高壓鍋爐管講義|火力發(fā)電鍋爐用無(wú)縫鋼管評述|鍋爐管分析
1. 前言
國民經(jīng)濟的快速發(fā)展及人民生活水平的提高都促使電力工業(yè)的發(fā)展，根據我國資源情況，現階段以及將來(lái)相當長(cháng)一段時(shí)間，利博國際我國仍以火電為主。
我國現已系列設計制造12.5萬(wàn)KW，20萬(wàn)KW，30萬(wàn)KW，60萬(wàn)KW亞臨界，60萬(wàn)KW超臨界（SC），60萬(wàn)KW超超臨界（USC）和100KW超超臨界（USC）燃煤火力發(fā)電機組。
截止2009年底，我國發(fā)電裝機87407萬(wàn)KW（8.74億KW），其中火電65205萬(wàn)KW（6.52億KW）,占74.6%，水電19679萬(wàn)KW（1.96億KW）占22.5%，核電908萬(wàn)KW占1%，汽電1613萬(wàn)KW，占1.9%。
2009年發(fā)電量35964億KW.h，其中火電為29867億KW.h，占83%，水電為5127億KW.h占14%，核電為700億KW.h，占1.9%，汽電為269億KW.h，占0.7%，我國發(fā)電裝機容量和全年發(fā)電量居世界第二位。
我國年人均用電量為2696KW.h，相當于美國的1/7，日本的1/4，韓國的1/3.年人均生活用電量為380KW.h，相當于美國1/20，日本1/10，因此發(fā)展電力工業(yè)仍然是首要的、長(cháng)期的任務(wù)。
預計2010年全國發(fā)電裝機容量為9.5億KW。到2015年為12.5億KW。到2020年為16億KW以上，即十二五計劃，十三五計劃每年6000萬(wàn)KW~7000萬(wàn)KW計劃增加裝機容量。
2. 電站鍋爐介紹
2.1鍋爐概念及作用
鍋爐是一種生產(chǎn)蒸汽或熱水的動(dòng)力設備，一般由“鍋”和“爐”兩部分組成。
鍋是指鍋爐的汽水系統。爐是指汽，煙及燃燒系統。
鍋爐組成：
鍋爐本體：爐膛、煙道、爐墻、構架
受熱面（水冷壁，過(guò)熱器，再熱器，省煤器，頂棚管）
附屬設備：送汽機，引汽機，燃料制備系統，除渣系統。
2.2鍋爐作用：把燃料的化學(xué)能轉換成熱能，把熱能傳遞給鍋爐的水，將水變成蒸汽。變成高溫高壓的水蒸汽。通入汽輪機葉柵進(jìn)入汽缸帶動(dòng)汽輪機轉動(dòng)，再帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機的轉子轉動(dòng)發(fā)出電。
2.3鍋爐的分類(lèi)
按用途分：生活鍋爐、工業(yè)鍋爐、船舶鍋爐、電站鍋爐。
按燃料分：燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐。
按汽水流動(dòng)：自然循環(huán)鍋爐、強制循環(huán)爐、直流爐。
按電功率分：50MW（5萬(wàn)KW）、125MW（12.5萬(wàn)KW）
200MW（20萬(wàn)KW）、300MW（30萬(wàn)KW）
600MW（60萬(wàn)KW）、1000MW（100萬(wàn)KW）
按蒸汽壓力分：中壓鍋爐 3.8MPa≤P＜5.4MPa
次高壓鍋爐 5.4MPa≤P＜9.8 MPa
高壓鍋爐 9.8 MPa≤P＜13.7 MPa
超高壓鍋爐 13.7 MPa≤P＜16.7 MPa
亞臨界鍋爐 16.7 MPa≤P＜22.1 MPa
超臨界鍋爐 22.1 MPa≤P＜27.0 MPa
超超臨界鍋爐 P≥27 MPa或額定出口溫度≥590℃
注：水的臨界參數： Tc＝374.15℃ Pc＝22.129MPa
超臨界機組（SC） P 24~26 MPa T 538~566℃
超超臨界機組（USC） P 24.1~31 MPa T 580~610℃
（高效超臨界機組）HESC
2.4鍋爐內的水汽循環(huán)
2.5電站鍋爐發(fā)展史
20世紀30年代 2~4MPa 385~450℃ 6000~25000千瓦機組
40年代 10 MPa 510℃ 5萬(wàn)千瓦機組
50年代 14 MPa 540~570℃ 10~20萬(wàn)千瓦機組
60年代 17~18 MPa 540~570℃ 20~60萬(wàn)千瓦機組
20世紀60年代末~70年代 美國出現22 MPa、640℃超臨界機組。
當時(shí)美國用鋼系列：碳鋼 SA106B、SA106C、SA210C
鉬鋼 SA209T1a
鉻-鉬鋼 T2、T11、T12、T22
不銹鋼 TP304H。
這時(shí)T22高溫強度不夠，T22和TP304H異種鋼焊接問(wèn)題造成接頭泄露，溫度高了，水冷壁爆管。使得超臨界機組無(wú)法運行就又回到540℃亞臨界。
20世紀70年代末80年代，美國橡樹(shù)嶺實(shí)驗室和美國燃燒工程公司在T9基礎上研制出T91管，解決了上述問(wèn)題，鍋爐制造很快飛躍到超臨界、超超臨界。
這說(shuō)明了新材料的出現會(huì )促進(jìn)生產(chǎn)，設備制造大步飛躍發(fā)展，生產(chǎn)和設備制造的發(fā)展又給冶金工作者提出新的高的要求。所以從事于材料工作，從事于冶金工作光榮而艱巨。
中國電站鍋爐制造發(fā)展：
1955年 第一臺6000千瓦機組
1966年前 5萬(wàn)千瓦機組
1974年 20萬(wàn)千瓦機組
1975年 30萬(wàn)千瓦機組
20世紀80年代引進(jìn)美國C-E技術(shù)，生產(chǎn)30萬(wàn)千瓦、60萬(wàn)千瓦亞臨界機組。
20世紀80~90年代進(jìn)口超臨界機組，60萬(wàn)千瓦、80萬(wàn)千瓦。
20世紀90年代引進(jìn)超臨界技術(shù)。東鍋引進(jìn) 巴布科克-日立技術(shù)
后運擴成生產(chǎn)超超臨界機組 上鍋引進(jìn)阿爾斯通-CE技術(shù)
哈鍋引進(jìn)日本三菱技術(shù)。
2.6火力發(fā)電機組發(fā)展趨勢
我國電力發(fā)展基本方針：提高能源效率，保護生態(tài)環(huán)境，加強電網(wǎng)建設，大力開(kāi)發(fā)水電，優(yōu)化發(fā)展煤電，積極發(fā)展核電，適度發(fā)展天然氣發(fā)電，鼓勵新能源發(fā)電。
火力燃煤發(fā)電，會(huì )帶來(lái)巨大的環(huán)境壓力，排放的煙氣中 SOX、NOX、CO2
并排出大量的灰渣和污水，酸雨，臭氧層破壞和大氣污染。
優(yōu)化發(fā)展煤電，就是淘汰20萬(wàn)KW以下小機組，發(fā)展60萬(wàn)KW。特別是100萬(wàn)KW以上的超臨界、超超臨界機組，配以常規的煙氣脫硫。
2.7電站鍋爐參數
額定蒸發(fā)量 t/h 再熱器進(jìn)口溫度 ℃
額定蒸汽壓力 MPa 再熱器進(jìn)口壓力 MPa
額定蒸汽溫度 ℃ 再熱器出口溫度 ℃
再熱器出口壓力 MPa
2.8 我國火力發(fā)電機組參數，電廠(chǎng)效率及煤耗
|
機組MW |
蒸汽壓力MPa |
蒸汽溫度℃ |
電廠(chǎng)效率% |
供電煤耗g/kw.h |
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中壓機組 12~25 |
3.5 |
450 |
27 |
460 |
|
高壓機組 50~75 |
9 |
510 |
33 |
390 |
|
超高壓機組 100~125 |
13 |
535 |
35 |
360 |
|
亞臨界機組 200~300 |
17 |
535 |
38 |
360 |
|
超臨界機組 600~660 |
25.5 |
566 |
41 |
300 |
|
超超臨界機組 600~1000 |
27 |
600 |
45 |
283.7 |
|
超超臨界機組 600~1000 |
30 |
600 |
48 |
265 |
|
高超超臨界機組 1000 |
|
650~700 |
57 |
215 |
3. 電站鍋爐常用鋼管種類(lèi)及許用溫度
|
鋼類(lèi) |
小管
水冷壁、頂棚管
過(guò)熱器、再熱器、省煤器 |
大管
蒸汽管道 集箱 導管 |
|
鋼種 |
使用溫度 ℃ |
鋼種 |
使用溫度 ℃ |
|
碳鋼 |
20G、20MnG、25MnG
SA106B、SA106C、SA210C |
≤480
（450） |
20G、SA106B、SA106C
SA210C |
≤430 |
|
|
|
|
15NiCuMoNbCu（WB36） |
≤450 |
|
|
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P1 |
≤500 |
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鉬鋼 |
15MoG、20MoG、15Mo3
SA209T1a |
≤530 |
|
|
|
鉻鉬鋼 |
12CrMoG、T2 |
≤540 |
P2、12CrMoG |
≤510 |
|
T11、T12、15CrMoG |
≤560
（550） |
P11、P12、15CrMoG |
≤550
（540） |
|
T22、12Cr2MoG、10CrMo910 |
≤570 |
P22、12Cr2MoG |
≤555 |
|
鉻鉬釩鋼 |
12CrMoVG |
≤580
（560~570） |
12Cr1MoVG |
≤565 |
|
多元
合金耐
熱鋼 |
鋼102（12Cr2MoWVTiB） |
≤600 |
鋼102 |
≤580 |
|
T23、T24 |
≤600 |
P23、P24 |
≤575
（550） |
|
T91（10Cr9Mo1VNbN） |
≤650
（620~630） |
P91（10Cr9Mo1VNbN） |
≤600
（590） |
|
T92（10Cr9MoW2VNbN） |
≤650 |
P92（10Cr9MoW2VNbN） |
≤625 |
|
不銹鋼 |
TP304H
TP347H
TP347HFG
SUPER304H |
≤650 |
|
|
|
HR3C |
≤650~700 |
|
|
4. 電站鍋爐用鋼管要求
電站鍋爐使用的鋼管在高溫高壓下長(cháng)期工作。并受高溫煙氣、水蒸汽的沖刷腐蝕。
4.1性能要求：①持久強度
②高溫抗氧化性，耐蝕性
③足夠的組織穩定性
④好的可焊性
⑤良好的冷加工性和熱加工性
力學(xué)性能要求：抗拉強度 Rm MPa
下屈服強度 Rel MPa
斷后伸長(cháng)率 A%
沖擊吸收能量 J
硬度 布氏硬度 HBW
維氏硬度 HV
洛氏硬度 HRc、HRB
4.2規格要求 外徑，壁厚，長(cháng)度
4.3彎曲度、不圓度、壁厚不均
4.4表面質(zhì)量
4.5化學(xué)成分
4.6金相組織
4.7工藝性能試驗、壓扁、彎曲
4.8無(wú)損檢驗 超聲波探傷按GB/T5777-2008 L2級
4.9水壓試驗
5 2010年大口徑厚壁管需求
1.2010年全國估算生產(chǎn)8000萬(wàn)千瓦電站鍋爐需20萬(wàn)噸大口徑厚壁管
碳鋼管 7萬(wàn)噸左右
合金鋼管 13萬(wàn)噸左右（其中P91、P92約3.5萬(wàn)噸）
規格分布： Φ168~273 1.6萬(wàn)噸左右
Φ273~335 1.6萬(wàn)噸左右
Φ335~460 3.0萬(wàn)噸左右
Φ460~720 10.0萬(wàn)噸左右（其中P91、P92 2萬(wàn)噸）
Φ720以上 3.8萬(wàn)噸左右（其中P91、P92 1.3萬(wàn)噸）
2.全國幾大鍋爐廠(chǎng)： 哈爾濱鍋爐廠(chǎng)有限責任公司
東方鍋爐（集團）股份有限公司
上海鍋爐廠(chǎng)有限公司
武漢鍋爐股份有限公司
北京巴威公司
八、2010年全國火力發(fā)電系統四大管道情況（估算安裝6000萬(wàn)千瓦機組）
1.主蒸汽管道
使用鋼種 P91、P92、P122、SUPER304
使用規格 內徑300~400mm，壁厚 30~70mm
使用重量 2萬(wàn)噸左右
2.再熱蒸汽熱段管
使用鋼種 P22、P91、P92
使用規格 內徑450~700mm，壁厚30~70mm
使用重量 1.6萬(wàn)噸左右
3.再熱蒸汽冷段管
使用鋼種 SA106B、15Mo3G、20G、A672B0CL32（焊管）
使用規格 550~810mm‘壁厚12~40mm
使用重量 0.6萬(wàn)噸
4.高壓給水管
使用鋼種 20G、SA106B、15NiMnMoNbCu（WB36）
使用規格 外徑300~700mm，壁厚12~70mm
使用重量 1.0萬(wàn)噸
四大管道合計約需5.2萬(wàn)噸
