超超临界机组主蒸汽管道材料性能比较
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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℃。
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。
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。
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。
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。
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。
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。