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动力管道的现状及发展趋势 发布时间:2014-12-30 浏览次数:1778

 一、火力发电技术现状及发展方向

    上一世纪九十年代初期,我国火力发电完成了从亚临界到超临界的跨越,而进入二十一世纪之后,国内的火力发电技术更是有了飞跃式的发展。350MW超临界供热机组,600MW级超(超)临界及1000MW级的超超临界机组已经是国内在建及规划建设电站的主流。采用两级再热技术及700度高效超超临界技术的机组也已经在研制及规划建设中。

    机组自亚临界参数跨越到超临界参数,主蒸汽压力从17.5MPa提高到25.4MPa以上,而超超临界机组的主蒸汽压力已经大于27.46/28.24MPa;主蒸汽温度也从540度提高到560℃及600℃以上。

   国内已投运的的超临界机组参数主要为25.4MPa,566/566℃,超超临界机组参数主要为27.46/28.24MPa,600/600℃

    国外投运的超超临界机组参数不一,如美国Philo 的6号机组31MPa, 621℃/565℃/538℃,Eddystone 的1 号机组34.5 MPa,649℃/566℃/566℃;英国Drakelow 的12号机组24MPa,593℃;德国Hüls化工厂的自备电厂1 号机组29.4MPa, 600℃/560℃/650℃)。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。

    由于能源及环保的压力,火力发电厂对于高效、环保的燃烧技术的需求是迫切的、无止境的。700度高效超超临界技术是各国未来发展的主要技术,如欧盟的Thermie AD700 项目和COST 536 计划、美国的Vision 21 及日本的New Sunshine 计划等,我国也于2011年成立了国家700℃超超临界燃煤发电技术创新联盟,并开始研发工作。

    未来火电机组的参数将达到40MPa,700/720℃,甚至于达到760℃(美国电科院)。

    二、动力管道技术现状及发展方向

    火电机组参数的提高对动力管道的材料、加工、制造及安装均提出了更高的要求。如超临界机组的主蒸汽采用A335P91材料,设计压力25.4MPa,设计温度576℃;高压给水采用15NiCuMoNb5-6-4材料,设计压力34MPa,设计温度大于280℃。

    对于超超临界机组主蒸汽管道采用A335P92材料,设计压力27.46MPa,设计温度610℃;高压给水采用15NiCuMoNb5-6-4材料,设计压力37MPa,设计温度大于295℃。而再热热蒸汽管道采用A335P92或A335P91材料,设计压力约6.27MPa,设计温度608℃。

    同时由于机组容量的提高,对于管道的制造及加工能力提出了更高的要求。如600MW等级超临界机组的主蒸汽管道ID406X70,再热蒸汽管道ID914X31,高压给水管道φ508X50。而对于超超临界机组的主蒸汽管道ID425X103,再热蒸汽管道ID883X47,高压给水管道φ559X60。机组容量的提高,对于大口径厚壁无缝钢管及管件的制造及加工提出了更高的要求。由于制造能力的限制,1000MW等级的超超临界机组均采用双管。

    材料和制造技术是火力发电机组的核心技术,也是动力管道的发展主要限制因素。更高的参数要求对电站动力管道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。目前国外的成熟材料可以满足34 MPa/620 ℃参数条件的要求。

    ( 9~12)%Cr 马氏体钢是动力管道的重要材料,T91/P91钢是美国在20 世纪80 年代开发的一种综合性能优异的9%Cr钢, 目前在我国的亚临界和超临界机组中得到了广泛的应用。在P91 钢的基础上, 通过以W取代部分Mo 获得的T92/P92 和E911 (T911/P911) 两种新型钢种,其高温强度比P91钢都有不同程度的提高, 它们是目前超超临界机组( 蒸汽温度小于620 ℃)高温蒸汽管道的主要材料。下一代的( 9~12)%Cr 马氏体钢将上进一步增加W 含量并添加Co, 即NF12和SAVE12 等, 预计使用温度可以达到650 ℃。

    Ni基高温合金在目前的蒸汽发电机组中仅用于叶片和紧固件。如果蒸汽参数提高到700 ℃以上,设计中要求联箱和主蒸汽管道在最高750 ℃下工作, 这远远超出了铁素体钢的能力,而奥氏体钢的热疲劳问题限制了其使用的可行性,因此Ni基高温合金管道的研发将是700度高效超超临界机组发展的重点技术。

    目前,电站动力管道中主蒸汽,再热冷段和热段蒸汽管道,高压给水管道的管道和管件主要依靠进口,国产化刚刚开始。