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1、超超临界火电机组用 T91钢管及锅炉钢技术刘正东钢铁研究总院 结构材料研究所 2010年3月16日 山东莱芜CISRI钢铁研究总院 CISRI目录p发展超超临界火电机组的战略意义p超超临界火电锅炉钢管需求pT91锅炉钢管研制p锅炉钢研发理论的发展p天津钢管厂T91钢实践p连铸T91钢管工业试制-兴澄特钢p钢铁研究总院耐热钢专业设备钢铁研究总院 CISRI发展超超临界火电机组的战略意义浙江玉环电厂-中国第一个超超临界火电机组已于2006年并网钢铁研究总院 CISRI年份容量（亿亿千瓦）火电电（%）水电电（%）核电电（%）新能源（%）20003.1972.124.870.6620054.7074.
2、8023.201.900.1420066.2277.8220.071.200.1020077.132977.7320087.9253075.8721.641.151.12202013.4065.023.04.0中国煤产产量及火电电用煤情况（亿亿吨）2002200320042007年煤产产量12.516.617.525.2我国煤储储量6565火电电用煤7.08.59.3经济经济 开采量618电电煤比重56%51%53%60%中国电源的结构性问题钢铁研究总院 CISRI国务院常务会议：国家能源战略决策“优先开发水电，积极发展核电，优化发展火电”钢铁研究总院 CISRI火电机组参数与热效率钢铁研究总
3、院 CISRI中国火电机组蒸汽参数的演变中国火电机组蒸汽参数的演变钢铁研究总院 CISRI中国火电电机组组煤耗和热热效率中国机组组发发达国家USC机组组火电电机组组平均煤耗(g/kWh)381300310火电电机组组平均热热效率（%）3040每年多消耗近3亿吨煤 增加成本 消耗能源 运输压力 严重污染环境节能减排最重要的措施超超临界机组的战略意义钢铁研究总院 CISRI超超临界火电锅炉钢管需求浙江玉环电厂-中国第一个超超临界火电机组已于2006年并网钢铁研究总院 CISRI火电机组生产示意图 CO2排放钢铁研究总院 CISRI中国高压锅炉管的供需情况年份 产产量进进口量出口量净进净进 口量表观
4、观消费费量 200193600714241079160633154233 20021177201147482992111756229476 20032923051564393242153197445502 20045791082979866474291512870620 2005766055300699244422762571042312 2006859082250830478442029861062068 200789211816515513011435041927159 2008 2009 2010 2011单位：吨钢铁研究总院 CISRI锅炉钢管选材钢铁研究总院 CISRI锅炉钢管选材序
5、号机组组参数主蒸汽管道再热热管道热热段再热热管道冷段主给给水管道 MWT()P(MPa)120054013.710CrMo910/ P22355.5*5010CrMo910/ P22508*1617.5ST45.8/ SA106C558.8*14.2ST45.8/355.6*3640230054018.2P22 ID368.3*83.195P91 448.3*40P22 ID635*3133SA106B802*21ST45.8406.4*55360054018.2P22 ID457*103113P91 666.6*63.2P22 ID870*43A672B70C1321066.8*20.6SA
6、106B350*51.5460056624.2P91 ID419.1*78,ID298.5*58.5P22 ID654*136.5P91 ID660.4*25.4,914.4*34A672B70C132711.2*331016*25.4WB36559*54355.6*40560060025P92 ID292*71ID406*98P92 ID 883*41ID629*29A691Gr21/4C1221016*31.75711*22.23WB36355.6*40508*556100060025P92 ID38.1*78,ID254*54P92 ID265*54.7P91 ID749.3*44.45
7、ID20.7*32P92 ID510*21.3ID720*29.3P91 ID720*38.8A672B70C1321219.2*39863.6*28WB36660*67.5457*60钢铁研究总院 CISRI百万千瓦USC锅炉钢管品种分布钢铁研究总院 CISRI锅炉钢管需求规格31以下1.5%31146*32065%159245*10605%273711*2013020%7111066*201308.5%火力发电设备用钢管的平均定额约为100t/万KW (锅炉90t/万KW ，电厂及四大管道10t/万KW)，合金比为60%70%.其中:钢铁研究总院 CISRI2010年五大发电集团目标钢铁研
8、究总院 CISRIT91锅炉钢管研制浙江玉环电厂-中国第一个超超临界火电机组已于2006年并网钢铁研究总院 CISRIp在工程热力学中水的临界点参数是：22.115MPa 和 374.15，在此参数之上，水和汽之间没有明显的物理界 面，称为超临界状态。在此参数以上运行的机组称为超 临界机组。对于超超临界物理上并没有明确的点，对超 超临界机组各国的定义没有统一。国内普遍认为当水蒸 汽压力27MPa或温度580时则可称为超超临界机组。 亚临界机组热效率39，超临界机组热效率42， 超超临界机组热效率根据具体的蒸汽参数和其它影响因 素不同在40以上，丹麦的Nordjylland 3#和Skrbk 3
9、#由于采用两次再热和深海水冷却是效率最高的超超临 界机组，净效率达到49%（燃气）或47%（燃煤），我 国玉环电厂（26.25MPa/600/600）的设计热效率为 45.01 超超临界概念？钢铁研究总院 CISRI高温高压腐蚀环境下长期服役条件下，要求耐热材料具备： 足够的持久强度 组织稳定性（基体、析出物、界面） 耐蚀性（流动的超超临界蒸汽、复杂煤灰） 可焊接性 可加工性蒸汽 25.4MPa，650 （650+50） 3105小时煤灰铁素体系奥氏体系耐热合金锅炉管锅炉钢的服役环境及对性能的要求钢铁研究总院 CISRIp使用材料的持久强度不 够，造成爆管的严重事 故。p使用材料的抗蒸汽氧化
10、、耐热腐蚀性能不够， 氧化皮打坏汽轮机叶片 、造成过热器、再热器 堵塞等事故，造成机组 停运。p国外公布材料性能数据 与实际值相比偏高，使 机组建成后被迫降低参 数运行，损失巨大。国内外超超临界火电机组使用中暴露出 来的材料问题管子内壁 的氧化皮; 剥落的氧 化皮造成 堵管钢铁研究总院 CISRI钢铁研究总院 CISRI中国锅炉钢代际划分和现状蒸汽温度，600600650700第1代 锅炉钢第2代 锅炉钢第3代 锅炉钢第4代 锅炉钢第5代 锅炉钢标志：10万小时持久强度+抗蚀性能2010年2010年钢铁研究总院 CISRI火电用钢及其体系的演变钢铁研究总院 CISRIG102-刘荣藻教授u刘荣
11、藻教授在上世纪60年代提出了多元复合 强化的理论，在60年代末期研制成功G102（ 12Cr2MoWVTiB），在70年代研制成功 G106（10Cr5MoWVTiB）u刘荣藻教授的理论和G102的成功，美国 V.K.Sikka教授非常崇拜，并且研发T91获得 成功u日本研制成功的T23（HCM2S，CC2199-3 ，6Cr2W2MoNbVNB）、欧洲研制成功的 T24（CC2514，6Cr2Mo1VTiNB）都是 G102的改型刘荣藻 教授 1915-2004钢铁研究总院 CISRIDevelopment Of Grade 91 MaterialpCombustion Engineer (
12、CE) Designed And Developed Grade 91 Material - Submitted the first proposal to the US-DOE in 1969 for the development of a Super 9Cr material for the sodium-cooled nuclear reactor application - Approval was granted to develop “hardware” at CE by early1975 under the project administration of ORNL (Oa
13、k Ridge National Laboratory)- Established the alloy composition M：Taylor系数，取3.03. 位错强化：= 0.5MGb1/2 ，回火后位错密度为1-101014/平米4. 亚界面强化： = 10Gb/，如 =300-500nm, b=0.25nm, G=64GPa亚界面强化值可高达320-530MPa After F.Abe，NIMS钢铁研究总院 CISRI持久强度构成钢铁研究总院 CISRI锅炉钢研发思路之二：组织失稳退化钢铁研究总院 CISRI600 oC 100 MPa 34,141 hPAGB晶界附近的组织退化导致
14、长时服役后 持久强度的突然下降如何提高晶界附近组织的稳定性？基体：T.M.+Delta-F.引自日本NIMS数据钢铁研究总院 CISRI钢铁研究总院 CISRI钢铁研究总院 CISRI钢铁研究总院 CISRI钢铁研究总院 CISRIP92钢铁研究总院 CISRI钢铁研究总院 CISRI锅炉钢研发思路之三：选择性强化钢铁研究总院 CISRIAfter F.Abe，NIMS钢铁研究总院 CISRIAfter F.Abe，NIMS钢铁研究总院 CISRIB与N的最佳配比After Dr.Abe，NIMS钢铁研究总院 CISRIMartensitic steel strengthened by Z-p
15、hase12Cr steel Z65012CrVNbN steelIdea: accelerate Z-phase formation to suppress harmful growthAfter J.Hald钢铁研究总院 CISRI焊接问题q焊缝金属韧性远低于HAZ和熔合区qHAZ蠕变断裂强度下降q异种钢焊接接头的早期失效 （铁素体热强钢+奥氏体钢焊接接头性能与母材不匹配）q焊接材料的研究严重滞后钢铁研究总院 CISRI钢铁研究总院专业设备浙江玉环电厂-中国第一个超超临界火电机组已于2006年并网钢铁研究总院 CISRI锅炉钢测试条件-持久蠕变试验机钢铁研究总院：已建成100台，正在准备建
16、设200台宝钢股份公司：260台钢铁研究总院 CISRI锅炉钢测试条件-高温蒸汽腐蚀主要技术指标：p温度：可达750p蒸发量：可达8L/hp蒸汽：流动p水：特级专用水p试样：片状或管状p实验前：抽真空钢铁研究总院 CISRI锅炉钢测试条件-高温灰化腐蚀钢铁研究总院 CISRI锅炉钢测试条件-高温弯曲疲劳钢铁研究总院 CISRI锅炉钢测试条件-高温长时时效钢铁研究总院 CISRI锅炉钢测试条件-精确控冷热处理要求温度范围01200，炉 温均匀性5，保温精度2 ，升温速率8/min，降温速 率1050350范围内连续可 调。 技术指标：典型降温速率： 360/min，180/min、 144/min、96/min、 54/min、21.6/min、
