超临界汽轮机的金属材料及汽轮机抽汽回热系统

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1、超临界汽轮机的金属材料及汽轮机抽汽回热系统超临界机组的金属材料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

2、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。另外，在一定的发电容量下，蒸汽参数高的超临界汽轮机装置和锅炉比蒸汽参数低的超临界汽轮机装置和锅炉的体积小，锅炉的高压系统相对地小于中压再热系统，等等。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加耐高温的材料。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

3、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.SMPa、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，日本从欧美引进发电设备锅炉用碳钢

4、、钥钢、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℃。在材料的开发上，主要是利用过去对9～12%Cr系钢和奥氏体系钢的开发研究成果，进一步开发高强度9～12%Cr系钢代替部分奥氏体钢，开发比原来奥氏体高温强度更高、耐蚀性更好的新奥氏体钢，以及兼顾高温强度和耐蚀性的渗铬管、喷焊管和双层管。全面回顾和进一步研究合金元素Cr、Mo、W、V、Nb、Cu、Co、Cr、Si、C、N、B、Re单独添加和V-Nb、C-N、Mo-W等复合添加的影

5、响，开发了TB9，TB12，NF616，HCM12A，NF12,TP347HFG，Super304H，HR3C，NF709，SAVE25等锅炉用钢；TR1100，TRl50，TR1200，HR1200，TAF65等转子、叶片、螺栓用钢。日本对耐热钢的开发研制是化大力气的，取得了举世目瞩目的成功。根据近期的研究成果，含钻的铁素体耐热钢（NF12，SAVE12，HRI200，TF650）最高使用温度有望达到650℃.但还需进一步试验。我国发展不同参数的超超临界机组的候选材料示于下表1－1中。超超临界机组由于蒸汽温度的提高，对材料的耐腐蚀性要求可能

6、会超过对蠕变持久强度的要求，铁素体耐热钢在高温时的耐腐蚀性能应特别引起注意。如果耐腐蚀性不够，即使蠕变持久强度足够，也要考虑采用耐腐蚀性更好的奥氏体钢或表面进行特殊处理以提高耐腐蚀性能。细化晶粒和表面喷丸可提高抗水蒸汽腐蚀能力，表面渗铬、喷焊耐腐蚀合金、包覆耐腐蚀层，可提高向火面的抗耐腐蚀能力。表1－1超超临界机组金属用材1.1高中压汽缸金属材料超超临界汽轮机的高压部分一般为双层缸结构。以便尽量减少各种承压部件所承受的热应力及运行应力，承担最高压力和温度的喷嘴室用12CrMoVCbN钢锻件制造。内缸采用lOCrMoVCb铸造，外缸不承受高温，

7、可以用传统的CrMoV钢制造。主蒸汽管与外缸之间采用焊接连接，焊接连接部分借助冷端再热蒸汽将内壁温度冷却到550－565℃的水平。中压缸部分采用双层缸结构，内缸高温部分采用10CrMoVCb材料铸造，外缸和内缸的低温部分则用传统的CrMoV钢制造。西门子的高压缸则采用独特的圆筒型结构，内装隔板的具有水平中分面用螺栓连接的内缸，套装在圆筒型铸造外缸内，外缸避免采用水平中分面结构.使得结构紧凑。运行时汽缸不会发生不对称变形，径向通流间隙不会发生不均匀变化，由高蒸汽参数以及负荷的变化导致的热应力小。而且蒸汽参数越高，这种圆筒型结构相对中分面结构的高

8、压缸更为优越。1.1转子金属材料为了保证在超高温下有足够的强度，汽轮机转子通常采用12Cr钢制造。12Cr钢由于含铬量高，使轴颈的运转特性很差，轴颈可能由于磨损而导