超临界超超临界锅炉金属材料 .pdfVIP

超临界/超超临界锅炉金属材料

1前言

火力发电行业目前面临两方面的压力，首先市场竞争的加剧需要降低发电成本，另一方面人

们对全球环境问题日益关注，要求电厂降低SO、NOx、CO2的排放，满足严格的环保要求。

X

发展洁净煤发电技术是解决这些问题的关键，就目前以及将来一段时间内，在众多的洁净煤

发电技术中超超临界发电技术的继承性和可行性最高，同时具有较高的效率和最低的建设成

本。

发展大容量高参数机组，特别是超超临界机组将是我国火力发电提高发电效率、节约一次能

源、改善环境、降低发电成本的必然趋势。而这一发展与大量新型耐热合金钢材的开发与应

用是分不开的。可以说，电力技术的发展在很大程度上取决于材料技术的发展。开发USC

机组的关键之一，在于开发强度高，耐高温腐蚀、耐汽侧氧化、有良好的焊接和加工性能、

经济上比较合理的新型钢材。自二十世纪九十年代以来，日本和欧盟研发了新的高温钢材，

并经过试验机组的使用考验，从而扫清了发展汽温达600/610℃USC机组的障碍。

2定义

对于火力发电机组，当机组作功介质蒸汽的工作压力大于水的临界状态点压力

（Pc=22.115MPa）时，我们称之为超临界机组。目前常规的超临界机组蒸汽参数一般为

24.2MPa/538/566℃或24.2MPa/566/566℃。

所谓超超临界机组（UltraSupercritical）是相对于常规超临界机组的蒸汽参数而言的，

我国电力百科全书中称：通常把蒸汽压力高于27MPa或汽温高于580℃的超临界机组称为超

超临界机组；

目前国外超超临界机组参数为初压力24.1~31MPa、主蒸汽/再热蒸汽温度

580~600/580~610℃。国内正在建设的超超临界机组参数为在容量上分600MW和1000MW2个

等级；在蒸汽参数上，按汽机主汽门入口处计，采用25或26.5MPa，600℃/600℃，一次再

热。目前USC机组在我国发展迅猛，在建的1000MWUSC机组已有三个工程6台机组，600MWUSC

机组已有二个工程4台机组。还有一些项目正在规划中。

3材料技术在超超临界发电中的作用

超超临界机组相对超临界机组蒸汽温度和压力参数的提高对电站关键部件材料带来了更高

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，

因此材料和制造技术成为发展先进机组的技术核心。

国际上已经在运营或在设计建设阶段的超超临界机组温度参数大多在566－620℃，压力则分

为25MPa、27MPa和30-31MPa三个级别。高的蒸汽参数对电站用钢提出了更苛刻的要求，对

锅炉来说具体表现在：

高温强度对于主蒸汽管道、过热器/再热器管、联箱和水冷壁材料都必须有与高蒸汽参数相

适应的高温持久强度。

高温腐蚀烟气侧的腐蚀是影响过热器、再热器、水冷壁寿命的一个重要因素，当金属温度

提高，烟气腐蚀将大幅度上升，因此超超临界机组中腐蚀问题更加突出。

蒸汽侧的氧化运行温度的提高加剧了过热器、再热器甚至包括联箱和管道等蒸汽通流部件

的蒸汽侧氧化，这将导致三种后果：氧化层的绝热作用引起金属超温；氧化层的剥落在弯头

等处堵塞引起超温爆管以及阀门泄漏；剥落的氧化物颗粒对汽机前级叶片的冲蚀。因此在过

热器、再热器等材料选择中应充分考虑到抗蒸汽氧化及氧化层剥落性能。

热疲劳性能由于机组启停、变负荷和煤质波动引起的热应力，对于主蒸汽管道、联箱、阀

门等厚壁部件，材料的抗热疲劳性能是与高温强度同等重要的指标，应在保证强度的前提下

尽可能选择热导率高和热膨胀系数低的铁素体耐热钢。

对汽机而言，其中的转子、叶片以及其它旋转部件承受巨大的离心力，运行参数的提高对耐

热钢的热强性能提出了更高要求，而汽缸、阀门等由于温度和压力的提高也需要更好的热强

性能，高温紧固件需要有更高的拉伸屈服强度和蠕变松弛强度、在蒸汽环境下的抗应力腐蚀

能力以及足够的韧性、塑性以避免蠕变裂纹形成。机组的启停、变负荷与煤质的波动要求厚

壁部件如转子、缸体、阀门材料有低的热疲劳和蠕变疲劳敏感性。对再热蒸汽温度高于593℃

的低压转子还必须考虑材料在该温度范围内的回火脆性。

4耐热材料的发展

4.1合金元素的作用

（一）碳的作用

随着碳含量的增加，钢的室温强度提高，塑性下降，碳对钢的高温性能影响就比较复杂。

随着含碳量的增加，钢的抗蠕变性能会降低，而且，在高温下长期使用时，其蠕变速度要增

快。

因为含碳量多，在高温时从固溶体中析出的