加快高温高强钢开发满足电力工业需求

LIU1018

加快高温高强钢开发满足电力工业需求

    近年来，随着火电机组建设的快速发展，一大批600～1000MW大容量超超临界（USC）机组相继投入运行，各相关单位对于超超临界引进的新钢种及其焊接技术开展了试验研究和工程应用等工作，积累了大量的科研、技术成果和实践经验。
    为了及时总结超超临界机组锅炉用钢及焊接技术实践经验，推广研究成果，更好地为我国超超临界机组的设计、安装、运行和检修服务，由电力行业电力锅炉压力容器安全监督管理委员会组织的超超临界锅炉用钢及焊接技术协作网（以下简称“协作网”）第三次论坛于2009年7月下旬在天津召开。
    众所周知，电力是安全、高效、清洁的二次能源，在国民经济中起着举足轻重的作用。特别是在21 世纪将是中国经济快速、稳定、持续发展的时期，经济发展需要能源工业尤其是电力工业相应的发展。
    我国电力工业发展的基本方针是：提高能源效率，保护生态环境，加强电网建设，大力开发水电、优化发展煤电，积极发展核电，适度发展天然气，鼓励新能源发电。
    预计到2020 年我国发电总装机容量将达到11.86 亿kW，超过美国跃居世界第一，但是由于我国在一次能源结构中以煤为主，燃煤发电必将带来巨大的环境压力，排放的烟气中含有SOx、NOx 和CO2，并排出大量的灰渣和污水。为了节约能源，减少CO2 排放量，满足环境保护的要求，大容量、高参数（高温、高压）超超临界机组代表了未来电站锅炉发展的趋势，同时随着超超临界机组的发展也必将带动和迫切需要高压锅炉管新产品、新材料的发展和支撑。
    从电站锅炉的设计、制造和实时运行过程中，只有提高蒸汽参数（压力和温度），才能有效提高机组的热效率，降低煤耗，减少CO2 排放量，满足环境保护和节约能源的要求。因此，大容量、高参数超临界机组（按主蒸汽出口压力分类，压力大于22.0MPa 为超临界压力锅炉）、超超临界机组（国际通常把主蒸汽压力在28MPa 以上或主汽、再热汽温在580℃以上的机组定义为超超临界机组）将成为今后电站锅炉的主流。
    日本在1995 年就已将火电机组的主蒸汽参数提高到593℃、压力31MPa，欧洲也在目前超超临界机组主蒸汽参数600℃、压力30MPa 的基础上，进一步发展超超临界机组，并计划在2012 年建成主蒸汽参数700℃、压力37.5MPa 的超超临界机组，美国的目标则更高。
    我国也不例外，自从1955 年我国生产出第一台6MW 火电机组，主蒸汽温度450℃、压力3.82MPa 以来，经过50 多年的不懈努力，也将火电机组的主蒸汽参数提高到600℃、压力26.5MPa，预计在未来10 年左右，我国火电机组蒸汽参数还将从目前600℃、26.5MPa 提高到620～650℃、30MPa，甚至更高。
    截至2008 年底，全国发电装机容量达到79253 万kW。其中，火电达到60132 万kW，约占总容量的75.87%。火电建设继续向着大机组、大容量、超超临界机组、节水环保型方向发展。据统计，目前我国已运行、在建和规划建设中的超超临界机组已达200 台，已运行的1000MW 超超临界机组达10 台。
    虽然我国超超临界机组的发展取得了举世瞩目的成就，但超超临界机组用高温高强度钢材国产化研制和应用性能研究工作还有待加强。对耐高温耐高压金属材料的性能及其随温度使用时间变化规律的研究，以及研发、生产符合有关标准，确保安全稳定运行的国产化新钢种已成为推广应用超超临界技术的关键。
    超超临界机组是通过提高火电机组锅炉蒸汽温度、压力参数提高机组效率，特别是温度参数对效率影响更为显著，而提高蒸汽参数遇到的主要关键技术是金属材料的耐高温、高压及焊接问题。电站锅炉与高压锅炉管有关的主要部件分别是省煤器、水冷壁、过热器、再热器集箱、蒸汽管道等，所处工作环境尽管不同，但是对钢管的要求是一致的，即：钢管要有足够的高温强度,持久强度和塑性，好的抗氧化性能,冲击性能，以及耐高温蒸汽腐蚀、耐煤灰磨损等。
    另外，由于锅炉的主要部件都在锅炉厂制造完成，因此，要求高压锅炉管还要具有良好的冷变性能、性能均匀，尺寸公差及内外表面质量要求严格，并要具有良好的焊接性能和热加工性能。
    根据高压锅炉管的应用特点，要求锅炉钢在冶炼控制技术方面，除化学成分要命中目标以外，还要求锅炉钢纯洁度要高，S、P 有害元素控制要低。特别是S 元素要严格控制，其主要原因是S 元素是引起原晶界弱化的主要杂质元素，是导致钢蠕变脆化的主要因素。炉外精炼是锅炉钢生产必备工序，可使锅炉钢S、P 有害元素得到有效的控制。
    毋庸置疑，超超临界机组的发展是以材料的发展为基础，在高温高压下运行的材料要求具有良好的高温强度和优异的抗氧化性能等，如以1000MW 超超临界机组所需高压锅炉管品种为例，大量地应用了近10年来所涌现的高压锅炉管新产品、新材料，且主要集中在2.25%Cr型、9%Cr 型T23、T91、T92 合金管，以及18-8型、25-20 型S30432（Super304H）和TP310HCbN（HR3C）奥氏体钢管，新产品比例约达到59%。锅炉行业迫切希望我国冶金行业能研制和批量生产这些产品，以替代进口。
    今后我国超超临界机组用新型耐热钢国产化工作要点主要包括：
    稳定国产T91 钢管的质量，开展其高温持久强度，抗烟气腐蚀，抗蒸汽氧化及寿命评估方面的研究工作；进一步研究和掌握P91 钢管的合金化、强韧性强化机理和生产制造、热处理工艺，使国产P91 钢管质量稳定，完善管径、壁厚、品种、规格，形成批量生产；开展T92/P92 钢材的国产化的基础研究，生产制造工艺的试验，尽快实现国产化；加速S30432（Super304H）、TP310HCbN（HR3C）钢国产化的生产制造和挂炉试用工作；同时开展与T91/P91 、T92/P92 、S30432（Super304H）、TP310HCbN（HR3C）钢相匹配的焊接材料的国产化开发工作。
    本次会议由 “协作网”秘书处承担收集整理工作并完成的大会《论文集》分为专题综述与报告、试验研究与分析、性能评价与评估、工艺质量与管理、失效分析与修复及附录6部分，共收录文章100多篇，集中反映了我国超超临界用钢及焊接技术等方面取得的阶段性研究成果和技术发展及认知水平，着力于解决超超临界机组工程建设和运行维修等不同阶段遇到的或可能遇到的实际问题，对我国超超临界机组的建设和运行具有一定的借鉴作用。
    大会安排了《加快超超临界机组用新型高温高强钢开发 确保超超临界机组稳步发展》等16篇学术报告进行了大会交流，来自科研院所、高等院校、电建公司、发电企业、钢材/焊材研究单位的报告人介绍了最新的研究成果，受到与会代表的好评。大会组织与会代表现场考察了超超临界锅炉工厂配管以及管件的生产现场。
    会议还研讨了电力行业未来发展的趋势，对当前电力行业内外针对超超临界锅炉用钢及焊接技术研究的最新成果形成了较为全面的认识。