火力发电机组材料的研究现状及其发展趋势探讨[精品].doc

火力发电机组材料的研究现状及其发展趋势探讨（一） 【保护视力色】 【打印】　【进入论坛】　【评论】 【字号 大 中 小】　2007-07-02 10-57 周荣灿 范长信 李耀君 ??? 由于市场竞争的加剧，火力发电行业目前面临两个方面的压力：一是需要降低发电成本；二是人们对全球环境问题日益关注，要求电厂降低SOx、NOx、CO2的排放，满足严格的环保要求。发展洁净煤发电技术是解决这些问题的关键。在目前以及将来的一段时间内，在众多的洁净煤发电技术中，超超临界发电技术具有较高的效率和最低的建设成本，其继承性和可行性最高。超临界(SC)和超超临界(USC)机组的参数比较见表1。??? 表1 超临界和超超临界机组参数比较??? 主蒸汽压力/MPa 主蒸汽和再热蒸汽温度/℃ 比亚临界机组提高的效率/% 超临界(SC) ≥24 540~560 ~2 超超临界(USC) ≥28 580 ~4 ??? 除了20世纪50~60年代投运的几台USC机组外，从90年代初到目前为止，全世界已经新建USC机组超过60台，其参数还在不断提高。我国也在积极发展超超临界燃煤发电技术，目前，已有数台USC机组在建。按照我国电力发展规划，2003年至2010年，新建的火电机组有40%为SC机组(占已建火电机组的15%)；2010年至2020年：600MW及以上新建火电机组将全部为SC机组；新建火电机组50%以上为USC机组(占已建火电机组的30%)。??? 材料技术在超超临界发电中的作用??? USC机组相对SC机组的蒸汽温度和压力参数更高，因而对电站关键部件材料提出了更高和更新的要求，尤其是材料的热强性能、抗高温腐蚀和氧化能力、冷加工和热加工性能等。因此，材料和制造技术已成为发展先进火电机组的核心技术。??? 国外已经运营或在设计建设阶段的USC机组的蒸汽温度参数大多数为566～620℃，压力则有25MPa、27MPa和30～31MPa共3个级别。高的蒸汽参数对电站用钢提出了更苛刻的要求，对其锅炉来说具体要求如下。??? (1) 较高的高温强度。对于主蒸汽管道、过热器/再热器管、联箱和水冷壁材料都必须有与高的蒸汽参数相适应的高温持久强度。??? (2) 耐高温腐蚀。烟气侧的腐蚀是影响过热器、再热器、水冷壁寿命的一个重要因素。若金属温度提高，则烟气的腐蚀速度将会明显加快。因此，USC机组中的腐蚀问题更加突出，所用制作材料必须耐高温腐蚀。??? (3) 蒸汽侧较高的抗氧化性能。运行温度的提高，加剧了过热器、再热器甚至包括联箱和管道等蒸汽通流部件的蒸汽侧氧化。这将导致3种后果：氧化层的绝热作用引起金属超温；氧化层的剥落在弯头等处会因堵塞而引起超温爆管以及阀门泄漏；剥落的氧化物颗粒对汽轮机前级叶片产生冲蚀。因此，在过热器、再热器等材料的选择中应充分考虑到抗蒸汽氧化及氧化层剥落的性能。??? (4) 良好的抗热疲劳性能。材料的抗热疲劳性能是与高温强度同等重要的指标，由于机组的启停、变负荷和煤质波动等会引起热应力，因此，对于主蒸汽管道、联箱、阀门等厚壁部件，应在保证强度的前提下尽可能选择热导率高和热膨胀系数小的铁素体耐热钢制作。??? 对汽轮机而言，转子、叶片以及其他旋转部件在运行中要承受巨大的离心力，运行参数的提高对所用耐热钢的热强性能提出了更高的要求；汽缸、阀门等部件也会由于运行温度和压力的提高而需要更好的热强性能；同样，高温紧固件也需要有更高的拉伸屈服强度和蠕变松弛强度、在蒸汽环境下的抗应力腐蚀能力以及足够的韧性、塑性等以避免蠕变裂纹的形成。因此，机组的启停、变负荷与煤质的波动要求厚壁部件如转子、缸体、阀门等的材料有低的热疲劳和蠕变疲劳敏感性。对再热蒸汽温度高于593℃的低压转子还必须考虑材料在该温度范围内的回火脆性。??? 国外耐热钢开发计划??? 在20世纪50～60年代国外曾投运了几套USC机组，其中包括美国Philo的6号机组(125MW，31MPa，621℃/565℃/538℃)、Eddystone的1号机组(325MW，34.5MPa，649℃/566℃/566℃)，英国Drakelow的12号机组(375MW，24MPa，593℃)，德国Hüls化工厂的自备电厂1号机组(85MW，29.4MPa，600℃/560℃/650℃)等。但由于技术和经济原因，美国和德国的机组都只能降低参数运行，如美国Eddystone的1号机组大多数时间是在32.4MPa、605℃的参数下运行的。制造和运行中出现的多数问题都是材料问题。受当时的材料技术水平限制，厚壁部件采用的钢种是奥氏体耐热钢，但奥氏体钢的低导热系数和高热膨胀系数会引起高温热应力和疲劳开裂。考虑到建设成本和可用率，后来新建机