超临界锅炉用钢

超临界、超超临界锅炉用钢

杨富1，李为民2，任永宁2

（1. 中国电力企业联合会，北京100761；2. 北京电力建设公司北京 100024）

摘要：提高火力发电厂效率的主要途径是提高蒸汽的参数即提高蒸汽的压力和温度，而提高蒸汽参数的关键有赖于金属材料的发展。从发展超临界、超超临界机组与发展新钢种的关系以及超临界、超超临界锅炉对钢材的要求，概述了火电锅炉用钢的发展历程以及部分新钢种的性能。

关键词：临界、超超临界；锅炉；材料

2020年全国装机容量将达到9.5亿kW，其中火电装机仍然占70%，即今后17年将投产4.0亿kW左右的火电机组。火电建设将主要是发展高效率高参数的超临界（SC）和超超临界（USC）火电机组。从目前世界火力发电技术水平看，提高火力发电厂效率的主要途径是提高蒸汽的参数，即提高蒸汽的压力和温度。发展超临界和超超临界火电机组，提高蒸汽的参数对于提高火力发电厂效率的作用是十分明显的。表1给出了蒸汽参数与火电厂效率、供电煤耗关系［1］。

表1 蒸汽参数与火电厂效率、供电煤耗关系

机组类型蒸汽压力/Mpa 蒸汽温度/℃电厂效率/％供电煤耗*/kW·h

中压机组 3.5 435 27 460

高压机组9.0 510 33 390

超高压机组13.0 535/535 35 360

亚临界机组17.0 540/540 38 324

超临界机组25.5 567/567 41 300

高温超临界机组25.0 600/600 44 278

超超临界机组30.0 600/600/600 48 256

高温超超临界机组30.0 700 57 215

超700℃机组超700 60 205

* 供电煤耗用标煤量统计，标煤量是一个统计折算标准，1千克标煤的发热量为7 000

从表1中的数据可以看出，随着蒸汽温度和压力的提高，电厂的效率在大幅度提高，供电煤耗大幅度下降，而提高蒸汽参数遇到的主要技术难题是金属材料耐高温、高压问题。

1 承压锅炉部件对钢材的要求

火电厂锅炉关键承压部件主要指水冷壁、过热器、再热器、联箱及管道等，这些承压部件运行在较为恶劣的工况条件下，是设计选用钢材关注的重要部位。以下分类简要介绍超临界、超超临界锅炉的关键承压部件用钢要求。

1.1 水冷壁

水冷壁用钢一般应具有一定的室温和高温强度，良好的抗疲劳、抗烟气腐蚀、耐磨损性能，并要有好的工艺性能，尤其是焊接性能。

通常SC、USC锅炉都采用膜式水冷壁。由于膜式水冷壁组件尺寸及结构的特点，其焊后不可能在炉内进行热处理，故所选用的钢材的焊接性至关重要。要在焊前不预热、焊后不热处理的条件下，满足焊后热影响区硬度不大于360HV10、焊缝硬度不大于400HV10的有关规定（TRD201），以保证使用的安全性。另外，水冷壁管内介质是汽液两相，管外壁又在炉膛燃烧时煤粉颗粒运动速度最快的区域，积垢导致的管壁温度升高和燃烧颗粒冲刷都是选用钢材要考虑的问题。由此可见，水冷壁用钢的开发也是发展SC、USC锅炉的技术关键之一。

随着SC、USC锅炉蒸汽压力、温度的升高，水冷壁温度将提高，如在31 MPa/620℃的蒸汽参数下出口端的汽水温度达475℃，投运初期中墙温度为497℃，垢层增后可升至513℃，热负荷最高区域的管子壁温可达520℃，瞬间最高温可达540℃。这就需要合金含量更高，热强性更好的钢材。

为了满足这种高参数锅炉水冷壁用钢的要求，在SA213T22钢的基础上，开发了2种新钢材T23（HCM2S）和T24（7CrMoVTiB10-10），二者都具有良好的焊接性，在焊前不预热焊后不热处理的条件下（壁厚≤8mm），焊后焊缝和热影响区的硬度均低于360HV10。金属壁温可达600℃，是蒸汽温度620℃以下锅炉水冷壁的最佳用钢［2］。

1.2 过热器、再热器

过热器、再热器在高参数锅炉中所处的环境条件最恶劣，所用钢材在满足持久强度、蠕变强度要求的同时，还要满足管子外壁抗烟气腐蚀及抗飞灰冲蚀性能、管子内壁抗蒸汽氧化性能，并

具有良好的冷热加工工艺性能和焊接性能。过热器、再热器管的金属壁温比蒸汽温度高出25℃～39℃（我国规定为50℃）。

在燃煤含硫量很低、烟气腐蚀性很小的条件下，从蠕变强度角度考虑，SC、USC锅炉的过热器、再热器，当壁温≤600℃时，可选用T91钢；当壁温≤620℃时，可选用T92、T122、E911钢；当壁温≤650℃时，可选用NF12、SAVE12钢。

采用含硫量高腐蚀性大的燃煤时，当壁温≥600℃时（蒸汽温度≥５６６℃），过热器、再热器应选择TP304H、TP321H、TP316H、TP347H奥氏体热强钢。而Super304H和TP347HFG两种细晶奥氏体热强钢蠕变强度高，抗烟气腐蚀和抗蒸汽氧化性能更好，在超超临界锅炉过热器、再热器用钢中得到广泛的应用。当壁温达700℃时，过热器、再热器只能选用高铬热强钢NF709、SAVE25和HR3C等。

1.3 联箱与管道

由于联箱（末级过热器、末级再热器出口联箱）与管道（主蒸汽管道、导汽和再热蒸汽管道）布置在炉外，没有烟气加热及腐蚀问题，管壁温度与蒸汽温度相近。这就要求钢材应具有足够高的持久强度、蠕变强度、抗疲劳和抗蒸汽氧化性能，还要具有良好的加工工艺和焊接性能。

由于铁素体热强钢的热膨胀系数小、导热率高，在较高的启停速率下，不会造成联箱、管道壁部件严重的热疲劳损坏，所以铁素体热强钢是联箱

随着SC、USC锅炉蒸汽温度和压力参数的提高，要求使用热强性高的钢材，这样既可以提高联箱和管道运行的安全性，又可以减少因管壁过厚引起热应力的增加以及给加工工艺带来的困难。所以，SC、USC锅炉的联箱和管道，当壁温≤600℃时，选用P91钢；当壁温≤620℃时，选用P92、P122和E911钢；当壁温≤650℃时，选用NF12和SAVE12钢。

2 锅炉用钢的发展历程

要提高大型火电机组的效率，要发展SC、USC火电机组，就必然要促进大机组用钢的研究和开发，电力技术的发展，在很大程度上取决材料技术的发展。

提高锅炉蒸汽温度比提高锅炉蒸汽压力对机组效率的影响更为显著。若锅炉蒸汽温度参数不提高，依靠提高锅炉压力参数提高机组效率，就意味着必然要选用高温持久强度和允许使用温度较低的热强钢，如：12Cr1MoV、10CrMo910、15Cr1Mo1V等，当锅炉压力参数从140 kg／cm2提高到170 kg/cm2乃至260 kg／cm2时，就必须使管道的壁厚大大增厚，石洞口二厂超临界600 MW （T=538/566℃，P=25.4 MPa）主汽管选用P22，管子规格为Ф654mm×136.5 mm

由于管道壁厚的增加，焊接、热处理、弯管、探伤等工艺都增加了更多的困难，比如：必须严格控制焊接线能量、采用多层多道焊、中间热处理、二次（甚至三次）探伤、热处理升降温速度的控制等等。同时还会因管壁过厚引起热应力增加，导至管道的热疲劳损伤。此外，当选用大壁厚管道时，管道和保温材料的重量大幅增加，从管系、支吊架到厂房架构强度与刚度都是设计部门要特别考虑的问题。

就目前世界各国发展情况看，锅炉用钢的发展可以分为两个方向，一是铁素体热强钢的发展，另一是奥氏体钢的发展。

2.1 铁素体钢

铁素体钢的发展可以分为两条主线，一是纵向的主要耐热合金元素Cr成分逐渐提高，从2.25Cr到12Cr；二是横向的通过填加V、Nb、Mo、Ｗ、Ｃo等合金元素，６００℃ 105h的蠕变断裂强度由35 MPa级向60、100、140、180 MPa级发展。图1给出了锅炉铁素体热强钢的现状及发展趋势。

2.1.1 低合金热强钢

20世纪50年代，电站锅炉钢管大多采用珠光体低合金热强钢，其含Cr≤3％，含Mo≤1%、其典型钢种及最高使用壁温为：15Mo≤530℃；12CrMo≤540℃；15CrMo≤540℃；12Cr1MoV≤580℃；15Cr1Mo1V≤580℃；10CrMo910≤580℃。

当壁温超过580℃时，一般都使用奥氏体热强钢TP304、TP347（≤700℃），然而由于其价格昂贵、导热系数低、热膨胀系数大、应力腐蚀裂纹倾向等问题存在，不可能被大量采用，故世界各国从20世纪60年代初开始进行了长达30多年的试验研究，开发适用于温度参数为580℃～650℃范围内的锅炉用热强钢，即改进型的9Cr-1Mo钢和12％Cr钢的研究。而当壁温超过650℃时，目前还只能选用奥氏体热强钢。

2.1.2 EM12钢的开发

20世纪50年代末，比利时Liege冶金研究中心研究了超级9Cr钢，其化学成分为9Cr-2Mo，并添加了Nb、V等合金元素，材料牌号为EM12。法国瓦鲁瑞克公司生产出EM12的过热器管。1964年，法国电力公司批准EM12钢管可用于620℃的过热器和再热器，代替过去使用的不锈钢管。但是，由于该钢种是二元结构，冲击韧性差，后来未得到广泛应用。部分锅炉用铁素体钢的化学成分见表2。

表2 部分锅炉用铁素体钢的化学成分

钢号标准化学成分/%

ASME JIS C Si Mn Cr Mo W Co V Nb B N

Others

2Cr T22(2.25Cr-1Mo) T22 STBA24 0.12 0.3 0.45 2.25 1.0 - - - - - - -

HCM2S(2.25Cr-1.6WVNb) T23 STBA24J1 0.06 0.2 0.45 2.25 0.1

1.6 - 0.25 0.05 0.003 - -

9Cr T9(9Cr-1Mo) T9 STBA26 0.12 0.6 0.45 9.0 1.0 - - - - - - -

HCM9M(9Cr-2Mo) - STBA27 0.07 0.3 0.45 9.0 2.0 - - - - - - -

T91(9Cr-1MoVNb) T91 STBA28 0.10 0.4 0.45 9.0 1.0 - -

0.20 0.08 - 0.05 -

NF616(9Cr-0.5Mo-2WVNb) T92 STBA29 0.07 0.06 0.45 9.0 0.5

1.8 - 0.20 0.05 0.004 0.06 -

Tempa1oy F-9(9Cr-1MoVNb) - - 0.06 0.5 0.60 9.0 1.0 - -

0.25 0.40 0.005 - -

EM12(9Cr-2MoVNb) NFA49213 -0.10 0.4 0.10 9.0 2.0 - -

0.30 0.40 - - -

12Cr HT91(12Cr-1MoV) DIN X20CrMoV121 - 0.20 0.4 0.60

12.0 1.0- - 0.25 - - - 0.5Ni

HT9(12Cr-1MoWV) DIN X20CrMoWV121 - 0.20 0.4 0.60 12.0 1.0 0.5 -

0.25 - - - 0.5Ni

HCM12(12Cr-1Mo-1WVNb) - SUS410J2TB 0.10 0.3 0.55 12.0

1.0 1.0 - 0.25 0.05 - 0.03 -

HCM12A(12Cr-0.4Mo-2WCu-VNb)T122 SUS410J3TB 0.11 0.1 0.60 12.0

0.4 2.0 - 0.20 0.05 0.003 0.06 1.0Cu

NF12(11Cr-2.6W-2.5CoVNbB) - 0.08 0.2 0.50 11.0 0.2 2.6

2.5 0.20 0.07 0.004 0.05 -

SAVE12(11Cr-3W- 3CoVNb-TaNdN) - 0.10 0.3 0.20 11.0 - 3.0 3.0

0.20 0.07 - 0.04 0.07Ta

0.04Nd

2.1.3 钢102的开发

20世纪60年代起，中国按原苏联的耐热钢系列研究出了钢102（12Cr2MoWVTiB），推荐使用温度为620℃，经长期使用总结的经验证明，其使用温度以低于600℃为宜。钢102主要用于壁温≤600℃的过热器、再热器管。

2.1.4 T23（HCM2S）、T24钢的开发［2］

HCM2S是在T22（2.25Cr-1Mo）钢的基础上吸收了钢102的优点改进的，600℃时的强度比

T22高93％，与钢102相当，由于C含量降低，加工性能和焊接性能优于钢102，可以焊前不预热，焊后不热处理（壁厚≤8mm）。该钢已获得ASME锅炉压力容器规范CASE2199认可，被命名为SA213-T23。目前HCM2S

T24（7CrMoVTiB10-10）钢是在T22钢的基础上改进的，与T22钢的化学成分比较，增加了V、Ti、B含量，减少了C含量，于是降低了焊接热影响区的硬度，提高了蠕变断裂强度。T24 也可以焊前不预热、焊后不热处理（壁厚≤8mm）。

T23、T24钢是超临界、超超临界锅炉水冷壁的最佳选择材料；并可应用于壁温≤600℃过热器、再热器管、P23可以用于壁温≤600℃的联箱。

2.1.5 F11、F12的开发

20世纪60年代末，德国研究开发了12％Cr钢，F12（X20CrMoV121）钢和F11（X20CrMoWV121）钢（化学成分见表2.1），该钢至1979年正式纳入DIN17175标准。主要用于壁温达610℃的过热器、壁温达650℃的再热器以及壁温为540~560℃的联箱和蒸汽管道，但其含碳量高，焊接性

2.1.6 新型铁素体热强钢T91/P91钢的开发

美国能源部委托橡树岭国家试验室（ORNL）与燃烧工程公司（CE）联合研究用于快速中子增殖反应堆计划的钢材，开始改进原有的9Cr1Mo钢，以研究开发一种新的9Cr1Mo钢，要求这种新钢种综合早期9Cr和12Cr钢的性能，并具有良好的焊接性。到1980年测试了超过100种成分的试验样品，最后确定为改良型9Cr-1Mo钢，即91/P91钢，经试验该钢在593℃／105h条件下的蠕变断裂强度达到100 MPa，韧性也较好，这种改进的9Cr-1Mo钢优于EM12和F12。1983年美国ASME认可了这种钢为T91、P91，即SA213-T91、SA335-P91。T91钢可用于壁温≤600℃的过

热器、再热器管，P91钢可用于壁温≤600℃的联箱和蒸汽管道。

2.1.7 T92/P92、T122/P122钢的开发

20世纪90年代初，日本在大量推广T91、P91的基础上，发现当使用温度超过600℃时，T91、P91已不能满足长期安全运行的要求。在调峰任务重的机组，管材的疲劳失效也是个大问题，当管材在高温下长期运行时，大量蠕变空洞出现之前的积累损伤判断成为更为重要的问题。日本在开发新的大机组锅炉用钢方面做了大量的试验研究工作，目前已生产出商品钢管，并已得到ASME 标准的认可。日本在大型锅炉高温部件上已采用了这些新的钢种，例如SA213-T92（NF616）、SA335-P92（NF616）、SA213-T122（HCM12A）、SA335-P122（HCM12A）新钢种。图2给出了HCM12A、NF616、T91钢许用应力与温度的关系曲线。

新材料的应用有效降低了管壁厚度，减少了材料的用量并使管系布置条件得到了改善，图3对主蒸汽管采用P122、P91和P22的3种材料进行了比较。

2.1.8 NF12、SAVE12新型铁素体热强钢的开发［3］

NF12、SAVE12钢是为了提高超超临界锅炉效率急需开发能够用于650℃的铁素体热强钢。通过对12Cr-W-Co钢的研究，表明高的钨和低的碳含量能够提高蠕变断裂强度，而且Co的存在可以避免δ铁素体的形成。图4给出了几种典型的铁素体热强钢的蠕变断裂强度。

可以看出NF12钢的蠕变断裂强度高于P92、P91和F12钢。相信不久的将来，这种蠕变强度优良的NF12钢一定能用于34.3 MPa、650℃的超超临界锅炉中。

2.2 奥氏体钢

奥氏体钢的发展进程见图5。

表3给出了用于过热器和再热器的奥氏体钢的化学成分。表中按含Cr量分为4类：即15Cr、18 Cr、20～25Cr和高Cr。这些钢种正在发展过程中，最初添加Ti、Nb，是从抗腐蚀的角度来提高钢的稳定性。然后在保持稳定的前提下，适当降低Ti和Nb的含量，以提高蠕变强度。而不是提高抗腐蚀性，然后加Cu，以铜富相的沉积和热处理改进来提高沉积强化，进一步趋势是添加0.2%N和一定量的W，以增强固溶体的强度。

2.2.1 新型细晶奥氏体热强钢Super304H的开发［4］

Super304H是TP304H的改进型，添加了3％Cu和0.4％Nb获得了极高的蠕变断裂强度，600～650℃许用应力比TP304H高30%，这一高强度是奥氏体基体中同时产生NbCrN、Nb（N、C）、M23C6和细的富铜相沉淀强化的结果。运行2.5年后的性能试验表明该钢的组织和力学性能稳定，而且

价格便宜，是超超临界锅炉过热器、再热器的首选材料。

2.2.2 TP347HFG的开发［5］

TP347HFG钢是通过特定的热加工和热处理工艺得到的细晶奥氏体热强钢。虽然TP347H钢经高温下正常化固溶处理，其许用应力在18Cr-8Ni钢中最高，然而，高的固溶温度使这种钢产生粗晶粒结构，导致蒸汽侧抗蒸汽氧化能力降低。现已开发出一种TP347H 钢管晶粒再细化工艺。此工艺即使在较高的固溶处理时也能获得细晶粒，晶粒的细化是通过在固溶处理工艺中碳化铌的沉淀来完成的。通过这个工艺处理的管子不但有极好的抗蒸汽氧化性能，而且比TP347H粗晶钢的许用应力高20%以上。TP347HFG钢的应用对降低蒸汽侧氧化是一个有前途的对策，已被广泛应用于超超临界机组锅炉过热器、再热器管。

表3 部分奥氏体钢的化学成分

成分标准化学成分/%

18Cr-8Ni ASME JIS C Si M n Ni Cr Mo W V Nb Ti B Others TP304H SUS304HTB 0.08 0.6 1.6 8.0 18.0 - - - -

- - -

Super 304H SUS304J1HTB 0.10 0.2 0.8 9.0 18.0 -

- - 0.40 - - 3.0Cu,0.10N

TP321H SUS321HTB 0.08 0.6 1.6 10.0 18.0 - - - -

0.5 - -

Tempa1oy A-1 SUS321J1HTB 0.12 0.6 1.6 10.0 18.0 -

- - 0.10 0.08 - -

TP316H SUS316HTB 0.08 0.6 1.6 12.0 16.0 2.5 - -

- - - -

TP347H SUSTP347HTB 0.08 0.6 1.6 10.0 18.0 - -

- 0.8 - - -

TP347HFG 0.08 0.6 1.6 10.0 18.0 - - - 0.8

- - -

15Cr-15Ni 17-14CuMo 0.12 0.5 0.7 14.0 16.0 2.0 - -

0.4 0.3 0.006 3.0Cu

Esshete1250 0.12 0.5 6.0 10.0 15.0 1.0 0.2

1.0 - 0.06 -

Tempa1oy A-2 0.12 0.6 1.6 14.0 18.0 1.6 - -

0.24 0.10-20-25Cr

20-25Cr TP310 SUS310TB 0.08 0.6 1.6 20.0 25.0 - - - - - - -

TP310NbN SUS310J1TB 0.06 0.4 1.2 20.0 25.0 - -

- 0.45 - - 0.2N

NF707 0.08 0.5 1.0 35.0 21.0 1.5 - - 0.2 0.1

- -

Alloy 800H NCF800HTB 0.08 0.5 1.2 32.0 21.0 -

- - - 0.5 - 0.4Al

Tempa1oy A-3 SUS309J4HTB 0.05 0.4 1.5 15.0 22.0 -

- - 0.7 - 0.002 0.15N

NF709 SUS310J2TB 0.15 0.5 1.0 25.0 20.0 1.5 -

- 0.2 0.1 -

SAVE25 0.10 0.1 1.0 18.0 23.0 - 1.5 -

0.45 - - 3.0Cu,0.2N

HighCr-HighNi CR30A 0.06 0.3 0.2 50.0 30.0 2.0 - - - 0.2 - 0.03Zr

HR6W 0.08 0.4 1.2 43.0 23.0 - 6.0 -

0.18 0.08 0.003

2.2.3 HR3C（ＴＰ３１０NbＮ）钢的开发［6］

HR3C在日本JIS标准中的材料牌号为SUS310JITB，在ASME标准中的材料牌号为ＴＰ３１０NbＮ。HR3C钢是TP３１０热强钢的改良钢种，通过添加元素铌（Nb）和氮（Ｎ）使得它的蠕变断裂强度提高到了181MPa，正是由于该钢种的综合性能较之TP300系列奥氏体钢中的TP304H、TP321H、TP347H和TP316H的任何一种都更为优良，所以，在TP347H热强钢乃至新型奥氏体热强钢Susper304H 和TP347HFG钢不能满足向火侧抗烟气腐蚀和内壁抗蒸汽氧化的工况下，应选用HR3C热强钢。

3 结束语

超临界和超超临界机组是当代世界火力发电的共同发展趋势，锅炉是火电机组的关键设备。超临界和超超临界锅炉用钢的选择应考虑其能满足工况条件要求的必备性能，如高温许用应力、高温蠕变断裂强度、抗高温疲劳、抗高温腐蚀和抗蒸汽氧化的能力等，同时，还应考虑这些新型钢材的相关性能，如冷、热加工性能等，特别是焊接性能。选择性价比最佳的钢材，降低造价，对加快超临界、超超临界机组的发展，确保发电设备的安全运

4 参考文献

［1］黄毅诚.大幅度提高煤炭利用率，减少用煤总量.中国电力报, 2004-02-19.

［2］赵健仓，等.T23/T24钢手册-新型水冷壁和过热器用钢.电站及锅炉用新钢种焊接论文集,2000年10月.

［3］Future Ferritic Steels for High-Temperature Service Professor Emeritus,The University of Tokyo.

［4］Alloy Design and Properties of Super304H Steel Tube. Sumitomo Metal Industries, Ltd. May 2000.

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［6］Sumitomo Boiler Tubes & Pipe.Sumitomo Metal Ind, Ltd.February, 2004.

《锅炉和压力容器用钢板》

GB713－2008《锅炉和压力容器用钢板》 讲解内容 GB713－2008《锅炉和压力容器用钢板》是对GB713－1997《锅炉用钢板》和GB6654—1996《压力容器用钢板》两个标准进行修订合并而成的。这项工作从2005开始，到2007年完成。2008年3月发布新标准，同年9月1日起实施。 锅炉及压力容器用钢板是重要产品，关系到生命财产安全，技术要求高，生产难度大。标准的制修订工作难度也比较大，特别由原来已经执行多年的标准合并为一个标准难度更大。为了做好两个标准的修订和合并工作，征求了一些有关单位的意见，调查标准的执行情况，查阅标准档案资料，收集了ISO、EN、JIS和ASTM等国际国外主要标准。国外这方面的标准比较多，尤其是美国，ASTM有30多个压力容器用钢板标准，体系比较乱。日本标准受美国的影响比较明显，JIS的锅炉及压容器用钢板标准也比较多，有11个。EN和ISO压力容器用钢板标准的系列完整、分类清楚、数量不多。EN10028压力容器用钢板包含7部分，即7个标准。ISO9328压力容器用钢板包含5部分，比EN少2个标准，但内容与EN10028的内容是一样的，ISO 正火和调质钢板合订一个标准，TMCP控轧控冷钢也没有单独标准。 与国外比，国内压力容器用钢板标准少，不配套、有空缺。GB713和GB 6654对应的国外标准主要有ISO9328－2、EN10028－2、 JIS G 3115、JIS G 4109、ASTM A 299、ASTMA387。对这些标准进行了分析对比，基本了解国内外标准情况和标准水平后，在原标准的基础上，结合国情和使用部门的要求，并参考国际国外标准，对原来两个标准进行修订和合并。 这次修订和合并标准的原则，是结合国情和用户的要求，EN10028－2：2002作为重要参照和采用的对象。 在新标准中引进国际国外标准中通用的、典型的国内已经生产使用的牌号，淘汰原标准中性能差的、用户不满意的牌号；反映国内冶炼和轧钢技术进步，降低硫、磷等杂质含量，提高钢的纯净度和性能

超超临界机组锅炉高温材料的选择和应用

超超临界机组锅炉高温材料的选择和应用 根据现今全球超超临界机组中百万千瓦级的动态发展情况，分析已有的机组参数。超超临界锅炉用耐高温材料与其参数是紧密联系在一起的，研究并开发应用超超临界锅炉的高效性能、方便加工和经济性新型材料，是未来发展的主要方向。 标签：超超临界锅炉；高温材料；选择及应用 在国民经济稳定持续增长的大背景中，人们不断的增加电力需求和国家实施节能减排的政策，建设容量大、效率快、参数高及节能好的机组是我国电力的发展趋势。提高锅炉的蒸汽压力、温度以及其他参数都能有效提高发电厂的发电效率，其中温度的影响效果最明显。现今国际上超超临界机组的参数为初压力24.1-31MPa，其主蒸汽/再热蒸汽的温度是580℃-600℃/580℃-610℃，用USC作表示。而其使用金属材料的耐高压、耐高温与焊接问题是如何提高蒸汽参数这个问题中所存在的首要技术难题。 1 高温材料的选择 开发具有更好耐高温性的耐热钢是发展高效超超临界火力发电机组的关键技术，让他们适用在更高的温度范围。现今全球在管道及锅炉的用钢发展可大致分为两方向： （1）发展铁素体耐热钢，马氏体、贝氏体及珠光体耐热钢都被统称作铁素体耐热钢； （2）发展奥氏体耐热钢。全球先进国家所研制推广以及普通采用新的耐热钢种有三大类：a.新型细晶强韧化铁素体耐热钢；b.新型细晶奥氏体耐热钢；c.高铬镍奥氏体钢。 2 高温材料的应用 在过热器以及再热器的用钢方面，不仅需要满足蠕变的强度，还必须满足蒸汽侧抗氧化的性能以及向火侧抗腐蚀与冲刷的性能。所有的铁素体钢几乎不能用在蒸汽温度高于565℃的过热器或者再热器中，这里使用奥氏体钢在需要耐高温的部件上。这里对几种高温材料进行详细描述。 2.1 T91/P91 T91具有良好的力学性能，其结构及性能具有较好的稳定性，焊接与工艺性能优良，具备较高的持久与抗氧化性。和TP304H作对比，T91的导热系数相对较高、热膨胀系数相对更低、持久强度中的等强温度相对较好以及等应力温度相对更高，并分别到达625℃及607℃。T91和T9钢作对比，T91的持久强度是

关于锅炉及压力容器常用钢材

关于锅炉及压力容器常用钢材 1. 锅炉及压力容器对钢材性能的要求 按工作条件分为两大类： 一、用以制造室温及中温承压元件的钢板与钢管 具有特点： 1 有较高的室温强度 通常以屈服极限σs和强度极限σb为设计依据，要求有较大的σs和σb良好的韧性性能 材料需具有足够的韧性防止脆性断裂，在考虑强度的同时也不能忽略韧性，(1) 材料的韧性通常用冲击韧性值αk表示。 压力容器用钢的冲击韧性要求 冲击韧性值αk(N·m/cm2) 20℃ -40℃ (2)还需要考虑时效韧性 时效就是钢材经冷加工变形后，在室温或较高温度下，冲击韧性随时间变化。通常在200-300℃，冲击韧性值显著降低。一般要求下降率不超过50%。 由于容器断裂过程包括在缺陷处形成裂纹和裂纹扩散两个阶段，相应两种防止断裂方法 (1)选用具有足够韧性的钢材以防止裂纹产生，要求如上表所示 (2)选用韧性更高的材料，以求在裂纹产生后能够阻止裂纹扩展。(要求温度比无塑性转变温度NPT高一定数值，例如元件的设计应力为屈服极限σs一半时，要高17℃ 3 较低的缺口敏感性 制造过程中，开孔和焊接会产生局部应力集中，要求材料有较低的缺口敏感性，以防止产生裂纹 4 良好的加工工艺性能和焊接性能 由于焊接热循环作用，会 (1)降低热影响区材料的韧性、塑性 (2)在焊缝内产生各种缺陷 其中(1)、(2) 均会产生裂纹 在选材料时需考虑 >=60 >=35 (1)材料中碳的当量值(保证材料具有较好的可焊性) (2)适当的焊接材料和焊接工艺 (3)材料具有良好的塑性(碳钢和碳锰钢δs不低于16%，合金钢δs不低于14%) (4)良好的低倍组织 (5)钢材的分层、非金属夹杂物、气孔、疏松等缺陷尽可能减少(防止裂纹的产生)

锅炉设备概述

锅炉设备概述 北方魏家峁煤电公司发电厂一期2×660MW 燃煤超临界机组锅炉为上海锅炉厂有限公司生产的超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、全钢架悬吊结构Π型布置、固态排渣、紧身封闭岛式。 炉后尾部布置两台转子直径为Φ14236mm 的三分仓容克式空气预热器。炉膛宽度18816mm，炉膛深度18816mm，水冷壁下集箱标高为7500mm，炉顶管中心标高为72500mm，大板梁底标高79800mm。炉膛由膜式壁组成。炉底冷灰斗角度为55度，从炉膛冷灰斗进口（标高7500mm）到标高52871mm 处炉膛四周采用螺旋管圈，管子规格为Φ38.1mm，节距为54mm，倾角为18.7493度。在此上方为垂直管圈，管子规格为Φ34.9mm，节距为56mm。螺旋管与垂直管的过渡采用中间混合集箱。水平烟道深度为6108mm，由后烟井延伸部分组成，其中布置有末级过热器。后烟井深度为14784mm，布置有低温再热器和省煤器。炉膛上部布置有6 片分隔屏过热器和20 片后屏过热器。分隔屏过热器和后屏过热器沿深度方向采用蒸汽冷却定位管固定，蒸汽冷却定位管（共6 根，Φ63.5/Φ50.8）从分隔屏过热器进口集箱引出，进入分隔屏过热器出口集箱。后屏过热器、高温再热器和高温过热器沿炉膛宽度方向采用流体冷却定位管固定，流体冷却定位管（共4根，Φ50.8）从后烟井延伸侧墙进口集箱引出，进入后屏过热器出口集箱。 锅炉燃烧系统按配中速磨冷一次风直吹式制粉系统设计。24 只

直流式燃烧器分6层布置于炉膛下部四角，煤粉和空气从四角送入，在炉膛中呈切圆方式燃烧。最上排燃烧器喷口中心标高为35384mm，距分隔屏底部距离为22956mm。最下排燃烧器喷口中心标高为25124mm，至冷灰斗转角距离为5278mm。在主燃烧器和炉膛出口之间标高45821mm 处布置有1 组SOFA 喷嘴（距上排燃烧器喷口中心10437mm）。过热器汽温通过煤水比调节和两级喷水来控制，第一级喷水布置在分隔屏过热器出口管道上，第二级喷水布置在屏式过热器出口管道上，过热器喷水取自省煤器进口管道。再热器汽温采用燃烧器摆动调节，再热器进口连接管道上设置事故喷水，事故喷水取自给水泵中间抽头。 锅炉本体设有两个膨胀中心，分别在水冷壁后墙前后各900mm 的位置。运行时炉膛部分以第一个膨胀中心为原点进行膨胀，水平烟道及后烟井以第二个膨胀中心为原点进行膨胀。炉膛及后烟井四周设有绕带式刚性梁，以承受正、负两个方向的压力，螺旋段水冷壁还设有垂直绷带，螺旋段的支承和悬吊是通过垂直绷带上方的“张力板”与垂直段连接来实现的。在高度方向设有导向装置，以控制锅炉受热面的膨胀方向和传递锅炉水平荷载。由于在炉膛上部刚性梁从炉前一直到包复后墙为止的侧墙刚性梁跨距过长，对于工字梁的稳定性较差，同时支点位置较长之后，计算选用的工字梁断面会变得很大，从安全性、经济性以及给制造过程和安装过程带来困难，因此在上部的刚性梁上增加两个支点而在炉膛及后烟井左右侧墙上方分别布置有一根H1200 及H1000的垂直刚性梁。

锅炉钢材使用温度范围及部位

钢材使用温度范围

注： 1、A3F钢板的使用限制如下：⑴不得用于介质为极度危害、高度危害或易爆的

受压元件；⑵使用温度0-250℃；设计压力≤0.6MPa；⑷容器容积≤10m3； 用于主要受压元件（壳体或成型弯头），板厚≤12mm；⑸用于法兰、法兰盖等，板厚≤16mm。 2、A3钢板的使用限制如下：⑴不得用于介质为极度危害、高度危害或液化石 油气容器的受压元件；⑵容器容积≤10m3；⑶用于主要受压元件（壳体或成型弯头）：使用温度0-350℃；设计压力≤1.0MPa；板厚≤16mm；⑷用于法兰、法兰盖、管板及类似受压元件时：使用温度≥-20-350℃；设计压力≤ 4.0MPa；P×Di≤2000(D为公称直径，mm；P为设计压力，MPa)。当使用 温度＜0℃（但≥-20℃）且板厚≥30mm时，应校验钢板的常温冲击功（纵向，V型夏比试样，一组三个试样的平均值）不低于27J。 3、16Mn钢板的使用限制如下：⑴未附加校验或保证钢板常温冲击韧性要求的 钢板不得用于压力容器主要受压元件；⑵用于法兰、法兰盖、管板及类似受压元件时使用限制同于A3钢；⑶经校验或复验，保证其常温冲击功（纵向，V型夏比试样，平均值）不低于27J时，可用作压力容器主要受压元件，其使用限制如下：a、设计温度0-350；b、设计压力≤2.5MPa；c、板厚≤30 mm。 4、16Mo、INCOLOY800尚无钢板、钢管标准，12CrMo、15CrMo、12Cr2Mo1、 1Cr5Mo尚无钢板标准，设计选用可参照国外相应钢材标准。 5、16Mo长期使用温度超过475℃时应考虑石墨化倾向的影响，因此累计时间 超过4年的受压元件应检验是否产生石墨化。 6、超低碳奥氏体不锈钢长期使用温度超过425℃,将导致碳化鉻在晶界析出，而 丧失抗晶界腐蚀能力。 7、公称含鉻量≥13%的铁素体不锈钢板（复合板除外）不得用于设计压力≥0.25 MPa，且壁厚＞6mm的压力容器主要受压元件。

超临界锅炉用钢

超临界、超超临界锅炉用钢 杨富1，李为民2，任永宁2 （1. 中国电力企业联合会，北京100761；2. 北京电力建设公司北京 100024） 摘要：提高火力发电厂效率的主要途径是提高蒸汽的参数即提高蒸汽的压力和温度，而提高蒸汽参数的关键有赖于金属材料的发展。从发展超临界、超超临界机组与发展新钢种的关系以及超临界、超超临界锅炉对钢材的要求，概述了火电锅炉用钢的发展历程以及部分新钢种的性能。 关键词：临界、超超临界；锅炉；材料 2020年全国装机容量将达到9.5亿kW，其中火电装机仍然占70%，即今后17年将投产4.0亿kW左右的火电机组。火电建设将主要是发展高效率高参数的超临界（SC）和超超临界（USC）火电机组。从目前世界火力发电技术水平看，提高火力发电厂效率的主要途径是提高蒸汽的参数，即提高蒸汽的压力和温度。发展超临界和超超临界火电机组，提高蒸汽的参数对于提高火力发电厂效率的作用是十分明显的。表1给出了蒸汽参数与火电厂效率、供电煤耗关系［1］。 表1 蒸汽参数与火电厂效率、供电煤耗关系 机组类型蒸汽压力/Mpa 蒸汽温度/℃电厂效率/％供电煤耗*/kW·h 中压机组 3.5 435 27 460 高压机组9.0 510 33 390 超高压机组13.0 535/535 35 360 亚临界机组17.0 540/540 38 324 超临界机组25.5 567/567 41 300 高温超临界机组25.0 600/600 44 278 超超临界机组30.0 600/600/600 48 256 高温超超临界机组30.0 700 57 215 超700℃机组超700 60 205

锅炉金属材料(非常实用)

锅炉金属材料 1材料分类 常用的有金属材料和非金属材料。金属材料有碳钢、合金钢、有色金属、铸铁及其合金。其中应用最为广泛的是碳钢和合金钢。如将钢按用途来划分，有结构钢（建筑及工程用钢或结构用钢，如锅炉中的钢结构等）、工具钢（各种量具、刃具、模具钢等）和特殊性能钢（耐热钢、不锈耐酸钢及电工用钢）；按质量来划分则有普通钢、优质钢和高级优质钢三类；按冶炼方法、钢液脱氧程度和铸锭工艺的不同来划分则有沸腾钢、镇静钢（脱氧完全的钢，化学成分和力学性能均匀、焊接性能和抗腐蚀性好，一般用来做较重要的部件；受压元件用钢即是）和半镇静钢三类；此外还有其余种类的如按金相组织分类方法（下面介绍耐热钢时还要介绍）等。 2锅炉金属材料性能 1）常规性能 锅炉常用金属材料的常规力学性能主要有以下几种： 弹性极限：金属在力的作用下，形状发生变化，当力去除后，仍能恢复原状的能力称为弹性；而随外力而消失的变形称为弹性变形。。在拉伸试验中，试样未发生永久变形时单位面积所承受的最大力就为弹性极限σe； 强度：强度是指金属材料抵抗变形和破坏的能力，即金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的性能，可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度和抗扭强度等。工程上金属材料的主要强度性能指标是屈服极限σs和抗拉强度σb。金属材料在超过σs的应力下工作，会使零件产生塑性变形；在超过σb的应力下工作时，会引起零件的断裂破坏。σb是试件被拉断前的最大负荷Pb与原横截面积F0之比，σb = Pb / F0，单位为MPa；屈服强度或屈服点σS是指金属材料在拉伸试验中，外力已经超过弹性极限σe，虽然应力不再增加，但试件仍在伸长，试件产生比较明显的塑性变形，此时的应力称之； 塑性：金属受外力作用产生变形，当外力去掉后变形不恢复的性能称为塑性；外

2015(检)-11-2015锅炉、压力容器用原材料入厂验收规则.

南通万达锅炉有限公司 锅炉、压力容器用原材料入厂验收规则 2015(检)-11 编制： 审批： 质控部 2015年1月

1 范围 本标准规定了锅炉主要原材料入厂(及源地)检验规则、检查方法和验收要求。 本标准适用于固定式锅炉用主要原材料(以下简称：材料)，包括：锅炉用钢板、锅炉用钢管、型钢(25号及以上的槽钢和工字钢、t≥250mm的H型钢)、圆钢(用于制造拉杆和直径40mm及以上的吊杆)、结构钢板(用于制造大板梁的翼板和腹板的钢板)和焊接材料(包括焊条、焊丝、药芯焊丝和焊剂)。 除非合同另有规定，各种材料的入厂验收均应符合本标准要求。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准。然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本，凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 当本标准的引用文件被修订的新文件代替时，按照“鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。”的原则，公司内应按最新版本的文件执行。 2.1 技术条件 GB/T247 钢板和钢带检验、包装、标志、外形、重量及允许偏差 GB/T699 优质碳素结构钢 GB/T700 碳素结构钢 GB/T702 热轧圆钢和方钢尺寸、外形、重量及允许偏差

GB/T706 热轧工字钢尺寸、外形、重量及允许偏差 GB/T707 热轧槽钢尺寸、外形、重量及允许偏差 GB/T709 热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差 GB/T710 优质碳素结构钢热轧薄钢板和钢带 GB/T711 优质碳素结构钢热轧厚钢板和宽钢带 GB713 锅炉和压力容器用钢板 GB/T908 锻制圆钢和方钢尺寸、外形、重量及允许偏差 GB/T983 不锈钢焊条 GB/T984 堆焊焊条 GB/T1591 低合金高强度结构钢 GB/T2101 型钢验收、包装、标志及质量证明书的一般规定 GB/T2102 钢管验收、包装、标志及质量证明书 GB/T2103 钢丝验收、包装、标志及质量证明书的一般规定 GB/T3077 合金结构钢 GB3087 低中压锅炉用无缝钢管 GB/T3274 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带 GB/T5117 碳钢焊条 GB/T5118 低合金钢焊条 GB/T5293 埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂 GB5310 高压锅炉用无缝钢管 GB/T8163 输送流体用无缝钢管 GB/T10045 碳钢药芯焊丝 GB/T11263 热轧H型钢和部分T型钢 GB/T12470 低合金钢埋弧焊用焊剂 GB/T13237 优质碳素结构钢冷轧薄钢板和钢带 GB/T14957 熔化焊用钢丝 GB/T14958 气体保护焊用钢丝 GB/T17493 低合金钢药芯焊丝 GB/T17505 钢及钢产品交货一般技术条件 GB/T17853 不锈钢药芯焊丝 GB/T17854 埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂 3 术语与定义 下列术语和定义适用于本标准 3.1 入厂验收 锅炉制造厂通过验证和(或)检验对采购的材料予以确认。 3.2 补充要求 材料产品标准中已有规定，由锅炉制造厂在需要时选用的要求。 3.3 附加要求

锅炉用材料

第15章锅炉及压力容器常用钢材 15.1. 锅炉及压力容器对钢材性能的要求 按工作条件分为两大类： 一、用以制造室温及中温承压元件的钢板与钢管 具有特点： 1有较高的室温强度 通常以屈服极限 σs和强度极限σb为设计依据，要求有较大的σs和σb良好的韧性性能 材料需具有足够的韧性防止脆性断裂，在考虑强度的同时也不能忽略韧性， 表示。 (1)材料的韧性通常用冲击韧性值 αk 压力容器用钢的冲击韧性要求 2） 冲击韧性值 αk（N·m/cm 20℃-40℃ >=60>=35 (2)还需要考虑时效韧性 时效就是钢材经冷加工变形后，在室温或较高温度下，冲击韧性随时间变化。通常在200-300℃，冲击韧性值显著降低。一般要求下降率不超过50%。 由于容器断裂过程包括在缺陷处形成裂纹和裂纹扩散两个阶段，相应两种防止断裂方法（1）选用具有足够韧性的钢材以防止裂纹产生，要求如上表所示 （2）选用韧性更高的材料，以求在裂纹产生后能够阻止裂纹扩展。（要求温度比无塑性转变温度 一半时，要高17℃NPT高一定数值，例如元件的设计应力为屈服极限σ s 3较低的缺口敏感性 制造过程中，开孔和焊接会产生局部应力集中，要求材料有较低的缺口敏感性，以防止产生裂纹 4良好的加工工艺性能和焊接性能 由于焊接热循环作用，会 （1）降低热影响区材料的韧性、塑性 （2）在焊缝内产生各种缺陷 其中（1）、（2）均会产生裂纹 在选材料时需考虑 （1）材料中碳的当量值（保证材料具有较好的可焊性） （2）适当的焊接材料和焊接工艺 （3）材料具有良好的塑性（碳钢和碳锰钢 δs不低于16%，合金钢δs不低于14%） （4）良好的低倍组织 （5）钢材的分层、非金属夹杂物、气孔、疏松等缺陷尽可能减少（防止裂纹的产生） 二、用以制造高温承压元件的钢管 1具有足够的蠕变强度、持久强度和持久塑性 通常以持久强度为设计依据，保证在蠕变的条件下安全运行

超(超)临界锅炉的特点

超（超）临界锅炉的特点 一、引言 随着我国火力发电事业的快速发展和节能、环保要求的日趋严格，提高燃煤机组的容量与蒸汽参数，进一步降低煤耗是大势所趋。在这个基础上，节约一次能源，加强环境保护，减少有害气体的排放，已越来越受到国内外的高度重视。超超临界机组因其煤耗低，节约能源，我国已经把大幅度提高发电效率、加速发展洁净煤技术的超超临界机组作为我国可持续发展、节约能源、保护环境的重要措施。尽管在同等蒸汽参数情况下，联合循环的效率比蒸汽循环的效率高10%左右，但是，由于PF-BC和IGCC尚处于试验或示范阶段，在技术上还存在许多不完善之处，而超临界技术已十分成熟，超超临界机组也已批量投运，且积累了良好的运行经验，国外已有一套完整而成熟的设计、制造技术。因此，技术成熟的大容量超临界和超超临界机组将是我国清洁煤发电技术的主要发展方向，也是解决电力短缺、能源利用率低和环境污染严重等问题的最现实和最有效的途径。 超超临界压力锅炉的关键技术是多方面的，在材料的选择、水冷壁系统及其水动力安全性、受热面布置、再热系统汽温的调控等多方面均存在设计和制造上的高难技术。 二、超（超）临界锅炉的特点 超临界机组区别与普通机组主要有以下特点： 1、蒸汽参数的选择 机组的蒸汽参数是决定机组热经济性的重要因素。一般压力为16.6～31.0MPa、温度在535~600℃的范围内，压力每提高1MPa，机组的热效率上升0.18％~0.29％：新蒸汽温度或再热蒸汽温度每提高10℃，机组的热效率就提高0.25％~0.3％；因此提高蒸汽参数是提高机组热效率的重要途径。目前超超临界与超临界的划分界限尚无国际统一的标准，下表列举了一些发达国家的典型机组的参数[1]。 现在常规的超临界机组采用的蒸汽参数为24.1MPa、538℃/566℃。一般认为蒸汽压力大于25MPa，蒸汽温度高于580℃称为超超临界。研究分析[2]指出对600/600℃这一温度等级，当主汽压力自25MPa升高到28MPa，锅炉岛和汽机岛的钢耗量将分别增加3.5％和2%。此外主汽压力28MPa时，汽机低压缸末级叶片排汽湿度将达到10.7%，已接近采用一次再热的极限值。 有文章表明[3]我国今后重点发展的超临界机组的参数将为汽机进口参数24.2MPa/566℃/566℃，锅炉的出口参数则为25.4MPa/571℃/569℃；超超临界机组的参数为汽机进口参数26.25MPa/600℃600℃，锅炉出口的参数则为27.56MPa/605℃/603℃；机组容量将主要为600MW和1000MW两种。

国外超超临界机组技术的发展状况

国外超超临界机组技术的发展状况 一、超超临界的定义 水的临界状态点：压力 22.115MPa，温度374.15℃；蒸汽参数超过临界点压力和温度称为超临界。锅炉、汽轮机系列（通常以汽轮机进口蒸汽初压力划分等级）：次中压2.5 MPa，中压3.5 MPa，次高压6.5 MPa，高压9.0MPa，超高压13.5 MPa ，亚临界16.7 MPa，超临界24.1 MPa。 超超临界（Ultra Super-critical）（也有称高效超临界High Efficiency Supercritical））的定义：丹麦人认为：蒸汽压力27.5MPa是超临界与超超临界的分界线；日本人认为：压力>24.2MPa，或温度达到593℃(或超过 566℃)以上定义为超超临界；德国西门子公司的观点：从材料的等级来区分超临界和超超临界；我国电力百科全书：通常把蒸汽压力高于27MPa称为超超临界。 结论：其实没有统一的定义，本质上超临界与超超临界无区别。 二、国外超超临界技术发展趋势 （一）超超临界机组的发展历史 超超临界机组发展至今有50年的历史，最早的超超临界机组于1957年投产，建在美国俄亥俄州（Philo 电厂6#机组），容量为125MW，蒸汽进汽压力31MPa，进汽温度621 / 566 / 566 C（二次再热）。汽轮机制造商为美国GE公司，锅炉制造商为美国B&W公司。 世界上超超临界发电技术的发展过程一般划分为三个阶段： 第一阶段（上世纪50-70年代）

以美国为核心，追求高压/双再的超超临界参数。1959年Eddystone 电厂1#机组，容量为325MW，蒸汽压力为34.5MPa，蒸汽温度为 649 / 566 / 566 C（二次再热），热耗为8630kJ/kWh，汽轮机制造商美国WH 公司，锅炉制造商美国CE公司。其打破了最大出力、最高压力、最高温度和最高效率的4项记录。1968 年降参数（32.2MPa/610/560/560 C）运行直至今，但至今仍是世界上蒸汽压力和温度较高的机组。 结果，早期的超超临界机组，更注重提高初压（30MPa或以上）,迫使采用二次再热。使结构与系统趋于复杂，运行控制难度更难，并忽视了当时技术水平和材料水平，使机组可用率不高。 第二阶段（上世纪80年代） 以材料技术发展为中心，超超临界机组处于调整期。锅炉和汽轮机材料性能大幅度提高，电厂水化学方面的认识更趋深入，美国对已投运的超临界机组进行大规模的优化和改造，形成了新的结构和新的设计方法，使可靠性和可用率指标达到甚至超过了相应的亚临界机组。其后，美国将超临界技术转让给日本，GE公司转让给东芝和日立公司，西屋公司转让给三菱公司。 第三阶段（上世纪90年代开始） 迎来了超超临界机组新一轮的发展阶段。主要原因是国际上环保要求日趋严格，新材料的开发成功，常规超临界技术的成熟。大规模发展超超临界机组的国家以日本、欧洲（德国、丹麦）为主要代表。日本以川越电厂31 MPa /654℃/566℃/566℃超超临界为代表，开拓了一条从引进到自主开发，有步骤有计划的发展之路，成为当今超超临界技术领先国家。其值得我们认真学习。 三、各国超超临界发电技术情况

锅炉及压力容器对钢材性能的要求

1. 锅炉及压力容器对钢材性能的要求 按工作条件分为两大类： 一、用以制造室温及中温承压元件的钢板与钢管 具有特点： 1 有较高的室温强度 通常以屈服极限σs和强度极限σb为设计依据，要求有较大的σs和σb良好的韧性性能 材料需具有足够的韧性防止脆性断裂，在考虑强度的同时也不能忽略韧性， (1) 材料的韧性通常用冲击韧性值αk表示。 压力容器用钢的冲击韧性要求 冲击韧性值αk(N·m/cm2) 20℃-40℃>=60 >=35 (2)还需要考虑时效韧性 时效就是钢材经冷加工变形后，在室温或较高温度下，冲击韧性随时间变化。通常在200-300℃，冲击韧性值显著降低。一般要求下降率不超过50%。 由于容器断裂过程包括在缺陷处形成裂纹和裂纹扩散两个阶段，相应两种防止断裂方法 (1)选用具有足够韧性的钢材以防止裂纹产生，要求如上表所示 (2)选用韧性更高的材料，以求在裂纹产生后能够阻止裂纹扩展。(要求温度比无塑性转变温度NPT高一定数值，例如元件的设计应力为屈服极限σs一半时，要高17℃ 3 较低的缺口敏感性 制造过程中，开孔和焊接会产生局部应力集中，要求材料有较低的缺口敏感性，以防止产生裂纹 4 良好的加工工艺性能和焊接性能 由于焊接热循环作用，会 (1)降低热影响区材料的韧性、塑性 (2)在焊缝内产生各种缺陷 其中(1)、(2) 均会产生裂纹 在选材料时需考虑 (1)材料中碳的当量值(保证材料具有较好的可焊性) (2)适当的焊接材料和焊接工艺 (3)材料具有良好的塑性(碳钢和碳锰钢δs不低于16%，合金钢δs不低于14%) (4)良好的低倍组织 (5)钢材的分层、非金属夹杂物、气孔、疏松等缺陷尽可能减少(防止裂纹的产生) 二、用以制造高温承压元件的钢管 1 具有足够的蠕变强度、持久强度和持久塑性 通常以持久强度为设计依据，保证在蠕变的条件下安全运行 2 具有良好的高温组织稳定性 长期高温下不发生组织变化 3 具有良好的的高温抗氧化性 要求材料在高温条件下的氧化腐蚀速度小于0.1mm/a 4 具有良好的加工工艺性 要求冷加工性(冷态弯曲)和焊接性 2. 锅炉与压力容器用钢的分类 一、工作温度低于500℃的钢材 碳素钢和低合金结构钢 1 铁素体-珠光体结构钢 屈服强度σs为300-450MPa

锅炉及压力容器常用钢材

锅炉及压力容器常用钢材 1. 锅炉及压力容器对钢材性能的要求 按工作条件分为两大类： 一、用以制造室温及中温承压元件的钢板与钢管 具有特点： 1 有较高的室温强度 通常以屈服极限σs和强度极限σb为设计依据，要求有较大的σs和σb良好的韧性性能材料需具有足够的韧性防止脆性断裂，在考虑强度的同时也不能忽略韧性， (1) 材料的韧性通常用冲击韧性值αk表示。 压力容器用钢的冲击韧性要求 冲击韧性值αk(N?m/cm2) 20℃ -40℃ >=60 >=35 (2)还需要考虑时效韧性 时效就是钢材经冷加工变形后，在室温或较高温度下，冲击韧性随时间变化。通常在200-300℃，冲击韧性值显著降低。一般要求下降率不超过50%。 由于容器断裂过程包括在缺陷处形成裂纹和裂纹扩散两个阶段，相应两种防止断裂方法 (1)选用具有足够韧性的钢材以防止裂纹产生，要求如上表所示 (2)选用韧性更高的材料，以求在裂纹产生后能够阻止裂纹扩展。(要求温度比无塑性转变温度NPT高一定数值，例如元件的设计应力为屈服极限σs一半时，要高17℃ 3 较低的缺口敏感性 制造过程中，开孔和焊接会产生局部应力集中，要求材料有较低的缺口敏感性，以防止产生裂纹 4 良好的加工工艺性能和焊接性能 由于焊接热循环作用，会 (1)降低热影响区材料的韧性、塑性 (2)在焊缝内产生各种缺陷 其中(1)、(2) 均会产生裂纹 在选材料时需考虑 (1)材料中碳的当量值(保证材料具有较好的可焊性) (2)适当的焊接材料和焊接工艺 (3)材料具有良好的塑性(碳钢和碳锰钢δs不低于16%，合金钢δs不低于14%) (4)良好的低倍组织 (5)钢材的分层、非金属夹杂物、气孔、疏松等缺陷尽可能减少(防止裂纹的产生) 二、用以制造高温承压元件的钢管 1 具有足够的蠕变强度、持久强度和持久塑性 通常以持久强度为设计依据，保证在蠕变的条件下安全运行 2 具有良好的高温组织稳定性 长期高温下不发生组织变化 3 具有良好的的高温抗氧化性 要求材料在高温条件下的氧化腐蚀速度小于0.1mm/a 4 具有良好的加工工艺性 要求冷加工性(冷态弯曲)和焊接性

我国超超临界燃煤机组现状和发展趋势

我国超超临界燃煤机组现状和发展趋势 【摘要】我国是煤炭生产与消费大国，随着社会市场经济的发展，社会的电力需求在不断增大，作为耗煤量高、能源利用率低的典型航呀，发电行业在运行的过程中，由于大量煤炭的燃烧，对环境造成非常严重的污染，积极提升燃煤发电机组的能源利用率非常的必要，本文就主要对我国超超临界燃煤机组的现状及发展趋势进行简单分析。 【关键词】超超临界燃煤机组；发展现状；发展趋势 发电行业与人们的日常生活息息相关，在社会发展过程中发挥着非常重要的作用，但是在火力发电厂运行过程中，伴随着巨大的能量消耗，这不仅会加剧我国的能源危机，还会带来严重的环境污染问题，积极提升超超临界燃煤机组的能源利用率、减少污染物的排放非常的重要，本文就主要针对此予以简单分析研究。 1超超临界燃煤机组的简单介绍 首先对超超临界的参数概念进行简单分析，通常会将水蒸气参数值超过临界状态点的参数值称作超临界参数，并且当水蒸气参数值超出水蒸气参数值，并且升高到一定数值时，就达到了超超临界参数范围中，我国的相关标准中，超超临界状态主要是指，蒸汽压力值大于27兆帕的状态，国内外的大多数发电企业及动力设备制造企业，认为机组的主蒸汽参数满足下列条件之一时，可以将其称之为超超临界机组： （1）机组的主蒸汽压力大于等于27兆帕； （2）机组的主蒸汽压力大于等于24兆帕，并且蒸汽的温度值≥580e。 超超临界机组与普通的燃煤机组相比，其水蒸气的温度、压力等明显提升，这对于机组的热效率的提升具有非常重要的作用，与亚临界机组的效率相比，超临界机组能够提升2%～3%，而超超临界机组的效率能够在超临界机组的基础上，再提升2%～4%，但是在机组使用寿命、运行灵活性、可靠性、可用率等方面与亚临界机组相比没有明显的差别，在二氧化硫、二氧化碳的排放量、能源利用率等方面，超超临界机组是明显优于普通的超临界机组及亚临界机组的。 将超超临界发电技术与其他相关的洁净煤发电技术进行对比分析，其具有这样的优势： （1）超超临界机组的单机容量能够达到1000MW及以上，这与电力工业的大容量机组需求相符； （2）超超临界发电技术具有很高的发电效率，并且其应用高效的除尘技术、低二氧化氮技术及烟气脱硫技术，能够有效降低污染物的排放量，与其他发电技

超临界超超临界锅炉金属材料

超临界/超超临界锅炉金属材料 1 前言 火力发电行业目前面临两方面的压力，首先市场竞争的加剧需要降低发电成本，另一方面人们对全球环境问题日益关注，要求电厂降低SO X、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，就目前以及将来一段时间内，在众多的洁净煤发电技术中超超临界发电技术的继承性和可行性最高，同时具有较高的效率和最低的建设成本。 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。开发USC 机组的关键之一，在于开发强度高，耐高温腐蚀、耐汽侧氧化、有良好的焊接和加工性能、经济上比较合理的新型钢材。自二十世纪九十年代以来，日本和欧盟研发了新的高温钢材，并经过试验机组的使用考验，从而扫清了发展汽温达600/610℃USC机组的障碍。 2定义 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 （Pc=22.115MPa）时，我们称之为超临界机组。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或汽温高于580℃的超临界机组称为超超临界机组； 目前国外超超临界机组参数为初压力24.1~31MPa、主蒸汽/再热蒸汽温度 580~600/580~610℃。国内正在建设的超超临界机组参数为在容量上分600MW和1000MW 2个等级；在蒸汽参数上，按汽机主汽门入口处计，采用25或26.5 MPa，600℃/600℃，一次再热。目前USC机组在我国发展迅猛，在建的1000MW USC机组已有三个工程6台机组，600MW USC 机组已有二个工程4台机组。还有一些项目正在规划中。 3材料技术在超超临界发电中的作用 超超临界机组相对超临界机组蒸汽温度和压力参数的提高对电站关键部件材料带来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成为发展先进机组的技术核心。 国际上已经在运营或在设计建设阶段的超超临界机组温度参数大多在566－620℃，压力则分为25MPa、27MPa和30-31MPa三个级别。高的蒸汽参数对电站用钢提出了更苛刻的要求，对锅炉来说具体表现在： 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蒸汽参数相适应的高温持久强度。 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，当金属温度提高，烟气腐蚀将大幅度上升，因此超超临界机组中腐蚀问题更加突出。 蒸汽侧的氧化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，这将导致三种后果：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堵塞引起超温爆管以及阀门泄漏；剥落的氧化物颗粒对汽机前级叶片的冲蚀。因此在过

GB锅炉和压力容器用钢板课件

G B锅炉和压力容器用钢 板课件 Newly compiled on November 23, 2020

GB713－2008《锅炉和压力容器用钢板》 讲解内容 GB713－2008《锅炉和压力容器用钢板》是对GB713－1997《锅炉用钢板》和GB6654—1996《压力容器用钢板》两个标准进行修订合并而成的。这项工作从2005开始，到2007年完成。2008年3月发布新标准，同年9月1日起实施。 锅炉及压力容器用钢板是重要产品，关系到生命财产安全，技术要求高，生产难度大。标准的制修订工作难度也比较大，特别由原来已经执行多年的标准合并为一个标准难度更大。为了做好两个标准的修订和合并工作，征求了一些有关单位的意见，调查标准的执行情况，查阅标准档案资料，收集了ISO、EN、JIS和ASTM等国际国外主要标准。国外这方面的标准比较多，尤其是美国，ASTM有30多个压力容器用钢板标准，体系比较乱。日本标准受美国的影响比较明显，JIS的锅炉及压容器用钢板标准也比较多，有11个。EN和ISO压力容器用钢板标准的系列完整、分类清楚、数量不多。EN10028压力容器用钢板包含7部分，即7个标准。 ISO9328压力容器用钢板包含5部分，比EN少2个标准，但内容与EN10028的内容是一样的，ISO正火和调质钢板合订一个标准，TMCP控轧控冷钢也没有单独标准。 与国外比，国内压力容器用钢板标准少，不配套、有空缺。GB713和GB 6654对应的国外标准主要有ISO9328－2、EN10028－2、 JIS G 3115、JIS G 4109、ASTM A 299、ASTMA387。对这些标准进行了分析对比，基本了解国内外标准情况和标准水平后，在原标准的基础上，结合国情和使用部门的要求，并参考国际国外标准，对原来两个标准进行修订和合并。 这次修订和合并标准的原则，是结合国情和用户的要求， EN10028－2：2002作为重要参照和采用的对象。

锅炉用钢

重要、常用的锅炉管材。 1）20G：是GB5310-95的纳标钢号（国外对应牌号：德国的st45.8、日本的STB42、美国的SA106B），为最常用的锅炉钢管用钢，化学成分和力学性能与20板材基本相同。该钢有一定的常温和中高温强度，含碳量较低，有较佳的塑性和韧性，其冷热成型和焊接性能良好。其主要用于制造高压和更高参数的锅炉管件，低温段的过热器、再热器，省煤器及水冷壁等；如小口径管做壁温≤500℃的受热面管子、以及水冷壁管、省煤器管等，大口径管做壁温≤450℃的蒸汽管道、集箱（省煤器、水冷壁、低温过热器和再热器联箱），介质温度≤450℃的管路附件等。由于碳钢在450℃以上长期运行将产生石墨化，因此作为受热面管子的长期最高使用温度最好限制到450℃以下。该钢在这一温度范围，其强度能满足过热器和蒸汽管道的要求、且具有良好的抗氧化性能，塑性韧性、焊接性能等冷热加工性能均很好，应用较广。此钢在伊朗炉（指单台）上所使用的部位为下水引入管（数量为28吨）、汽水引入管（20吨）、蒸汽连接管（26吨）、省煤器集箱（8吨）、减温水系统（5吨），其余作为扁钢、吊杆材料使用（约86吨）。 但现在我厂生产的300MW锅炉，此钢的用量日趋减少，已经多为强度较高的SA210C （小）和SA106C（大）替代。 2）SA-210C（25MnG）：是ASME SA-210标准中的钢号，是锅炉和过热器用碳锰钢小口径管，珠光体型热强钢。我国于1995年将其移植到GB5310，定名为25MnG。其化学成分简单，除碳、锰含量较高外，其余与20G相近，故其屈服强度较20G高约20%左右，而塑、韧性则与20G相当。该钢的生产工艺简单，冷热加工性能好。用其代替20G，可以减薄壁厚，降低材料用量，还可以改善锅炉的传热状况。其使用部位和使用温度与20G基本相同，主要用于工作温度低于500℃的水冷壁、省煤器、低温过热器等部件。 我厂从1989年的利港工程开始使用该钢，为保证焊接性能，订货时对碳含量进行了限制≤0.30，相应地对锰含量提高。使用中工艺性能不比20G差，故在我厂锅炉制造中得到广泛推广应用。一台300MW锅炉，用SA-210C代替20G，可节约钢材100吨。此钢在伊朗炉（指单台）上所使用的部位为低温过热器（数量为515吨）、水冷壁（329吨）、省煤器（58吨）、顶棚管（13吨）、包墙管（49吨）。 3）SA-106C：是ASME SA-106标准中的钢号，是高温用大口径锅炉和过热器用碳-锰钢管。其化学成分简单、与20G碳钢类似，但碳、锰含量较高，故其屈服强度较20G高约12%左右，而塑、韧性也并不差。该钢的生产工艺简单，冷热加工性能好。用其代替20G制造集箱（省煤器、水冷壁、低温过热器和再热器联箱），可以减薄壁厚约10%，既可节约材料费用，又可减少焊接工作量，并改善联箱启动时的应力差。 目前我厂的300MW锅炉中的大口径管大多采用SA106C。如此钢在伊朗炉（指单台）上所使用的部位为蒸汽连接管（数量为18吨）、省煤器至锅筒连接管（15吨）、集中下降管（190吨）、水冷壁集箱（35吨）、过热器集箱（22吨）、再热器集箱（6吨）。

超临界、超超临界机组发展现状、

超临界、超超临界机组发展现状、趋势和存在问题的分析研究 分析报告 上海电力学院 2009年3月

超临界、超超临界机组发展现状、趋势和存在问题的分析研究 1．引言 按照国家制订的2020年电力发展规划，我国发电装机容量将从目前的约8亿千瓦增加到2020年9亿千瓦，其中燃煤机组比例约占总容量75%左右。由于电力是最大的煤炭用户，要提高煤炭的利用效率，提高燃煤电厂的效率是一个主要途径。 分析国际上燃煤发电技术的发展趋势，将采用两种技术路线来提高效率和降低排放。其一是利用煤化工中已经成熟的煤气化技术，采用整体煤气化蒸汽燃气联合循环技术（IGCC）实现高效清洁发电，其代表技术为IGCC。此技术提高能效的前景很好，但因系统相对复杂而造成投资偏高的问题需要解决。目前正在烟台电厂建设一台300或400MW等级的IGCC示范机组，为今后的发展作好技术储备。另一个发展方向是通过提高常规发电机组的蒸汽参数来提高效率，即超临界机组和超超临界机组。超超临界机组在发达国家已经实现了大容量、大批量生产。通过努力我国可以较快实现国产化能力，降低设备成本。 超超临界机组蒸汽参数愈高，热效率也随之提高。热力循环分析表明，在超超临界机组参数范围的条件下，主蒸汽压力提高1MPa，机组的热耗率就可下降0.13%～0.15%；主蒸汽温度每提高10℃，机组的热耗率就可下降0.25～0.30%；再热蒸汽温度每提高10℃，机组的热耗率就可下降0.15%～0.20%。在一定的范围内，如果采用二次再热，则其热耗率可较采用一次再热的机组下降 1.4%～1.6%。 亚临界机组的典型参数为16.7MPa/538℃/538℃，其发电效率约为38％。超临界机组的主蒸汽压力通常为24MPa左右，主蒸汽和再热蒸汽温度为538～560℃；超临界机组的典型参数为24.1MPa/538℃/538℃，对应的发电效率约为41％。超超临界机组的主蒸汽压力为25～31MPa，主蒸汽和再热蒸汽温度为580～610℃。超临界机组的热效率比亚临界机组的高2%～3%左右，而超超临界机组的热效率比超临界机组的高4%左右。并且超超临界机组技术具有继承性好，

锅炉及压力容器安全(新编版)

( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 锅炉及压力容器安全(新编版) Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process

锅炉及压力容器安全(新编版) 1．锅炉与压力容器 锅炉压力容器是广泛用于工业生产、公用事业和人民生活的承压设备，包括：锅炉、压力容器、有机载热体炉和压力管道。我国政府将锅炉、压力容器、有机载热体炉和压力管道等定为特种设备，即在安全上有特殊要求的设备。为了确保特种设备的使用安全，国家对其设计、制造、安装和使用等各环节，实行国家劳动安全监察。 (1)锅炉及有机载热体炉 锅炉和有机载热体炉都是一种能量转换设备，其功能是用燃料燃烧(或其他方式)释放的热能加热给水或有机载热体，以获得规定参数和品质的蒸汽、热水或热油等。锅炉的分类方法较多，按用途可分为工业锅炉、电站锅炉、船舶锅炉、机车锅炉等；按出口工质压力的大小可分为低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界压力锅炉和超临界压力锅炉。

(2)压力容器 广义上的压力容器就是承受压力的密闭容器，因此广义上的压力容器包括压力锅、各类储罐、压缩机、航天器、核反应罐、锅炉和有机载热体炉等。但为了安全管理上的便利，往往对压力容器的范围加以界定。在《压力容器安全监察规程》中规定，最高工作压力大于或等于0．1MPa，容积大于或等于25L，且最高工作压力与容积的乘积不小于20LMPa的容器为压力容器。因此，狭义的压力容器不仅不包括压力很小、容积很小的容器，也不包括锅炉、有机载热体炉、核工业的一些特殊容器和军事上的一些特殊容器。压力容器的分类方法也很多，按设计压力的大小分为常压容器、低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器；根据安全监察的需要分为第一类压力容器、第二类压力容器和第三类压力容器。 (3)压力管道 压力管道是在生产、生活中使用，用于输送介质，可能引起燃烧、爆炸或中毒等危险性较大的管道。压力管道的分类方法也较多，按设计压力的大小分为真空管道、低压管道、’中压管道和高压管道，