700℃先进超超临界机组末级过热器用新型镍铁基高温合金的组织与性能

研究了700℃先进超超临界(A-USC)机组末级过热器用新型镍铁基HT700T高温合金的组织和性能。结果表明:HT700T合金为析出强化型合金,在750℃的组织稳定性较好;合金在750℃时的屈服强度为598 MPa,且热暴露3000 h后其屈服强度仍约为400 MPa;合金在750℃/105h的持久强度为103 MPa;在750℃热暴露104h后,室温冲击功为50 J·cm-2,较热暴露前的略有下降;合金的750℃抗蒸汽氧化性能达到完全抗氧化级,在750℃/2×105h模拟烟灰/烟气条件下的金属腐蚀深度约为0.2 mm;HT700T合金的综合性能基本满足700℃A-USC机组末级过热器的服役性能要求,其工业试制锅炉管已在试验平台上正常运行超过15000 h。

700℃超超临界机组锅炉用617B合金的烟气腐蚀行为研究

使用自制的烟气腐蚀试验装置,在模拟燃用贵州六枝烟煤的烟气/煤灰环境中,研究700℃时617B合金的腐蚀行为。通过光学显微镜、扫描电镜、X射线能谱和X射线衍射,对617B合金的腐蚀层形貌、成分和物相组成进行分析。结果表明:试验前120h,617B合金表面生成了具有保护作用的Cr2O3保护膜,腐蚀速率低;之后,腐蚀速率增大,腐蚀层物相主要为NiCr2O4和少量的CoCr2O4。

C-HRA-1锅炉管在700℃实炉条件下的力学性能及组织演变研究

为进一步评估C-HRA-1锅炉管在700℃先进超超临界(advanced ultra-supercritical,A-USC)火电机组高温受热面中的适用性,对华能南京电厂700℃关键部件试验验证平台上服役的C-HRA-1合金管样进行定期取样和检测分析。结合材料的力学性能测试、显微组织分析和内外壁形貌表征,对最长运行时间达35573h的4组C-HRA-1合金受热面管进行对比研究。结果表明,C-HRA-1锅炉管在室温、700℃高温拉伸的规定塑性延伸强度、抗拉强度和布氏硬度均在服役10523h时达到最大值,然后随服役时间增长逐渐下降,同时冲击性能等也在服役10523h后较备品有明显降低;随后均随服役时间延长缓慢变化。显微组织中的γ′强化相的粗化动力学过程符合LSW理论,内外壁氧化腐蚀层的增厚以高温氧化为主。结果可知,C-HRA-1合金作为700℃A-USC机组高温候选材料,在服役35573h间表现出较好的力学性能和显微组织稳定性。

700℃先进超超临界机组过/再热器材料C-HRA-1合金组织稳定性研究

研制了可工业化规模生产的700℃先进超超临界机组过/再热器用C-HRA-1镍基合金管材。采用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等分析手段,结合热力学计算,研究了C-HRA-1合金在750℃和800℃长期时效处理过程中的组织稳定性。结果表明:C-HRA-1合金管材经固溶处理后冷轧态发生完全再结晶,没有明显析出相;经800℃/12h/AC时效硬化处理后,基体上弥散分布着细小球状的γ′相,且基体中析出少量粒状MC,晶界和孪晶界析出断链状M23C6,M23C6在800℃长期时效处理中逐渐向基体溶解;750℃和800℃长期时效处理过程中,γ′相逐渐粗化并由球形趋向立方状,与时效时间相比,时效温度对γ′相粗化的影响更为显著;750℃和800℃长期时效处理过程中没有发现有害相析出,说明C-HRA-1合金管材在750℃和800℃下具有良好的组织稳定性。

700℃超超临界循环流化床锅炉方案设计研究

在总结国内330 MW和600 MW循环流化床(circulating fluidized bed boiler,CFB)锅炉开发研制及工程经验基础上,进行了蒸汽温度为700℃的350 MW超超临界CFB锅炉方案设计,并对工质流程及关键部件结构进行分析计算和设计研究。具有先进蒸汽参数的350 MW超超临界CFB锅炉采用H型整体布置,4个蒸汽包覆式旋风分离器布置在炉膛两侧,配有相应的紧凑型气动均流换热床。锅炉水冷壁为低质量流速垂直管圈结构。双回路给煤系统可保证均匀可靠地向炉内送入燃料。

700℃超超临界汽轮机关键部件用镍基高温合金选材

700℃等级先进超超临界燃煤发电技术是目前世界各国正在研究中的最先进、经济性最好的发电技术之一。由于蒸汽温度和压力的提高对关键部件的蠕变、疲劳、高温氧化与腐蚀等性能都提出了更苛刻的要求,导致汽轮机关键部件的使用材料发生了巨大的变化。文章对国际上700℃先进超超临界燃煤发电技术中的汽轮机关键部件用镍基高温合金以及选材情况进行了简要的介绍。

C-HRA-2合金在700 ℃先进超超临界(A-USC)锅炉煤灰/烟气环境中的高温腐蚀行为

采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪,分析了C-HRA-2合金在700℃的模拟先进超超临界(A-USC)锅炉煤灰/烟气环境中腐蚀48 h和120 h后表面氧化膜的微观形貌、物相组成和元素分布,并分析了C-HRA-2合金的高温腐蚀行为。结果表明:C-HRA-2合金表面氧化膜主要由外层氧化层、中间混合层和内层硫化物组成;最外层氧化层主要为低熔点的共晶硫酸盐,其下方存在尺寸不一的堎块状NiO层;中间层主要由铬的氧化物、硫酸盐和Mo_(2)S_(3)组成;内层硫化物主要为不连续分布的Mo_(2)S_(3),深入合金基体内部;煤灰与C-HRA-2合金中的钼元素反应,在合金表面生成钼酸盐,随着腐蚀时间的延长,镍不断被氧化,NiO层增厚,硫元素不断向内扩散,Mo_(2)S_(3)硫化物层厚度增加,腐蚀不断加剧。

蒸发吸热比例变化对700℃超超临界机组锅炉设计的影响

与600℃超超临界机组相比,700℃超超临界机组使锅炉蒸发段的吸热比例明显下降,其原因是炉侧烟气释放给水冷壁的纯辐射放热比例无法跟随700℃机组的锅内侧蒸汽吸热比例进行下调,锅内侧的过热度参数选择以及受热面的布置与现役600℃超超临界机组锅炉差异较大。因此,选择合适的过热度、布置蒸汽系统的受热面或设计新的过热器或再热器系统是700℃超超临界机组锅炉需要研究的重点课题。

700℃等级超超临界燃煤锅炉用金属材料应用分析

近年来,世界各国开始着力研发先进超超临界(A-USC)燃煤发电技术,A-USC锅炉设计参数显著提高,其设计温度和压力已经分别达到700℃和35 MPa,对金属材料的高温强度、抗氧化性、抗腐蚀性及焊接性能等提出较高的要求。针对世界各国相继开展的A-USC机组研究项目,本文介绍了各国重点研究的700℃等级A-USC锅炉过(再)热器及高温蒸汽管道可采用的Inconel617、Haynes230、Inconel617B、Nimonic263及Inconel740等镍基高温合金的组织结构、性能及国内外研究进展,并对上述各部件选用镍基合金提出建议,供相关材料研究人员参考。

国际700℃燃煤超超临界发电技术研发进展

700℃等级先进超超临界机组的研发,从1998年欧洲实施AD700计划开始,之后美国、日本等国相继实施本国计划,至今已有14年的时间。在700℃燃煤发电技术高温材料研究和关键部件研制进展上,日本、欧洲和美国均已取得重要进展。就欧洲、日本、美国等国在700℃超超临界燃煤发电技术研发领域的最新进展情况进行介绍,以便更好地推进我国700℃超超临界燃煤发电技术创新工作开展。

我国700℃关键部件验证试验平台方案设计及建设试运相关问题研究

700℃先进超超临界燃煤发电技术能够大幅提高机组的发电效率,并减少污染物及温室气体排放,具有非常重要的意义。而利用700℃关键部件验证试验平台对高温材料和部件进行实炉验证,是700℃技术走向实际工程应用必不可少的一个关键技术环节。文中介绍了我国首个700℃试验平台的研发情况,对材料选择、关键参数、出口边界条件、系统方案设计、关键部件的制造加工、安装调试等方面情况进行了简要介绍。700℃试验平台已顺利实现了投运,并达到了设计参数。未来,将开展长周期的试验验证研究工作。

700℃超超临界对冲燃烧螺旋管圈锅炉水动力计算与壁温安全性分析

为了确保具有较高受热面温度的700℃超超临界锅炉的可靠运行,基于非线性流动网络系统模型,开发出超超临界锅炉水动力计算程序,将同类型锅炉的程序计算结果与电厂实炉数据进行比较,验证了程序的正确可靠性。根据700℃超超临界对冲燃烧螺旋管圈锅炉的结构布置特点,将水冷壁管和各类集箱分别等效成流量回路和压力节点,计算得出在锅炉最大连续蒸发量(BMCR)、50%BMCR和30%BMCR负荷时的水冷壁压降、流量分配、炉膛出口工质温度分布及壁温沿炉膛高度方向的变化趋势。结果表明:各负荷工况下水冷壁金属壁温均在材料允许范围内,该采用螺旋管圈布置的700℃超超临界对冲燃烧锅炉的水动力安全可靠。

700℃超超临界塔式切圆燃烧锅炉水冷壁设计

对700℃超超临界塔式切圆燃烧锅炉的水冷壁进行设计,总体方案为下部炉膛采用螺旋管水冷壁,上部炉膛采用垂直管汽冷壁。以660 MW等级700℃塔式切圆燃烧锅炉为设计对象,确定了其水冷壁的结构参数、热力边界条件和热负荷分布曲线,并对其水动力进行了计算。根据管壁温度和鳍片温度计算结果,确定水冷壁材料为水冷壁管下部采用12Cr1MoVG材料,鳍片采用12Cr1MoV材料;水冷壁管上部采用SA213-T92材料,鳍片采用SA387-Gr91材料。

700℃先进超超临界锅炉用Ni-Cr-Co基高温合金无缝管的试制

采用真空感应+真空自耗+锻造+热挤压工艺试制出Ni-Cr-Co基高温合金热挤压管坯,通过冷轧+热处理工艺成功开发了Φ44.5 mm×10 mm规格小直径无缝管。检测结果表明:Ni-Cr-Co基高温合金管坯及无缝管制造工艺可靠,成品内外表面质量良好,尺寸精度高;合金管基体为全奥氏体组织,存在较多孪晶,纵向平均晶粒尺寸约为72.31μm;25~700℃拉伸性能、室温冲击性能、硬度、工艺性能优良,可满足使用要求。

700℃先进超超临界锅炉候选合金GH984G的热拉伸行为研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机对GH984G合金在应变速率为1s^(-1)、温度在1000~1175℃范围内进行了热拉伸试验,并对拉伸后试样断口及轴向显微组织进行了分析,以评估GH984G合金的热拉伸行为。结果表明:GH984G合金在1000~1175℃拉伸时具有良好的塑性,断面收缩率均≥85.4%,在1100℃时塑性最好,断面收缩率为96.2%;合金在不同温度下的拉伸断口均发生了明显的截面颈缩现象,断口缩减量、单位面积内韧窝及孔洞数量均随着温度的升高而逐渐增加,温度升到1100℃时,断口缩减量、单位面积内韧窝及孔洞数量最大,塑性最佳。温度进一步升高,断口缩减量、韧窝及孔洞数量开始缓慢减小,温度超过1150℃时,明显减小,塑性下降;合金的动态再结晶面积分数随温度的升高而逐渐增加,温度在1050~1200℃时发生了完全动态再结晶。拉伸应变速率为1s-1时,GH984G合金最佳的热变形温度范围为1050~1175℃。

700℃超超临界一次再热П型锅炉水动力特性及壁温分布规律研究

为了掌握700℃超超临界机组锅炉水动力特性和壁温分布规律,以某600MW,35MPa/700℃/720℃超超临界一次再热П型锅炉为例,采用通用水动力计算方法对700℃超超临界机组锅炉的水动力特性和壁温分布规律进行了数值计算和分析。结果表明,随着高度的增加,水冷壁管内工质温度基本呈线性增加,管壁壁温也随之升高,换热温差沿程变化不大,大比热容区流体换热性能良好,有效地抑制了高热负荷区域壁温的峰值。螺旋管圈水冷壁能够有效地控制700℃超超临界机组锅炉水冷壁的壁温偏差。但是,由于700℃锅炉工作参数的提升,水冷壁出口壁温仍然高达520℃左右,这对锅炉水冷壁材料和锅炉的实际运行均提出了更高的要求。

700℃先进超超临界燃煤电站汽轮机高位布置方案可行性研究

通过对塔式炉主蒸汽系统管道和高温再热蒸汽管道的应力计算,论证了700℃先进超超临界燃煤电站(A-USC)汽轮机高位布置方案的可行性,表明高位布置方案是实现700℃A-USC电站商业化运行的有效途径。

700℃煤电机组锅炉炉内烟气侧热偏差的抑制

700℃超超临界锅炉蒸汽参数高,热强度大,要求热偏差尽量小,所以需要确定700℃超超临界锅炉炉内热偏差的优化方法。初步设计了炉膛尺寸,用GAMBIT软件建立了几何模型并进行了网格划分,选取影响其炉膛出口烟气热偏差的3个主要因素:一、二次风入射角度、燃尽风反切角度以及燃尽风率。设计了3因素3水平正交试验表,对正交试验表中的9个工况进行了模拟计算,并对模拟结果进行了极差分析和方差分析,结果表明:燃尽风反切角度和一、二次风入射角度对炉膛出口烟气热偏差影响为高度显著因素,且燃尽风反切角最显著,燃尽风率为显著因素。进一步研究后得出:当一次风偏转2°、二次风偏转17°、燃尽风反切25°、燃尽风率为0.40时,炉膛出口的烟气热偏差最小,此时的烟气热偏差值仅为8.30 K。

700℃超超临界燃煤发电机组系统设计研发现状

对国外700℃先进超超临界燃煤发电机组系统设计的研发现状进行了分析和综述。介绍了3种先进的汽水循环系统以及电站及组件的优化设计方案。同时提出了可以进一步开展的研究内容,旨在推动我国700℃先进超超临界燃煤发电技术的研究工作。

B、P对一种700℃超超临界汽轮机用高温合金微观组织和力学性能的影响

研究了B、P对一种新型700℃超超临界燃煤发电汽轮机用镍铁基变形高温合金GH2107微观组织及力学性能的影响。结果表明:合金中析出相主要为γ′相、M3B2硼化物、MC和M_(23)C_6碳化物。B抑制合金中M_(23)C_6的析出和长大,阻止晶界粗化,并通过提高晶界结合力和阻碍晶间裂纹萌生来强化合金。P促进M_(23)C_6析出和长大,助长晶界粗化,但是P能抑制裂纹在试样表面萌生和扩展,P原子团还会阻碍晶界滑动与位错滑移。室温下,B、P对晶界的强化作用较弱,晶界为薄弱区,而在高温下,B、P对晶界起到了很好的强化作用。当B含量过高时,将与P产生竞争偏析,降低合金的抗拉伸强度和持久寿命。