700℃ A-USC电站锅炉材料专利分析与研究

以中国专利局、美国专利商标局、欧洲专利局世界专利等数据库中检索到的已公开发布的相关专利为研究样本,对专利的特征进行了统计和分析。结果表明:目前检索到700℃先进超超临界(A-USC)电站锅炉主要候选材料的核心发明专利为13项,主要包括Inconel 740/740H、Inconel 617/617B、HR6W、Sanicro 25、GH2984等牌号合金;其中Inconel 617/617B和GH2984的专利已过期,且未检索到最新专利;有关Inconel 740/740H、HR6W和Sanicro 25等合金的专利分别在近年申请并获得授权,专利的保护范围主要针对合金的成分、组织、用途、制备方法等方面,且这些专利保护的范围很广,有效地保护了合金的知识产权。

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。

超超临界锅炉末级过热器异种钢焊接接头断裂原因分析与预防

对某电厂开裂的超超临界锅炉末级过热器F91/TP310HNbN异种钢焊接接头进行分析,包括宏观形貌检查、几何尺寸测量、金相组织检验、扫描电镜断口形貌分析和维氏硬度试验。结果表明:异种钢焊接接头开裂是焊缝的化学成分、组织、力学性能和物理性能与不锈钢侧母材差异较小,而与F91侧母材差异较大,导致F91侧焊缝熔合线附近成为整个接头的薄弱环节,再加上多种应力作用共同造成的。预防异种钢焊接接头早期失效应选用更为合适的焊材进行焊接,并在机组停机时加强金属监督检验。

超超临界锅炉用新型奥氏体耐热钢HR3C的高温时效脆化研究

通过冲击性能试验、光镜、透射电镜和扫描电镜等方法对超超临界机组用新型奥氏体耐热钢HR3C经650℃时效不同时间后的冲击韧度和显微组织变化进行了研究。结果表明,HR3C钢在650℃时效过程中具有较明显的时效脆化倾向,时效500 h后冲击韧度由时效前的351.7 J/cm2降低到40 J/cm2以下,而后随着时效时间的延长(直至6000 h),冲击韧度基本稳定在20～25 J/cm2;HR3C钢长时时效后的断裂形式主要是以沿晶断裂为主的脆性断裂;时效初期HR3C钢冲击韧度降低的主要原因是由于沿晶析出较多网状M23C6和少量σ沉淀相造成的;时效后期,M23C6出现聚集、球化、长大,但由于σ相的析出量增加,使该钢时效6000 h后的冲击韧度仍保持在较低的水平。

超超临界塔式炉T23水冷壁早期失效分析

对国内多台超超临界塔式炉T23水冷壁早期失效案例进行了统计,对典型失效管样进行宏观和微观分析,测试接头的力学性能,在此基础上分析失效机理及主要影响因素。研究结果表明,失效是由于焊缝产生横向裂纹,裂纹沿晶界扩展。初步判断裂纹性质为楔形蠕变裂纹。合金过饱和固溶使焊缝处于高硬度水平是产生楔形蠕变裂纹的内因,水冷壁密集焊缝结构使接头部位的拉伸应力增大,它与内压应力叠加提供了裂纹形成和扩展的力学条件。降低焊缝硬度和细化晶粒有利于避免失效。

电厂锅炉单耗分析模型及其应用

根据单耗分析理论,将锅炉各受热面的工质吸热量视为不同的热产品,分析生产这些热产品所经过的从燃料到理论燃烧温度下的烟气热流,再到实际燃烧放热温度下的烟气热流,最后到热产品具有的工质热流共3个不可逆热力学过程及其附加燃料单耗,建立了一套完整的电厂锅炉单耗分析模型;并针对某超临界机组系统及其热力参数,在热力计算的基础上,进行了锅炉单耗分析.结果表明:工质在省煤器吸热获得热流是最小的,其效率最低;从理论上证明了锅炉省煤器的概念名不副实,它的存在成为燃煤火电机组发电效率进一步提高的制约因素.

单耗分析理论与超(超)临界机组机炉参数匹配问题研究

本文简要介绍了能源利用的单耗分析理论,并将其应用于锅炉和发电机组,推导出其第二定律效率。结果显示锅炉不仅取决于其热效率,更重要的是取决于其热产品的品位。省煤器一直是锅炉必备设备,但分析发现其间工质吸热过程是发电厂热力循环的低温部分,称之为省煤器名不副实,它的存在甚至成为机炉参数优化匹配、提高锅炉和发电机组第二定律效率的制约因素。因此本文根据单耗分析理论,提出去掉锅炉省煤器,并开展了机炉参数优化配置问题研究,探讨了进一步提高机组发电效率的途径。

1000MW塔式炉水冷壁T23钢接头短期失效分析

对近年来国内1 000 MW超超临界塔式炉中频发的水冷壁T23接头短期失效案例进行了分析,观察了裂纹的宏观和微观形态,通过OM、SEM和TEM分析了裂纹附近的的显微组织,并测试了接头的力学性能。通过有限元软件模拟了附加应力对裂纹形成的影响。最后在上述此基础上判断裂纹的性质,阐明其形成机理,并提出预防措施。结果表明,裂纹为蠕变沿晶裂纹,沿焊缝横向分布在管子的6点钟或12点钟位置。焊态焊缝形成了较多高硬度的马氏体,其在运行后的室温冲击韧性很低。这种焊缝在水冷壁工作温度下具有蠕变脆性,在结构附加应力和疲劳载荷的作用下易于发生蠕变沿晶开裂。选择低强度等级焊材、进行焊后热处理、细化晶粒和减小水平方向的结构应力有助于抑制裂纹。

超超临界锅炉主汽温控制系统的建模研究

为了提高大型超超临界锅炉的控制水平,最首要的工作就是要了解锅炉运行的热工特性并在此基础上建立适用于控制器设计的模型。针对传统传递函数模型精确度不高的问题,分析了目前超超临界锅炉主汽温控制系统的特点,挖掘机组已有的运行数据,总结了数据选取经验和数据预处理方法,利用修正后的量子粒子群算法进行传递函数参数辨识,进而得到锅炉燃烧系统中主汽温控制系统的线性传递函数模型,使主汽温控制系统的大惯性特性定量化,给出了主汽温控制系统的辨识结果。得到的传递函数为主蒸汽温度的自动控制系统设计与优化提供了参考。

模拟燃用高硫煤锅炉烟气环境中Haynes 282合金的腐蚀行为

为了研究先进超超临界候选合金在燃用我国典型煤种的烟气/煤灰条件下的腐蚀行为和机理,本文以700℃先进超超临界机组锅炉关键部件候选材料镍基合金Haynes 282为研究对象,在模拟燃用国产高硫煤的650、700、750℃烟气/煤灰腐蚀环境中进行烟气腐蚀试验,通过腐蚀动力学曲线、X射线衍射、扫描电镜、X射线能谱研究了其高温烟气腐蚀行为及腐蚀产物生成机理。结果表明:在650℃时腐蚀速率最低,机理以高温氧化为主,腐蚀产物主要为Cr_2O_3;700、750℃时,合金均发生一定程度第二类硫酸盐型热腐蚀,腐蚀产物均呈内外双层结构,外层富O、Ni、Co,内层富O、Cr、S、Mo;700℃时腐蚀速率最快,低熔点共晶盐挥发程度加剧导致了750℃时腐蚀速率略有下降,650℃时腐蚀速率最低。

蒸汽温度700℃超超临界锅炉受热面选材研究

报道了蒸汽温度700℃超超临界锅炉水冷壁和过热器等受热面部件的材料性能,分析了12Cr1Mo VG,T23,T24,T91,T92,T122,VM12 SHC,TP347H,TP347HFG,Super304H,TP310HCb N,Sanicro25,HR6W,617Mod和740H管子制造700℃超超临界锅炉水冷壁和过热器等受热面的适用温度范围,提出了700℃超超临界锅炉水冷壁和过热器等受热面选材建议。

超超临界机组主汽压控制系统的辨识研究

针对热工对象传递函数模型辨识精度不高的问题,提出一种新的建模方法。首先对1000MW超超临界机组锅炉主汽压控制系统进行了动态特性分析,将传统的相关函数法与智能粒子群算法相结合,挖掘和筛选电厂的现场运行历史数据,对该系统进行了传递函数建模。最后,得到了主汽压控制系统的传递函数,并用其他时段的现场数据进行了模型的验证。辨识得到的模型能够代表同类机组一段时间内的热工特性,为大型超超临界锅炉的控制器设计与优化奠定了基础。

宝钢T92钢管母材性能试验与应用评价

论述了对宝钢生产的T92高压锅炉管所做的成分、室温拉伸、高温拉伸、冲击性能、持久强度、金相检验等试验结果,并对挂炉1年后的T92管进行对比检验分析,讨论宝钢T92钢的组织、性能稳定性。试验表明,宝钢T92高压锅炉管各项技术指标和性能均符合GB 5310—2008及ASMESA213标准要求,挂炉1年后的T92管在650、625℃持久强度分别为78.8、98.7 MPa,高于GB 5310、EN10216对T92钢持久强度要求,适用于超(超)临界机组电站锅炉高温受热面管。

S31042钢使用82型焊材焊接接头的显微组织和力学性能

通过力学性能试验、光学金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜研究了S31042钢使用82型焊材焊接接头高温时效后的显微组织和力学性能.结果表明,650℃时效3 000 h后,接头的室温抗拉强度和硬度略有升高,但上升幅度低于同材质焊材接头;82型焊材焊接接头的高温持久强度低于同材质焊材接头,只能达到同材质焊接接头的88%.高温时效会使82型焊材焊缝的缺口冲击吸收功下降,但始终保持在70 J以上;82型焊材焊缝强度不足是导致该接头室温强度、持久强度低于同材质焊材焊接接头的主要原因;82型焊材焊缝强度主要源于合金元素的固溶强化,晶界处球状M23C6相的连续网状及亚晶界处针状δ相的簇状分布,对强度提高作用较小,但会降低焊缝的冲击韧性.

电站锅炉用SA-335 P91无缝钢管的研制

SA-335 P91是应用在超临界、超超临界电站锅炉集箱和主蒸汽管道上的关键材料,国内锅炉和电力行业迫切希望宝钢能在SA-213 T91研制的基础上开发这一产品。随着烟台宝钢钢管有限责任公司460PQF连轧管机组的投产,宝钢具备了开发SA-335 P91大口径管的能力。主要介绍宝钢SA-335 P91研制过程,以及材料性能的评定与试验,试验数据表明,宝钢产SA-335 P91性能满足ASME和GB 5310—2008标准要求,可替代进口产品,用于超临界、超超临界电站锅炉的制造。

C-HRA-1镍基合金的焊接工艺性能研究

试验选用2种国产镍基焊材为C-HRA-1镍基高温合金管的焊接接头填充金属,采用手工氩弧焊和热丝TIG焊2种焊接方法,对C-HRA-1进行了焊接试验,了解了C-HRA-1镍基合金的焊接性能及焊接接头的力学性能。初步掌握了C-HRA-1镍基合金的焊接工艺,为700℃先进超超临界锅炉打下了基础。

700℃先进超超临界锅炉SA-213T92水冷壁工地焊焊接工艺研究

介绍了700℃超超临界锅炉SA-213T92水冷壁工地安装焊接工艺可行性,通过模拟工地安装焊接工艺,了解SA-213T92水冷壁工地焊口组装、SA-387Gr91扁钢对接等可焊性工艺试验,试验结果证实SA-213T92管排工地安装是可行的。

700℃超超临界锅炉高温过热器再热器用Sanicro 25新材料焊接工艺研究

试验选用Alloy 617 mod镍基焊材为填充金属,焊接Sanicro 25奥氏体不锈钢管,通过了焊接接头的常温力学性能、高温短时拉伸性能、高温时效性能及高温持久性能试验。结果表明:焊接接头的常温、高温力学性能均满足相关标准的规定。

700℃超超临界锅炉再热器集箱选材分析

介绍了700℃超超临界锅炉再热器集箱候选的GH984G、HR6W铁镍基合金、617B和740H镍基合金等新材料性能。对选用HR6W、617B、740H大口径管制造的不同外径、不同设计温度的700℃超超临界锅炉再热器集箱进行了分析计算,分析了HR6W、617B、740H大口径管用于700℃超超临界锅炉再热器集箱的适用温度范围,提出了700℃超超临界锅炉各温度段再热器集箱选材建议。

C-HRA-1镍基合金焊接接头的高温长期性能研究

叙述了C-HRA-1材料焊接接头的时效态常温力学性能、高温持久试验。试验结果表明,国产焊接材料用于C-HRA-1焊接接头满足使用条件;该材料的焊接工艺技术工作具备了该材料的使用技术准备。