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1、TPRI-火力发电厂主要汽水管道 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望要我讲的主要内容n n我国及世界上电力行业在材料上的最新研制、生产及发展概况n n1000MW机组中四大管道材质的应用n n我国各汽轮机厂、锅炉厂针对1000MW超超临界机组在本体设备中新材料的应用及特点n n管道蠕变温度上、下应力分析及验算第一部分我国及世界上电力行业在材料上的最新研制、生产及发展概况1.1.我国火力发电机组的发展历史2.2.我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾
2、及用材的发展3.3.我国及世界上电力行业在材料上的最新研制、生产及发展1.我国火力发电机组的发展历史n n中参数机组n n高压机组 n n超高压机组 n n亚临界参数机组 n n引进型超临界参数机组 n n国产超临界机组 n n超超临界机组的发展 中国火电机组参数系列及典型容量表蒸汽参数蒸汽参数类类别别锅锅炉出口蒸汽参数炉出口蒸汽参数设计设计煤耗煤耗(g/KW Wh)h)电电厂效率厂效率(%)机机组组容量容量(MW)主汽温主汽温()主汽主汽压压 MPa再再热热汽温汽温()()低低压压4002.55/0.75,1.5,3中中压压4503.92/579-48025.95,12,25次高次高压压48
3、55.29/12,25高高压压5409.9/452-40933.250,100超高超高压压54013.83540333-32737.2125(135),200亚临亚临界界54018.2754031039.7300,600超超临临界界54826.7574295 41.760057626.7574290 0 41.7600,900超超超超临临界界61027.66084510001.我国火力发电机组的发展历史n n 亚临界参数机组。亚临界参数机组。18.27MPa/540 18.27MPa/540 /540 /540 300MW300MW和和600MW600MW机组，从美国引进技术制造，机组，从美国
4、引进技术制造，中间再热，有四大汽水管道。中间再热，有四大汽水管道。n n 超临界参数机组。进口机组。包括从欧美引进并超临界参数机组。进口机组。包括从欧美引进并已运行的已运行的600MW600MW机组和已建成投产的机组和已建成投产的900MW900MW机机组；以及从原苏联和俄罗斯引进的组；以及从原苏联和俄罗斯引进的300MW300MW、500MW500MW和和800MW800MW火电机组。均为直流锅炉，中火电机组。均为直流锅炉，中间再热，有四大汽水管道。间再热，有四大汽水管道。n n 国产超临界机组的现况。有两种参数类型，主国产超临界机组的现况。有两种参数类型，主汽压力已超过汽压力已超过22.1
5、2MPa22.12MPa，再热蒸汽温度为，再热蒸汽温度为574 574 ，但主汽温温度不同：，但主汽温温度不同：548 548 和和576 576 。1.我国火力发电机组的发展历史 超超临界机组的发展n n定义：我国，蒸汽压力超过定义：我国，蒸汽压力超过27MPa27MPa者者 日本，蒸汽温度超过日本，蒸汽温度超过593 593 者者者者n n世界：从上世世界：从上世纪纪八十年代开始，超超八十年代开始，超超临临界机界机组组由由于新材料的研究已有于新材料的研究已有飞飞速速发发展，改展，改变变了机了机组组蒸汽蒸汽温度温度长长期保持在期保持在540-570540-570 的局面的局面n n中国：目前
6、我国在建的中国：目前我国在建的总总数数约约1010台台1000MW1000MW超超超超临临界机界机组组参数参数为为27MPa/605 27MPa/605 /603 /603 ，已达，已达到世界的本世到世界的本世纪纪初最先初最先进进水平水平2.我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾及用材的发展n n我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾 n n到目前为止的主要汽水管道用钢的主要变化 n n随机组参数提高而用材改变随机组参数提高而用材改变 n n随商贸变化而用材变化随商贸变化而用材变化n n对亚临界机组的进一合步节省材料的变化对亚临界机组的进一合步节省材料的变化 n n超临界机组和超超临界
7、机组主要汽水管道用材的超临界机组和超超临界机组主要汽水管道用材的发展发展 2.2.我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾及用材的发展及用材的发展我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾 1956-601956-60年代年代n nS Smm设计公式设计公式 S Smm=PD=PDww/(230+P)+(1)/(230+P)+(1)式中：式中：PP设计压力设计压力 D Dww钢管公称外径钢管公称外径 钢管在设计温度下的许用应力钢管在设计温度下的许用应力 附加壁厚附加壁厚n n设计温度按机组额定温度加设计温度按
8、机组额定温度加1010选取。选取。n n钢管的许用应力值主要考虑以设计温度下的钢管的许用应力值主要考虑以设计温度下的100000h100000h持持久强度平均值除以久强度平均值除以1.651.65的安全系数取得的安全系数取得。2.2.我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾及用材的发展及用材的发展我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾 主要特点主要特点n n机组容量较小，结构上无中间再热，绝大部分是母管制电机组容量较小，结构上无中间再热，绝大部分是母管制电厂厂n n机组参数机组参数 510510，9.9M
9、Pa9.9MPa 540 540，9.9MPa9.9MPa 570 570，13.83MPa13.83MPa(北京热电厂北京热电厂7 7号炉号炉)n n所用汽水管道钢管均为热轧外径管所用汽水管道钢管均为热轧外径管 510 510 主汽管主汽管12CrMo12CrMo，母管，母管15CrMo15CrMo 540 540主汽管、母管均为主汽管、母管均为12Cr1MoV12Cr1MoV 由于当时冶金水平，钢中由于当时冶金水平，钢中P P、S S含量较高含量较高2.2.我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾及用材的发展及用材的发展我国火力发电机组主要汽水管
10、道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾 上世纪上世纪上世纪上世纪6060年代后期到年代后期到年代后期到年代后期到7070年代年代年代年代 n nS Smm设计公式设计公式 S Smm=PD=PDww/(200+P)/(200+P)(2)(2)式中：式中：PP设计压力，设计压力，kgf/ckgf/c D Dww钢管外径，钢管外径，mmmm 钢管在设计温度钢管在设计温度t t下的基本许用应力，下的基本许用应力，kgf/c kgf/c 基本许用应力的修正系数，对无缝钢管基本许用应力的修正系数，对无缝钢管=1.0=1.0 附加壁厚，附加壁厚，mmmmn n设计温度按机组锅炉出口额定
11、温度加设计温度按机组锅炉出口额定温度加5 5选取选取n n钢的许用应力值主要考虑以设计温度下的钢的许用应力值主要考虑以设计温度下的100000h100000h持久持久强度平均值除以强度平均值除以1.51.5的安全系数取得的安全系数取得2.2.我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾及用材的发展及用材的发展我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾上世纪上世纪上世纪上世纪6060年代后期到年代后期到年代后期到年代后期到7070年代年代年代年代主要特点主要特点主要特点主要特点n n机组容量增大，有中间再热，成为四
12、大汽水管道机组容量增大，有中间再热，成为四大汽水管道机组容量增大，有中间再热，成为四大汽水管道机组容量增大，有中间再热，成为四大汽水管道 125MW 125MW，200MW200MW，300MW300MW火电机组，管系火电机组，管系火电机组，管系火电机组，管系半容量双管制半容量双管制半容量双管制半容量双管制n n蒸汽参数：蒸汽参数：蒸汽参数：蒸汽参数：200MW-540200MW-540，13.83MPa13.83MPa 125MW-555 125MW-555，13.83MPa13.83MPa 国产国产国产国产300MW-570300MW-570，16.77MPa16.77MPan n因高温钢
13、管材料存在强度不足的问题，因高温钢管材料存在强度不足的问题，因高温钢管材料存在强度不足的问题，因高温钢管材料存在强度不足的问题，125MW125MW和和和和300MW300MW蒸汽温蒸汽温蒸汽温蒸汽温度以后均降为度以后均降为度以后均降为度以后均降为540540n n所用材料：当时西德所用材料：当时西德所用材料：当时西德所用材料：当时西德10CrMo91010CrMo910 X20CrMoWV121(X20CrMoV121)X20CrMoWV121(X20CrMoV121)St45.8 St45.8 当时西德按当时西德按当时西德按当时西德按YBYB生产生产生产生产12Cr1MoV 12Cr1Mo
14、V 2.2.我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾及用材的发展及用材的发展我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾 125MW，200MW以及以及300MW火电机组的四大管道尺寸表火电机组的四大管道尺寸表管道名称钢号机组管道钢管尺寸(公称外径公称壁厚，mm)备注125MW机组200MW机组300MW机组主蒸汽管道X20CrMoV12127320/355.640双管10CrMo910/355.550/再热蒸汽管道(热段)10CrMo910457(1820)508(1617.5)66040双管再热蒸汽管道(冷
15、段)St45.8/40610558.811.2609.616双管主给水管道St45.8/273(2830)355.6(3640)406.455双管2.2.我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾及用材的发展及用材的发展我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾上世纪上世纪上世纪上世纪7070年代末年代末年代末年代末-80-80年代年代年代年代引进美国亚临界引进美国亚临界引进美国亚临界引进美国亚临界300MW300MW，600MW600MW机组设计制造技术机组设计制造技术机组设计制造技术机组设计制造技术n n锅
16、炉出口蒸汽参数：锅炉出口蒸汽参数：锅炉出口蒸汽参数：锅炉出口蒸汽参数：540 540 /540 /540 /16.66MPa/16.66MPan n主汽管和热再热蒸汽管设计温度：主汽管和热再热蒸汽管设计温度：主汽管和热再热蒸汽管设计温度：主汽管和热再热蒸汽管设计温度：546 546 n n主汽管和热再热蒸汽管主汽管和热再热蒸汽管主汽管和热再热蒸汽管主汽管和热再热蒸汽管采用内径管采用内径管采用内径管采用内径管(有时有时有时有时600MW600MW主给水也用内径主给水也用内径主给水也用内径主给水也用内径管管管管)n n四大管道首次选用材料：主要美国四大管道首次选用材料：主要美国四大管道首次选用材料
17、：主要美国四大管道首次选用材料：主要美国ASTMASTM标准钢管材料标准钢管材料标准钢管材料标准钢管材料 主蒸汽管道：主蒸汽管道：主蒸汽管道：主蒸汽管道：ASTM A335 P22ASTM A335 P22 热再热蒸汽管道：热再热蒸汽管道：热再热蒸汽管道：热再热蒸汽管道：ASTM A335 P22ASTM A335 P22 冷再热蒸汽管道：冷再热蒸汽管道：冷再热蒸汽管道：冷再热蒸汽管道：ASTM A106B(300MW)ASTM A106B(300MW)ASTM A672-870(600MW)ASTM A672-870(600MW)主给水管道：主给水管道：主给水管道：主给水管道：St45.8(
18、300MW)St45.8(300MW)ASTM A106B(600MW)ASTM A106B(600MW)2.2.我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾及用材的发展及用材的发展我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾n n上世纪九十年代已完成的对上世纪九十年代已完成的对300MW300MW和和600MW600MW亚亚临界机组主要汽水管道管材的进一步优化：临界机组主要汽水管道管材的进一步优化：主蒸汽管道材料由主蒸汽管道材料由P91P91取代取代P22P22 主给水管道材料由主给水管道材料由15NiCuMoN
19、b5(WB36)15NiCuMoNb5(WB36)取代碳钢取代碳钢St45.8St45.8或或A106BA106B 再热蒸汽管道冷段由碳钢无缝钢管改变为直缝焊管再热蒸汽管道冷段由碳钢无缝钢管改变为直缝焊管-主要主要材料为材料为A672B70CL32A672B70CL32n n再热蒸汽管道热段材料仍保持为再热蒸汽管道热段材料仍保持为P22P22-相对于相对于P91P91该壁厚值较易于制造并成本较低该壁厚值较易于制造并成本较低n n经济效益经济效益(以上世纪九十年代初期价格计以上世纪九十年代初期价格计)-)-以一台以一台300MW300MW机组主要汽水管道为例，仅其钢管材料机组主要汽水管道为例，仅
20、其钢管材料费用可节省费用可节省35%35%2.2.我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾及用材的发展及用材的发展超临界机组主要汽水管道用材的发展超临界机组主要汽水管道用材的发展 机组容量机组容量机组容量机组容量-600MW-600MW主蒸汽管道设计温度主蒸汽管道设计温度主蒸汽管道设计温度主蒸汽管道设计温度-548-548 热再热蒸汽管道设计温度热再热蒸汽管道设计温度热再热蒸汽管道设计温度热再热蒸汽管道设计温度-576-576 管道名称管道名称钢管类别钢管类别钢管材料钢管材料主蒸汽管道主蒸汽管道无缝钢管内径管无缝钢管内径管A335 P91A335 P
21、91再热蒸汽管道热段再热蒸汽管道热段无缝钢管内径管无缝钢管内径管A335 P91A335 P91再热蒸汽管道冷段再热蒸汽管道冷段直缝焊管外径管直缝焊管外径管A672B70CL32A672B70CL32高压给水管道高压给水管道无缝钢管外径管无缝钢管外径管15NiCuMoNb5-15NiCuMoNb5-6-46-42.2.我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾及用材的发展及用材的发展超临界机组主要汽水管道用材的发展超临界机组主要汽水管道用材的发展机组容量机组容量机组容量机组容量-600MW-600MW主蒸汽管道设计温度主蒸汽管道设计温度主蒸汽管道设计温
22、度主蒸汽管道设计温度-574-574 热再热蒸汽管道设计温度热再热蒸汽管道设计温度热再热蒸汽管道设计温度热再热蒸汽管道设计温度-576-576 管道名称管道名称钢管类别钢管类别钢管材料钢管材料主蒸汽管道主蒸汽管道无缝钢管内径管无缝钢管内径管A335 P91A335 P91再热蒸汽管道热段再热蒸汽管道热段无缝钢管内径管无缝钢管内径管A335 P91A335 P91再热蒸汽管道冷段再热蒸汽管道冷段直缝焊管外径管直缝焊管外径管A672B70CL32A672B70CL32高压给水管道高压给水管道无缝钢管外径管无缝钢管外径管15NiCuMoNb5-15NiCuMoNb5-6-46-42.2.我国火力发电
23、机组主要汽水管道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾及用材的发展及用材的发展超超临界机组主要汽水管道用材的发展超超临界机组主要汽水管道用材的发展我国目前已在建的容量为我国目前已在建的容量为1000MW超超临界参数机组的四大管道设计参数超超临界参数机组的四大管道设计参数电厂名称华能玉环电厂华电邹县电厂外高桥电厂主蒸汽管道设计温度，610610610设计压力，MPa27.626.9428.35再热蒸汽管道热段设计温度，608608608设计压力，MPa7.2375.8647.5再热蒸汽管道冷段设计温度，398.8410425设计压力，MPa7.2375.8647.67高压给水管
24、道设计温度，297.9302.4300设计压力，MPa38.536.339锅炉制造厂哈尔滨锅炉厂东方锅炉厂上海锅炉厂主蒸汽出口联箱材料A335 P122A335 P922.2.我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾我国火力发电机组主要汽水管道的设计历史回顾及用材的发展及用材的发展超超临界机组主要汽水管道用材的发展超超临界机组主要汽水管道用材的发展 按半容量设计的在建三电厂的按半容量设计的在建三电厂的1000MW超超临界机组四大管道所用管材选择表超超临界机组四大管道所用管材选择表电厂名称主蒸汽管道热再热蒸汽管道冷再热蒸汽管道高压给水管道华能玉环电厂A335 P92A335 P91A691Cr
25、1-1/4CL2215NiCuMoNb5-6-4华电邹县电厂A335 P92A335 P91A672B70CL3215NiCuMoNb5-6-4外高桥电厂A335 P92A335 P92A691Cr1-1/4CL2215NiCuMoNb5-6-43.我国及世界上电力行业在材料上的最新研制、生产及发展n n提高蒸汽参数的效益提高蒸汽参数的效益n n世界研发超超临界机组，关键是高温材料世界研发超超临界机组，关键是高温材料n n我国及世界上电力行业在材料上的最新研我国及世界上电力行业在材料上的最新研制、生产及发展制、生产及发展提高蒸汽参数的效益提高蒸汽参数的效益n n提高火电机组蒸汽参数具有明显的效
26、益，首先是节约燃料，提高火电机组蒸汽参数具有明显的效益，首先是节约燃料，其次是减少其次是减少CO2CO2排放排放n n中参数中参数(3.5MPa(3.5MPa，435435)提高到高参数提高到高参数(9MPa(9MPa，535535)可可节约燃料节约燃料12%12%15%15%n n提高到超高参数并一次中间再热提高到超高参数并一次中间再热(13.5MPa(13.5MPa，535535/535/535),),可节约燃料约可节约燃料约8%8%n n提高到超临界参数并一次中间再热提高到超临界参数并一次中间再热(24MPa,550(24MPa,550/550/550)，可再节约燃料约，可再节约燃料约8
27、%8%n n由由24MPa,56524MPa,565/565/565提高到提高到30MPa30MPa，600600/600/600，相对效率提高约，相对效率提高约4.5%4.5%，改成二次中间再热，即，改成二次中间再热，即30MPa30MPa，600600/600/600/600/600，还可提高，还可提高2%2%提高蒸汽参数的效益提高蒸汽参数的效益目前世界上各种参数火电机组及研究课题的以目前世界上各种参数火电机组及研究课题的以NCVNCV为基础的为基础的全厂发电效率表全厂发电效率表发电厂类型或课题蒸汽参数总热效率,%降低燃烧物排放量已有常规电厂18MPa,568/56840最现代化电厂30M
28、Pa,600/600/60047.5Thermie课题目标37.5MPa,700/720/72055DOE/OCDO课题目标35MPa,7605530%超超临界高温材料的研发是关键n n世界上为提高火电厂蒸汽参数的研发活动中n n相关的关键是开发新的便宜的商业高温金属材料n n超超临界参数机组新材料开发中处于领先地位 日本 欧洲 美国也做了一定的工作。超超临界参数机组新材料开发n n日本：日本：1981年由电源开发(株)开始了超超临界参数机组耐热材料的开发计划 n n分两方面n n第一方面分两阶段 第一阶段是发展铁素体钢，把二十几年来一直停留在566的蒸汽温度提高到593 第二阶段发展奥氏体钢
29、，目标650n n第二方面是是发展铁素体钢，目标630日本对超超临界机组高温材料的研发计划表项目名称常规系统发展目标第一方面第二方面第一阶段第二阶段主要使用材料铁素体钢铁素体钢奥氏体钢铁素体钢蒸汽压力，MPa24.131.434.330.0蒸汽温度，538/566593/593/593650/593/593630/630设计总热效率(HHV%)*42.144.244.944.16效率相对提高值,%基础值56.54.8年节省煤量，103t基础值10513495年CO2排放减少，106Nm3基础值124158112*Design gross thermal efficiency(HHV),%,以1
30、000MW机组计。按日本定义的日本超超临界机组的发展n n19931993年后，陆续有一批按日本定义的超超临界参数投入运行年后，陆续有一批按日本定义的超超临界参数投入运行n n蒸汽温度为蒸汽温度为593593-600-600 开始是开始是19971997年的松浦年的松浦(Matsuura)2(Matsuura)2号号(J-Power EPCO)(J-Power EPCO)，1000MW1000MW，24MPa,59324MPa,593/593/593,燃煤燃煤 后来又有了发展，其中最高温度的是，后来又有了发展，其中最高温度的是，20002000年的橘湾年的橘湾(Tachibanawan)1(T
31、achibanawan)1、3 3号，号，1050MW,25MPa,6001050MW,25MPa,600/610/610,燃煤燃煤 2001 2001年的矶子年的矶子(Isogo)1(Isogo)1号，号，600MW600MW，30MPa,60030MPa,600/610/610，燃煤，燃煤n n650650参数机组的开发，原计划：参数机组的开发，原计划：蒸汽参数为蒸汽参数为649649(30MPa,630(30MPa,630/650/650)的示范超超临界汽机最迟应于的示范超超临界汽机最迟应于19931993年投运锅炉高温部件试验最晚应于年投运锅炉高温部件试验最晚应于19891989年进行
32、完毕年进行完毕n n实际上，至今未有蒸汽参数为实际上，至今未有蒸汽参数为649649的示范超超临界机组投运，已明显落后的示范超超临界机组投运，已明显落后于原计划于原计划n n原因，仍然是高温材料问题未获解决原因，仍然是高温材料问题未获解决n n第二方面的任务，原计划应于第二方面的任务，原计划应于20012001年完成温度为年完成温度为630630的铁素体钢材料的锅的铁素体钢材料的锅炉高温部件及汽轮机转动试验，至今也未见实现。从已有的机组投运计划看，炉高温部件及汽轮机转动试验，至今也未见实现。从已有的机组投运计划看，计划于计划于20102010年年8 8月和月和20122012年年3 3月投运的
33、月投运的Maizuru2Maizuru2号和号和Matsuura2Matsuura2号号(Kyusyu EPCO)(Kyusyu EPCO)均为均为1000MW1000MW机组，参数机组，参数24.5MPa24.5MPa，595595/595/595和和600600/600/600。欧洲相应的超超临界机组高温材料的发展计划n n欧洲欧洲欧洲欧洲具有下述一系列相应的超超临界机组高温材具有下述一系列相应的超超临界机组高温材料的发展计划：料的发展计划：Cost 501:1983-1997,300bar/600 Cost 501:1983-1997,300bar/600/600/600 Cost 52
34、2:1998-2003,Cost 522:1998-2003,目标为目标为650650的材料的材料(300bar/650(300bar/650/650/650)Cost 536:2003-2008,380bar/700 Cost 536:2003-2008,380bar/700/720/720n n Thermie(ADD700)Thermie(ADD700)-Heat Rate Reduction-Heat Rate Reduction of 400kJ/kWhof 400kJ/kWh欧洲超超临界机组高温材料子项目目标n n铁素体钢组-650下100000h持久强度为100MPan n奥氏体
35、钢组-700下100000h持久强度为100MPa,开发一种奥氏体钢失败，则需镍基合金从而增加成本n n镍基合金组-750下100000h持久强度为100MPa,开发一种镍基合金失败，则将导致项目失败。欧洲超超临界机组的发展n n丹麦丹麦ELSAMELSAM电力公司电力公司19981998年投运了年投运了SkaerbaekSkaerbaek发电厂发电厂400MW400MW天然气机组，参数为天然气机组，参数为29MPa29MPa,582/582/582,582/582/582，净，净效率效率(LHV)(LHV)达达49%49%。19991999年投运的年投运的NordjyllandsNordjy
36、llands电厂电厂3 3号号400MW400MW燃煤机组，参数相同，效率达燃煤机组，参数相同，效率达47%47%。20012001年年投运的投运的AvedoreAvedore电厂电厂2 2号号375MW375MW机组，参数为机组，参数为30MPa30MPa，580/600580/600，效率达，效率达48%48%。丹麦正在研究。丹麦正在研究“2010“2010年先进的年先进的燃煤电厂燃煤电厂”，计划将参数提高到，计划将参数提高到37.5MPa37.5MPa，700700/720720/720/720。n n德国德国VEAGVEAG电力公司电力公司19991999和和20002000年投运的年
37、投运的LippendorfLippendorf电电厂两台厂两台900MW900MW发电机组，参数为发电机组，参数为26.8MPa26.8MPa,554,554/583/583，净效率，净效率42%42%RWE RWE公司公司20022002年投运的年投运的Neideraussen1000MWNeideraussen1000MW发电机发电机组，参数为组，参数为26.5MPa26.5MPa，576576/599/599。美国对超超临界机组及高温材料的开发n n美国美国美国美国是世界上最早发展超超临界火电机组的国家是世界上最早发展超超临界火电机组的国家19591959年年6 6月，第一台超超临界火电
38、机组月，第一台超超临界火电机组Philo 6(Ohio Power Philo 6(Ohio Power Co.),125MW,620Co.),125MW,620/566/566/538/538,31.5Mpa31.5Mpa投入运投入运行。继后，行。继后，19591959年，年，Eddystone 1(Philadelphia Eddystone 1(Philadelphia Electric),325MW,650Electric),325MW,650/566/566/566/566,35Mpa35Mpa投入投入运行运行n n后后Philo 6Philo 6停运后拆除，停运后拆除，Eddyst
39、one 1Eddystone 1则将参数降到为则将参数降到为607607/566/566/566/566，33MPa33MPa继续运行继续运行n n美国在上世纪五十和六十年代建了一批超临界参数火电机美国在上世纪五十和六十年代建了一批超临界参数火电机组，总容量为组，总容量为80GW,80GW,单机容量单机容量500MW,566500MW,566/530/530 /538/538,24MPa24MPa，由于原来存在的问题，参数降为亚临界：，由于原来存在的问题，参数降为亚临界：538 538,18.2MPa18.2MPa。美国对超超临界机组及高温材料的开发n n主要原因皆为材料问题-没有适合这种参数
40、下运行的商业材料n n从此，到上世纪八十年代为止，世界上火电机组的蒸汽温分温度度一直保持在约540的水平n n在这一时期中，大部分-亚临界参数的火力发电机组 部分为540-570的超临界的火电机组。美国对超超临界机组及高温材料的开发n n美国的美国的EPRIEPRI领导，领导，DOEDOE及一些企业如俄亥俄煤发及一些企业如俄亥俄煤发展办公室展办公室(OCDO-Ohio Coal Development(OCDO-Ohio Coal Development Office)Office)组成课题组研究参数为组成课题组研究参数为760760/35MPa/35MPa超超超临界机组及其关键部件材料超临界
41、机组及其关键部件材料n n这可能将电厂总效率提高到大于这可能将电厂总效率提高到大于55%55%，减少燃烧，减少燃烧产物的排放量产物的排放量30%30%n n美国还进行了设计蒸汽温度等于或大于美国还进行了设计蒸汽温度等于或大于870870(即即16001600)火力发电机组的可能性研究火力发电机组的可能性研究世界超超临界机组高温材料发展钢的代别年代钢的变质特点1000005h持久强度达到,MPa典型的钢的名称最高使用温度第1代1960-1970在简单12Cr和9CrMo钢中加Mo或Nb,V90EM12,HCM9M,HT9,Tempaloy,P9,HT91585第2代1970-1985C,Nb,N
42、含量的优化100HCM12,T91,HCM2S593第3代1985-1995部分W取代Mo140P92,P122(NF616,HCM12A)620第4代到2002年出现征兆增加W量并加入Co180NF12,SAVE12650超临界和超超临界机组过热器和再热器用钢选择实例超临界和超超临界机组过热器和再热器用钢选择实例n n对于过热器和再热器用钢，当金属温度低于对于过热器和再热器用钢，当金属温度低于593593(即蒸汽温度即蒸汽温度565565)，而，而且腐蚀不严重时，可以用珠光体钢或马氏体不锈钢，但是实际上它们均未被且腐蚀不严重时，可以用珠光体钢或马氏体不锈钢，但是实际上它们均未被广泛应用广泛应
43、用n n当金属温度高于当金属温度高于593593(即蒸汽温度即蒸汽温度565565)，有三种情况：，有三种情况：无腐蚀工况，可用含无腐蚀工况，可用含CrCr较低的高蠕变强度的钢较低的高蠕变强度的钢 中等腐蚀工况，可用诸如中等腐蚀工况，可用诸如310NbN(HR3C)310NbN(HR3C)或或NF709NF709等含等含20%20%到到25%Cr25%Cr的的 钢钢 严重腐蚀工况，可用高强度合金并表面复合或堆焊诸如严重腐蚀工况，可用高强度合金并表面复合或堆焊诸如IN671IN671或或IN72(44-IN72(44-50%Cr)50%Cr)等高铬合金的复合材料。等高铬合金的复合材料。n n用于
44、蒸汽参数为用于蒸汽参数为700700的火电机组的高温材料：的火电机组的高温材料：固溶强化材料固溶强化材料-Inconel 617,Nimonic230-Inconel 617,Nimonic230 弥散强化材料弥散强化材料-Nimonic263-Nimonic263 为降低成本，可用富铁合金为降低成本，可用富铁合金Inco718,901Inco718,901n n已在研制变质已在研制变质617617以及以及Thermie Thermie 合金合金740(25Cr-20Co-2Ti-2Nb V Al)740(25Cr-20Co-2Ti-2Nb V Al)n n有必要更进一步开发更为便宜的合金材料
45、。有必要更进一步开发更为便宜的合金材料。中国和世界各发达国家火电机组和高温金属材料的中国和世界各发达国家火电机组和高温金属材料的中国和世界各发达国家火电机组和高温金属材料的中国和世界各发达国家火电机组和高温金属材料的发展比较发展比较发展比较发展比较 美国(下两项为丹麦和德国)中国日本30年代8.6MPa,4901949-1953新中国恢复期。1947 年，9MPa,500运行19494.5MPa,450 上升到6.9MPa,49040年代初13.7MPa,50015.9MPa,5001953-1959原苏联等国引进最大机组容量100MW,最高9.8MPa，53819559.8MPa,51319
46、50年代一次中间再热，566195712.6MPa,538 引进机组运行 195934.5MPa,650/566/5661957提高出力1960已达欧美最高水平 1960年代18.3MPa,540/5401964自制100MW机组投运,9.8MPa,5401964直流锅炉 以后稳定于亚临界参数18.3MPa,540-570196913.7MPa,555/555的125MW机组1965重油代煤 丹麦 199829MPa,582/582/582197216.7MPa,555/555的300MW机组1968超临界机组运行，566 丹麦 200130MPa,580/1,1121987-1989引进18
47、.3MPa,540/540,300,600MW1970S1000MW火电机组普遍化 德国 199926.8MPa,554/583200425,2MPa,566/566199031MPa,566/566/566的USC 德国 200226.5MPa,576/599200527.3MPa,600/600的1000MW的超 超临界机组运行1997-1998593/593和600/6001000MW的超 超临界机组运行中国和世界各发达国家火电机组和高温金属中国和世界各发达国家火电机组和高温金属材料的发展比较材料的发展比较美国和欧洲中国日本1945美国系列钢号，碳钢,T/P1,T/P9 T/P11,T/
48、P22到TP 304等不锈钢1953-1959使用碳钢、15Mo、12CrMo、15CrMo和12Cr1MoV1934开发0.15Mo钢管，1Cr-0.3Mo钢管50年代德国10CrMo910,X20CrMoV1211941-1945以W代1Cr-0.3Mo中的Mo60年代15NiCuMoNb5钢在德国完成开发196412Cr2MoWVTiB(G102)研发成功，耐热钢多元复合强化理论1950从欧美引进0.1C,0.2C,0.5Mo,1Cr-0.5Mo,1.25Cr-0.5Mo,2.25Cr-1Mo,9Cr-1Mo及18-8,18-8Mo,18-8Ti,18-8Nb1975-1976美国91钢
49、研制成功70年代10CrMo910,X20CrMo-WV121,X20CrMoV121 1953住友生产的电厂用大口径钢管出口美国80年代T91钢在美国、北美和欧洲使用80年代A106B,T/P11-T/P22,TP304应用1983造出P91厚壁管90年代德国开发911钢,T24钢90年代T/P91应用90年代92钢,122钢,T23钢等HR3C,Super304H等中国和世界各发达国家火电机组和高温金属中国和世界各发达国家火电机组和高温金属材料的发展比较材料的发展比较从上两表比较可以看出的火电厂用高温管材用钢方面从上两表比较可以看出的火电厂用高温管材用钢方面n n中国在上世纪五十年代在用钢
50、上并不明显落后于欧美，更不落后于日本中国在上世纪五十年代在用钢上并不明显落后于欧美，更不落后于日本 原因是当时由原苏联提供的高温管材由原因是当时由原苏联提供的高温管材由0.1C(10),0.2C(20),0.5Mo(15Mo),0.5Cr-0.1C(10),0.2C(20),0.5Mo(15Mo),0.5Cr-0.5Mo(12CrMo),1Cr-0.5Mo(15CrMo),1Cr-0.5Mo-0.3V(12Cr1Mo V)0.5Mo(12CrMo),1Cr-0.5Mo(15CrMo),1Cr-0.5Mo-0.3V(12Cr1Mo V)直到直到1Cr18Ni9,1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni