超超臨界機組鍋爐高溫材料的選擇和應(yīng)用

柳郁

摘 要：根據(jù)現(xiàn)今全球超超臨界機組中百萬千瓦級的動態(tài)發(fā)展情況，分析已有的機組參數(shù)。超超臨界鍋爐用耐高溫材料與其參數(shù)是緊密聯(lián)系在一起的，研究并開發(fā)應(yīng)用超超臨界鍋爐的高效性能、方便加工和經(jīng)濟性新型材料，是未來發(fā)展的主要方向。

關(guān)鍵詞：超超臨界鍋爐；高溫材料；選擇及應(yīng)用

在國民經(jīng)濟穩(wěn)定持續(xù)增長的大背景中，人們不斷的增加電力需求和國家實施節(jié)能減排的政策，建設(shè)容量大、效率快、參數(shù)高及節(jié)能好的機組是我國電力的發(fā)展趨勢。提高鍋爐的蒸汽壓力、溫度以及其他參數(shù)都能有效提高發(fā)電廠的發(fā)電效率，其中溫度的影響效果最明顯。現(xiàn)今國際上超超臨界機組的參數(shù)為初壓力24.1-31MPa，其主蒸汽/再熱蒸汽的溫度是580℃-600℃/580℃-610℃，用USC作表示。而其使用金屬材料的耐高壓、耐高溫與焊接問題是如何提高蒸汽參數(shù)這個問題中所存在的首要技術(shù)難題。

1 高溫材料的選擇

開發(fā)具有更好耐高溫性的耐熱鋼是發(fā)展高效超超臨界火力發(fā)電機組的關(guān)鍵技術(shù)，讓他們適用在更高的溫度范圍。現(xiàn)今全球在管道及鍋爐的用鋼發(fā)展可大致分為兩方向：

（1）發(fā)展鐵素體耐熱鋼，馬氏體、貝氏體及珠光體耐熱鋼都被統(tǒng)稱作鐵素體耐熱鋼；

（2）發(fā)展奧氏體耐熱鋼。全球先進國家所研制推廣以及普通采用新的耐熱鋼種有三大類：a.新型細晶強韌化鐵素體耐熱鋼；b.新型細晶奧氏體耐熱鋼；c.高鉻鎳奧氏體鋼。

2 高溫材料的應(yīng)用

在過熱器以及再熱器的用鋼方面，不僅需要滿足蠕變的強度，還必須滿足蒸汽側(cè)抗氧化的性能以及向火側(cè)抗腐蝕與沖刷的性能。所有的鐵素體鋼幾乎不能用在蒸汽溫度高于565℃的過熱器或者再熱器中，這里使用奧氏體鋼在需要耐高溫的部件上。這里對幾種高溫材料進行詳細描述。

2.1 T91/P91

T91具有良好的力學(xué)性能，其結(jié)構(gòu)及性能具有較好的穩(wěn)定性，焊接與工藝性能優(yōu)良，具備較高的持久與抗氧化性。和TP304H作對比，T91的導(dǎo)熱系數(shù)相對較高、熱膨脹系數(shù)相對更低、持久強度中的等強溫度相對較好以及等應(yīng)力溫度相對更高，并分別到達625℃及607℃。T91和T9鋼作對比，T91的持久強度是600℃，是T9鋼的三倍，同時還繼承了T9鋼優(yōu)秀的抗高溫腐蝕性能。

T91使用的最高溫度是650℃，最佳溫度是585℃-625℃，該鋼經(jīng)常使用在制造不超過650℃壁溫的過熱器、再熱器以及屏式過熱器等的重要組成部分，也可以代替亞臨界鍋爐中過熱器與再熱器的TP304H以及TP347H，也能使用在壓力容器與核電的高溫受壓部件中。P91通常使用在制造不超過600℃壁溫的過熱器、再熱器集箱以及主蒸汽管道中，它應(yīng)用在超臨界機組中的優(yōu)越性十分顯明。

2.2 T92/P92

T92/P92是新型9%Cr馬氏體熱強鋼，比奧氏體的熱膨脹系數(shù)與導(dǎo)熱系數(shù)更加優(yōu)異。T92具有優(yōu)良的強韌性、焊接與加工性能；抗蒸汽的氧化性能基本與T91相同；通過焊接試驗，證明了T92的抗裂性較好，止裂在預(yù)熱溫度100℃；650℃的持續(xù)強度滿足多種要求。和T122作對比，T92在性能方面略占優(yōu)勢，但價格卻相對高昂。高W含量可能會因為長期運行發(fā)生蠕變脆化，將P92使用在厚壁部件的時候，會有IV型裂紋的趨向，因此，這些都需要更多的時間來進行評估。

因為T92/P92的性能優(yōu)良，能代替TP304H與TP347H在電站鍋爐的過熱器以及再熱器中的應(yīng)用，能通過改善其運行的性能從而減少甚至避免異種鋼接頭，其實際意義非常重大。如果使用在亞臨界鍋爐中，可代替T91與TP347H厚壁管。P92通常使用在苛刻的蒸汽條件下，主要使用在集箱與蒸汽管道上。P92是已有的鍋爐最高溫度區(qū)以及超臨界壓力鍋爐管子的使用鋼，該鋼勢必會廣泛應(yīng)用在主蒸汽和再熱蒸汽管道上。

2.3 Super304H

因為氮所具備的固溶強化作用，所以Super304H比18Cr-8Ni型不銹鋼的強度水平高，而且其塑性和TP347H相差無幾；十萬小時的650℃持久強度的外推數(shù)值為128MPa。Super304H具有良好的焊接性，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，并且抗蒸汽的氧化性和抗高溫的腐蝕性能良好。在650℃的高溫中該鋼許用應(yīng)力高于TP304H的90%，高于TP347H的48%，高于TP347HFG的21%，并且略微高于HR3C的5%。僅從抗氧化性或者抗腐蝕性來看，Super304H和TP347HFG相近，但其綜合性價比略微占有優(yōu)勢。

Super304H℃使用的最高溫度是700℃，通常使用在超超臨界機組鍋爐中的過熱器與再熱器上。因為其性能優(yōu)異，不管是從其可靠性以及經(jīng)濟性來看，它都屬于以后超超臨界機組鍋爐中的過熱器與再熱器非常重要的首選材料。

2.4 HR3C

HR3C是結(jié)合TP310H以及TP310Cb的特征并加以改善的25Cr-20Ni型的奧氏體耐熱鋼，它的公稱成分是0.1C-25Cr-20Ni-Nb-N。因為在HR3C中加進了許多的Cr，Ni以及相對較多的Nb以及N，它的抗張強度比常規(guī)不銹鋼18Cr-8Ni高，它的許用應(yīng)力與持久強度也比TP310以及常規(guī)不銹鋼18Cr-8Ni高，抗高溫的腐蝕性能也明顯比18Cr-8Ni和19Cr-11Ni優(yōu)異，而且其抗蒸汽的氧化性能也非常的優(yōu)秀，炸接的接頭也同樣滿足規(guī)范要求。

在臨界壓力參數(shù)的條件下，HR3C通常使用在制造循環(huán)流和大型發(fā)電鍋爐溫度不超700℃的過熱器、再熱器、屏式過熱器和各種耐高壓，耐高溫或者抗硫、抗氯等環(huán)境腐蝕的管件。

3 結(jié)束語

超超臨界機組發(fā)電是一個有前途的清潔煤發(fā)電技術(shù)，因為超超臨界的蒸汽參數(shù)條件，使機組中一些關(guān)鍵部件性能具有更高的要求，合理的進行選材確保機組的安全性與可靠性。新鋼種還處在應(yīng)用的起步階段，需要不斷的進行探究和歸納其在運用中顯現(xiàn)的問題，從而推動其穩(wěn)定發(fā)展以及運行。

參考文獻

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