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(jì)的蒸汽參數(shù)，輸出至汽輪機(jī)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(jì)確定蒸汽參數(shù)第二次送至汽輪機(jī)做功（有的機(jī)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(jì)確定蒸汽參數(shù)，第三次送回汽輪機(jī)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(chǔ)煤裝置送至磨煤機(jī)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(jī)組的單機(jī)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(jī)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(jī)組蒸汽參數(shù)和效率的提高。

火電機(jī)組積極提高蒸汽參數(shù)主要因?yàn)檎羝麉?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(jī)組定義為超超臨界機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)組。表2是火電機(jī)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(qiáng)度，即有較高的屈服極限和強(qiáng)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(shí)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(diǎn)；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(qiáng)度、持久強(qiáng)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(yùn)行的高溫部件材料要求具有良好的高溫強(qiáng)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(jī)組中占有相當(dāng)?shù)谋壤１硭氖俏覈?000MW超超臨界機(jī)組所需新型管材比例。