国产新型耐热 钢及其焊接材料，使超超临界发电技术成为我国火电 发展的主流和强项。
2020/6/1
四、完善600℃USC机组的关键技术—— 新型耐热钢的开发、焊接及热处理
USC机组就是通过提高火电机组锅炉蒸汽温度、 压力参数提高机组效率，特别是温度参数对效 率的影响更为显著，而提高蒸汽参数遇到的主 要关键技术是金属材料及焊接材料的耐高温、 高压及焊接和热处理问题。
2020/6/1
2020/6/1
我国电力发展的基本方针是:提高能源效率， 保护生态环境，加强电网建设，大力开发水电， 优化发展煤电，安全、高效发展核电，适度发 展天然气发电，鼓励新能源发电。优化发展煤 电，主要是提高燃煤发电机组的效率和减少污 染物的排放。
2020/6/1
发展燃煤发电机组，烟气排放中会有更多的 SOx、 Nox和CO2，并排出大量的灰渣和污水。 给人类带来四大环境问题：温室效应、酸雨、 臭氧层破坏和大气污染。
承压部件 超临界
超超临界
水冷壁
T1, T2, T11
T1, T2, T11；T23/T24
过热器 再热器
T12, T22,T23, T91, T12,T22,T23, T91,T92,TP310HCbN(HR3C)、 TP304H, TP347H A213M-S30432(SUPER304H)
主汽 再热冷段
2020/6/1
进入21世纪，中国加大了超超临界发电技术的 开发力度，加快了超超临界发电机组的建设步 伐。原国家电力公司在2000年针对当时国际 上燃煤发电技术的发展趋势，并结合我国的具 体国情提出“超超临界燃煤发电技术”课题。
2020/6/1
课题研究的目的是：在立足于通过国际市场采 购已商业化的耐热金属材料的基础上确定我国 建设超超临界机组的技术路线，推动我国发电 行业的技术升级。该项目获得了国家科技部和 国家发改委的支持，科研项目被列入国家“十 五”高科技计划（863计划）。华能玉环工程 被列为依托工程。
我国在运的33台1000MWUSC机组的实践， 已充分证明了，我国大力发展USC机组的必然 性和正确性
2020/6/1
三、我国超超临界机组的发展现状
超超临界火电机组是世界上成熟先进的发电技 术，目前主蒸汽/再热气温度为600℃的超超临 界机组供电效率可达44~45%，在经济发达国 家中广泛应用并得到了显著的节能和减少污染 的效果，并且正进一步向更高参数方向发展。
2020/6/1
截止到2011年底，在运行的1000MV超超临界 机组已达40余台，中国已经成为世界上拥有超 超临界机组最多的国家。也因此是积累超超临 界机组的设计、制造、安装和运行经验丰富的 国家。
2020/6/1
虽然我国超超临界机组取得了举世瞩目的发展， 但国内制造企业技术创新的瓶颈仍然明显，主 要表现在超超临界机组用高温高强度钢材及焊 接材料国产化研制和应用性研究工作薄弱，超 超临界机组600℃等级新型耐热钢及焊接材料 尚未完全实现国产化，目前部分还依赖进口， 价格居高不下和货源紧缺制约超超临界机组发 展。
2020/6/1
表二为欧盟AD700 1000MWe超超临界机组设 计参数。由表可见，该项目有冷水塔冷却和海 水冷却两个方案，如果采用欧洲北海的只有 10℃的海水冷却，则净效率可达55%。
2020/6/1
表二 欧盟AD700 1000MWe超超临界机组 设计参数
参数 总功率 主蒸汽参数 再热蒸汽参数 冷凝器压力 冷却水温度 最后给水温度 环境空气温度 汽轮机热耗 发电机效率 辅机电耗 电厂净效率
2020/6/1
电力装机容量和全年发电量均占世界第二位， 这标志着我国电力工业上了一个新台阶。我国 电力工业取得了举世瞩目的成就，有力地支撑 了国民经济快速健康发展对电力的需求。
2020/6/1
2011年，全国在运百万千瓦超超临界火电机组已经达 到40余台。其中宁夏灵武电厂二期工程百万千瓦机组 是世界上首个百万千瓦超超临界空气冷却发电机组项 目，将促进我国富煤、贫水地区电力工业的可持续发 展。虽然我国USC机组的发展取得了举世瞩目的发展， 但USC机组用高温高强度钢材、焊材国产化研制和应 用性能研究工作薄弱，因此，完善600℃、开发700℃ 超超临界机组用钢和焊材及其性能随温度、使用时间、 变化规律的研究，已成为发展 USC技术的关键。
单位 MWe ℃/MPa ℃/MPa kPa ℃ ℃ ℃ kJ/kWh % MWe %
2020/6/1
(3)开发出合格的适合于AD700机组蒸汽参数的先进镍基 锅炉和汽轮机材料并改进现有的奥氏体和铁素体钢。
2020/6/1
(4)镍基合金的研发，目标是700℃、105h的蠕 变强度大于100Mpa。700℃-750℃条件下进 行的新材料试验，包括强度、蠕变特性、脆性、 抗氧化性能等。
目前AD700计划已经进入工业试验阶段，预计在 2020年前，700℃参数超超临界机组将投入商 业运行。
机理和生产制造、热处理工艺，使国产P91钢管质量 稳定，完善管径、壁厚、品种、规格，形成批量生 产。
2020/6/1
(5)开展T/P92钢材的国产化的基础研究，生产制 造工艺的试验。尽快实现国产化。
(6)加速A213M-S30432（Super304H）、 TP310HCbN(HR3C)钢国产化的生产制造和 挂炉试用工作。
2020/6/1
从2003年起，我国发电设备制造企业与国外 制造商合作，引进大型超超临界火电机组技术。 上海、哈尔滨和东方三大动力集团分别从西门 子、三菱以及日立公司等引进了超超临界技术。 2006年11月、12月采用引进技术生产的 1000MV超超临界火电机组分别在玉环电厂、 邹县电厂成功投运，标志着我国电力设备的制 造水平跨上了一个新的高度。
2020/6/1
根据我国的现实情况，实现超超临界机组技术 再创新，增强国内制造业的核心竞争力仍是当 务之急。应在消化吸收引进技术的同时，加强 国内自主创新的支持力度，重点解决新型耐热 钢的国产化等核心技术问题，逐步形成具有我 国特色的、具有自主知识产权的超超临界成套 设备设计制造技术，具备产品自主优化和自主 升级能力。
我国正在建设的USC机组大量采用的新型铁素 体耐热钢为SA213-T23、T91、T92；SA335P91、P92、P122及新型奥氏体耐热钢为 A213M-S30432(SUPER304H)、 TP310HCbN(HR3C)。SC/USC锅炉承压部件 用钢选择。如表一
2020/6/1
表一 SC/USC锅炉承压部件用钢