電站用高壓鍋爐管的要求

高壓鍋爐用鋼管，是用于電站制造的重要原材料。高壓鍋爐管技術(shù)要求高，品種規(guī)格多，生產(chǎn)難度大。高壓鍋爐鋼管主要用于制造電站鍋爐的水冷壁、省煤器、過熱器、再熱器以及聯(lián)接各部件的汽、水連接管道。

電站鍋爐工作原理：

水汽循環(huán)：新水經(jīng)凝汽器除氧器送至由煙道余熱加熱的省煤器進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后的水送到水冷壁，汽包、下降管、集箱成的加熱系統(tǒng)，加熱形成的蒸汽,經(jīng)汽包汽水分離后,水經(jīng)下降管再進(jìn)入水冷壁加熱,水蒸汽則引入過熱器，在爐膛熱的部分加熱至設(shè)計的蒸汽參數(shù)，輸出至汽輪機次做功。做功后的低溫蒸汽返送回鍋爐，在再熱器的加熱下，再次加熱至設(shè)計確定蒸汽參數(shù)第二次送至汽輪機做功（有的機組為進(jìn)一步提高效率，將第二次做功后的低溫蒸汽，再送回再熱器加熱至設(shè)計確定蒸汽參數(shù)，第三次送回汽輪機組做功）。做功后的蒸汽送至凝汽器凝結(jié)為水，再次返送回省煤器形成循環(huán)。

煤的燃燒：原煤由儲煤裝置送至磨煤機磨成煤粉，空氣經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱后與煤粉一起，由燒嘴噴入爐膛燃燒，燃燒后的煤灰由爐膛下的灰斗收集后經(jīng)沖灰裝置排出。

從電站鍋爐技術(shù)的發(fā)展來看，隨著電站鍋爐從亞臨界發(fā)展到超臨界、超超臨界，主力機組的單機容量也從12.5萬千瓦、20萬千瓦、30萬千瓦，發(fā)展到60萬千瓦、80萬千瓦、100萬千瓦。由于對發(fā)電機組的能耗、環(huán)保的要求是越來越高,所以,對高壓鍋爐管的要求也是越來越高,火電發(fā)展的歷程表明，是高溫用管的材料的發(fā)展，決定了火電機組蒸汽參數(shù)和效率的提高。

火電機組積極提高蒸汽參數(shù)主要因為蒸汽參數(shù)的提高具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，燃料節(jié)約明顯，其次是CO2排放明顯減少。通常國際上將主蒸汽出口壓力大于22.0Mpa為超臨界壓力鍋爐，主蒸汽出口壓力在28Mpa以上或主汽、再熱汽溫在580°C以上的機組定義為超超臨界機組。資料表明，從中參數(shù)（3.5Mpa，435°C）提高到高參數(shù)（9Mpa，535°C）可節(jié)約燃料12%-15%，提高到超高參數(shù)并一次中間再加熱（13.5Mpa，535°C/535°C），可節(jié)約燃料8%。提高到超臨界參數(shù)并一次中間再加熱（24Mpa，550°C/550°C）可再節(jié)約燃料8%，由24Mpa，565°C/565°C提高到30Mpa，600°C/600°C，相對效率還可提高4.5%，改成二次中間再熱，即30Mpa，600°C/600°C/600°C，還可提高2%，。因此，現(xiàn)有電站鍋爐提高蒸汽參數(shù)還是有相當(dāng)潛力的。歐洲AD700及美國DOE/OCDO課題的主要任務(wù)，就是解決700°C高溫下的材料問題。

目前新型耐熱材料的研究主要還是在日本、歐洲、美國進(jìn)行。美國在上世紀(jì)五十年代末到六十年代發(fā)展的超臨界參數(shù)火電機組曾因高溫用管材料問題而退回到亞臨界參數(shù)。上世紀(jì)八十年代由于91鋼的使用而使得超臨界參數(shù)火電機組得以發(fā)展，上世紀(jì)九十年代的92鋼的成功應(yīng)用而使得超超臨界參數(shù)火電機組得以發(fā)展。近，使用新型鎳基合金材料使得蒸汽參數(shù)700°C/720°C的先進(jìn)超臨界參數(shù)火電機組得以產(chǎn)生。中國也在電力工業(yè)“十二五規(guī)劃”中明確要求將主要建設(shè)超超臨界參數(shù)機組。表2是火電機組關(guān)鍵高溫部件用材的比較。表3是目前我國使用的主要管材標(biāo)準(zhǔn)和主要鋼種。

電站鍋爐對高壓鍋爐管的要求很高，通常要求鋼管具有足夠的強度，即有較高的屈服極限和強度極限，以保證安全性和經(jīng)濟(jì)性；要求具有良好的韌性，以保證在承受外力加載荷時不發(fā)生脆性破壞；要求具有良好的加工工藝性能，包括冷熱加工成型性能和焊接性能。具有良好的低倍組織和表面質(zhì)量，不允許有裂紋和白點；用于高溫元件的材料應(yīng)具有良好的高溫性能，包括足夠的蠕變強度、持久強度和持久塑性，有良好的高溫組織穩(wěn)定性和高溫抗氧化性等。

電站鍋爐在高溫高壓下運行的高溫部件材料要求具有良好的高溫強度和優(yōu)異的抗氧化性等，這種新型材料的高壓鍋爐鋼管在超超臨界機組中占有相當(dāng)?shù)谋壤?。表四是我?000MW超超臨界機組所需新型管材比例。