高压锅炉管讲义|火力发电锅炉用无缝钢管评述|锅炉管分析

1.      前言

    国民经济的快速发展及人民生活水平的提高都促使电力工业的发展，根据我国资源情况，现阶段以及将来相当长一段时间，利博国际我国仍以火电为主。

我国现已系列设计制造12.5万KW，20万KW，30万KW，60万KW亚临界，60万KW超临界（SC），60万KW超超临界（USC）和100KW超超临界（USC）燃煤火力发电机组。

截止2009年底，我国发电装机87407万KW（8.74亿KW），其中火电65205万KW（6.52亿KW）,占74.6%，水电19679万KW（1.96亿KW）占22.5%，核电908万KW占1%，汽电1613万KW，占1.9%。

2009年发电量35964亿KW.h，其中火电为29867亿KW.h，占83%，水电为5127亿KW.h占14%，核电为700亿KW.h，占1.9%，汽电为269亿KW.h，占0.7%，我国发电装机容量和全年发电量居世界第二位。

我国年人均用电量为2696KW.h，相当于美国的1/7，日本的1/4，韩国的1/3.年人均生活用电量为380KW.h，相当于美国1/20，日本1/10，因此发展电力工业仍然是首要的、长期的任务。

预计2010年全国发电装机容量为9.5亿KW。到2015年为12.5亿KW。到2020年为16亿KW以上，即十二五计划，十三五计划每年6000万KW~7000万KW计划增加装机容量。

2.      电站锅炉介绍

2.1锅炉概念及作用

锅炉是一种生产蒸汽或热水的动力设备，一般由“锅”和“炉”两部分组成。

锅是指锅炉的汽水系统。炉是指汽，烟及燃烧系统。

锅炉组成：

锅炉本体：炉膛、烟道、炉墙、构架

          受热面（水冷壁，过热器，再热器，省煤器，顶棚管）

附属设备：送汽机，引汽机，燃料制备系统，除渣系统。

2.2锅炉作用：把燃料的化学能转换成热能，把热能传递给锅炉的水，将水变成蒸汽。变成高温高压的水蒸汽。通入汽轮机叶栅进入汽缸带动汽轮机转动，再带动发动机的转子转动发出电。

2.3锅炉的分类

按用途分：生活锅炉、工业锅炉、船舶锅炉、电站锅炉。

按燃料分：燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉。

按汽水流动：自然循环锅炉、强制循环炉、直流炉。

按电功率分：50MW（5万KW）、125MW（12.5万KW）

             200MW（20万KW）、300MW（30万KW）

             600MW（60万KW）、1000MW（100万KW）

按蒸汽压力分：中压锅炉 3.8MPa≤P＜5.4MPa

              次高压锅炉 5.4MPa≤P＜9.8 MPa

              高压锅炉 9.8 MPa≤P＜13.7 MPa

          超高压锅炉 13.7 MPa≤P＜16.7 MPa

          亚临界锅炉 16.7 MPa≤P＜22.1 MPa

          超临界锅炉 22.1 MPa≤P＜27.0 MPa

          超超临界锅炉 P≥27 MPa或额定出口温度≥590℃

注：水的临界参数： Tc＝374.15℃  Pc＝22.129MPa

超临界机组（SC） P 24~26 MPa T 538~566℃

超超临界机组（USC） P 24.1~31 MPa T 580~610℃

（高效超临界机组）HESC

2.4锅炉内的水汽循环

2.5电站锅炉发展史

20世纪30年代  2~4MPa  385~450℃  6000~25000千瓦机组

        40年代 10 MPa   510℃ 5万千瓦机组

        50年代 14 MPa   540~570℃ 10~20万千瓦机组

        60年代 17~18 MPa 540~570℃ 20~60万千瓦机组

20世纪60年代末~70年代 美国出现22 MPa、640℃超临界机组。

当时美国用钢系列：碳钢 SA106B、SA106C、SA210C

                  钼钢 SA209T1a

                  铬-钼钢 T2、T11、T12、T22

                  不锈钢 TP304H。

这时T22高温强度不够，T22和TP304H异种钢焊接问题造成接头泄露，温度高了，水冷壁爆管。使得超临界机组无法运行就又回到540℃亚临界。

20世纪70年代末80年代，美国橡树岭实验室和美国燃烧工程公司在T9基础上研制出T91管，解决了上述问题，锅炉制造很快飞跃到超临界、超超临界。

     这说明了新材料的出现会促进生产，设备制造大步飞跃发展，生产和设备制造的发展又给冶金工作者提出新的高的要求。所以从事于材料工作，从事于冶金工作光荣而艰巨。

中国电站锅炉制造发展：

1955年      第一台6000千瓦机组

1966年前    5万千瓦机组

1974年                       20万千瓦机组

1975年                       30万千瓦机组

20世纪80年代引进美国C-E技术，生产30万千瓦、60万千瓦亚临界机组。

20世纪80~90年代进口超临界机组，60万千瓦、80万千瓦。

20世纪90年代引进超临界技术。东锅引进 巴布科克-日立技术

后运扩成生产超超临界机组       上锅引进阿尔斯通-CE技术

                               哈锅引进日本三菱技术。

2.6火力发电机组发展趋势

我国电力发展基本方针：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，适度发展天然气发电，鼓励新能源发电。

火力燃煤发电，会带来巨大的环境压力，排放的烟气中 SOX、NOX、CO₂

并排出大量的灰渣和污水，酸雨，臭氧层破坏和大气污染。

优化发展煤电，就是淘汰20万KW以下小机组，发展60万KW。特别是100万KW以上的超临界、超超临界机组，配以常规的烟气脱硫。

2.7电站锅炉参数

额定蒸发量    t/h    再热器进口温度  ℃

额定蒸汽压力  MPa   再热器进口压力  MPa

额定蒸汽温度  ℃     再热器出口温度  ℃

                     再热器出口压力  MPa

2.8    我国火力发电机组参数，电厂效率及煤耗

机组MW	蒸汽压力MPa	蒸汽温度℃	电厂效率%	供电煤耗g/kw.h
中压机组 12~25	3.5	450	27	460
高压机组 50~75	9	510	33	390
超高压机组 100~125	13	535	35	360
亚临界机组 200~300	17	535	38	360
超临界机组 600~660	25.5	566	41	300
超超临界机组 600~1000	27	600	45	283.7
超超临界机组 600~1000	30	600	48	265
高超超临界机组 1000		650~700	57	215

3.      电站锅炉常用钢管种类及许用温度

钢类	小管 水冷壁、顶棚管 过热器、再热器、省煤器		大管 蒸汽管道 集箱 导管
	钢种	使用温度 ℃	钢种	使用温度 ℃
碳钢	20G、20MnG、25MnG SA106B、SA106C、SA210C	≤480 （450）	20G、SA106B、SA106C SA210C	≤430
			15NiCuMoNbCu（WB36）	≤450
			P1	≤500
钼钢	15MoG、20MoG、15Mo3 SA209T1a	≤530
铬钼钢	12CrMoG、T2	≤540	P2、12CrMoG	≤510
	T11、T12、15CrMoG	≤560 （550）	P11、P12、15CrMoG	≤550 （540）
	T22、12Cr2MoG、10CrMo910	≤570	P22、12Cr2MoG	≤555
铬钼钒钢	12CrMoVG	≤580 （560~570）	12Cr1MoVG	≤565
多元 合金耐 热钢	钢102（12Cr2MoWVTiB）	≤600	钢102	≤580
	T23、T24	≤600	P23、P24	≤575 （550）
	T91（10Cr9Mo1VNbN）	≤650 （620~630）	P91（10Cr9Mo1VNbN）	≤600 （590）
	T92（10Cr9MoW2VNbN）	≤650	P92（10Cr9MoW2VNbN）	≤625
不锈钢	TP304H TP347H TP347HFG SUPER304H	≤650
	HR3C	≤650~700

4.      电站锅炉用钢管要求

电站锅炉使用的钢管在高温高压下长期工作。并受高温烟气、水蒸汽的冲刷腐蚀。

4.1性能要求：①持久强度

              ②高温抗氧化性，耐蚀性

              ③足够的组织稳定性

              ④好的可焊性

              ⑤良好的冷加工性和热加工性

              力学性能要求：抗拉强度 Rm   MPa

                            下屈服强度 Rel   MPa

                            断后伸长率  A%

                            冲击吸收能量   J

                            硬度      布氏硬度   HBW

                                      维氏硬度   HV

                                       洛氏硬度  HRc、HRB

4.2规格要求 外径，壁厚，长度

4.3弯曲度、不圆度、壁厚不均

4.4表面质量

4.5化学成分

4.6金相组织

4.7工艺性能试验、压扁、弯曲

4.8无损检验 超声波探伤按GB/T5777-2008 L2级

4.9水压试验

5  2010年大口径厚壁管需求

1.2010年全国估算生产8000万千瓦电站锅炉需20万吨大口径厚壁管

              碳钢管  7万吨左右

              合金钢管     13万吨左右（其中P91、P92约3.5万吨）

规格分布：  Φ168~273       1.6万吨左右

                     Φ273~335       1.6万吨左右

                     Φ335~460         3.0万吨左右

                     Φ460~720         10.0万吨左右（其中P91、P92 2万吨）

                     Φ720以上          3.8万吨左右（其中P91、P92 1.3万吨）

2.全国几大锅炉厂：  哈尔滨锅炉厂有限责任公司

                                   东方锅炉（集团）股份有限公司

                                   上海锅炉厂有限公司

                                   武汉锅炉股份有限公司

                                   北京巴威公司

八、2010年全国火力发电系统四大管道情况（估算安装6000万千瓦机组）

       1.主蒸汽管道

       使用钢种 P91、P92、P122、SUPER304

       使用规格 内径300~400mm，壁厚 30~70mm

       使用重量      2万吨左右

       2.再热蒸汽热段管

       使用钢种 P22、P91、P92

       使用规格 内径450~700mm，壁厚30~70mm

       使用重量 1.6万吨左右

       3.再热蒸汽冷段管

       使用钢种 SA106B、15Mo3G、20G、A672B0CL32（焊管）

       使用规格 550~810mm‘壁厚12~40mm

       使用重量 0.6万吨

       4.高压给水管

       使用钢种 20G、SA106B、15NiMnMoNbCu（WB36）

       使用规格 外径300~700mm，壁厚12~70mm

       使用重量 1.0万吨

四大管道合计约需5.2万吨