1. 超超临界机组是主要发展方向


  根据迟成宇等发表在《世界钢铁》期刊上的论文,高压机组和亚临界机组等火电机组热效率低下,分别为33%和41.8%,不仅造成了煤炭资源的大量消耗,同时大量有害气体的排放严重污染环境。


  通过对几种洁净煤燃烧技术的比较,例如超超临界( USC) 、常压循环流化床燃烧( CFBC) 、整体煤气化联合循环( IGCC) 、增压硫化床联合循环( PFBC) 等,从技术难度和可行性方面来看,超超临界燃煤技术更适合我国的情况,在技术方面具有可行性、成熟性与稳定性,可以在短期内迅速发展并产生规模效应。


  超超临界技术在世界各国的现实运行当中也已经被证实是提高燃煤效率、降低发电成本、减少污染物排放的一种切实可行的方法,并已经在欧美及日本等发达国家得到了应用和推广。因此大力发展大容量、高参数值的超超临界燃煤技术已成为我国实现节能减排目标的一种重要手段,也是我国火电机组的主要发展方向。


  结合国家发改委和国家能源局2021年发布的《全国煤电机组改造升级实施方案》,要求新建非热电联产燃煤发电项目原则上要采用 60 万千瓦及以上超超临界机组,且供电煤耗低于 270 克标准煤/千瓦时;对供电煤耗在 300 克标准煤/千瓦时以上的煤电机组,要加快创造条件实施节能改造,对无法改造的机组逐步淘汰关停,并视情况将具备条件的转为应急备用电源。


  要求“十四五”期间改造规模不低于3.5 亿千瓦,稳步推进 650℃等级超超临界燃煤发电技术。由此可见,我国未来几年火电特别是煤电发展的方向是超超临界机组的改造和新建,将带动建设超超临界机组的产品需求。


2. 超超临界锅炉对管道的性能要求更高


 根据张书辉等发表在《新型工业化》期刊上的论文《超超临界锅炉管道用钢的研究现状与发展趋势》,超超临界机组对于锅炉、管道和压力容器的钢材要求很高,处于高压高温状态的蒸汽将会先通过水冷壁,然后为过热器与再热器管,并且先后通过集热箱与主蒸汽管道,在此过程中,其压力与温度将会不断上升。为了确保上述部件能够安全有效地工作,应当采用高温力学性能良好的合金或是耐热钢,现在超超临界锅炉中采用的钢种有HR3C、 S30432、T91与T92等。


  过热器与再热器是锅炉内工质温度最高的部件。过热器主要是将饱和蒸汽加热成过热蒸气;再热器主要用于将汽轮机高压缸的排汽返回锅炉再次加热,然后再送到低压缸膨胀做功,使汽轮机末级叶片的蒸汽湿度控制在允许范围内。


  过热器与再热器分为对流式、屏式和壁式。对流式过(再)热器由蛇形管组成,布置在锅炉水平烟道或尾部竖井,吸收烟气的对流放热量;屏式过(再)热器布置在炉膛内部,吸收炉膛辐射热量,减少烟气扰动,减低热偏差,改善蒸汽气温特性,又分为辐射式和半辐射式,分别布置在炉膛上前部和出口处;壁式过(再)热器紧贴水冷壁或炉墙布置,也成为墙式过热器,常用于低温段过(再)热器。


  高温积灰与高温腐蚀的危害。煤灰中的碱金属接触到受热面管壁时,碱金属发生凝结,在高温烟气中氧化硫作用下,行成致密的白色碱金属硫酸盐积灰层,不仅降低了受热面吸热能力,增加管排间阻力,而且在高温状态下,半熔融状态的硫酸盐会与Fe2O3保护层发生反应行成复合硫酸盐,对金属产生强烈的化学腐蚀作用,从而影响机组运行,缩短设备使用寿命。


S30432耐热不锈钢是目前超超临界电站锅炉过热器及再热器最广泛使用的商用奥氏体类耐热钢之一。


  它是在TP304H的基础上,通过降低Mn含量上限,加入约3%的Cu、约0.45%的Nb和一定量的N,经过高温软化工艺及大变形量冷轧工艺处理,并在高于1150℃条件下固溶处理后具有单一的奥氏体组织,晶粒度在7—8级以上。


  服役过程中在奥氏体晶内逐渐析出微细弥散的富铜相,会辅助产生极佳的强化作用,许用应力也会大幅提高。必要时,根据客户要求可采用内壁喷丸技术来提高不锈钢管材的抗蒸汽氧化能力,延长运行寿命。




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