锅炉用高温材料介绍超超临界机组锅炉用高温材料在中国的应用PPT课件

1、一、概述1.我国电力资源结构 Structure of power resources in China结论：自然储备和国情决定了我国的电源结构仍将以燃煤发 电为绝对主力。第1页/共37页火力发电系统 Thermal Power System烟囱烟囱 除尘机除尘机 载煤卡车载煤卡车 粉碎机粉碎机 蒸汽蒸汽 燃烧燃烧 空气入口空气入口 冷凝机冷凝机 汽轮机汽轮机 发电机发电机 煤煤锅炉锅炉冷却水冷却水高压蒸汽高压蒸汽第2页/共37页2.电站技术发展方向 The trend of the power plant technology development-亚临界机组为主力机型(我国)-发电平均煤

2、耗高(我国)-超超临界火电燃煤机组机组类型Generator type容量/MWi n s t a l l e d capacity锅炉蒸发量 / t/hboiler steaming capacity过热器出口蒸汽压力 / Mpa蒸汽温度 （过热器/再热器）/ 中压机组502203.85.3435次高压机组501002204105.39.8450485高压机组1002004106709.813.7510超高压机组20067013.716.7535/535亚临界机组300102816.722.1540/540超临界机组600200022.1567/567高温超临界机组6001000200030

3、0025.0600/600超超临界机组60010002000300022.1600/600/600第3页/共37页32438540/54017.0亚临界27844600/60025.0高温超临界30041567/56725.5超临界36035535/53513.0超高压2155770030.0高温超超临界20560超7003O超70025648600/600/60030.0超超临界390335109.0高压460274353.5中压煤耗(g)效率(%)温度()压力(MPa) 火电发电效率与操作参数的关系(中国电力报,2004.02.19)Relationship between the the

4、rmal power efficiency & the operation parametersers温度效率煤耗19世纪末2020前后第4页/共37页2006年11月28日，我国首台国产百万千瓦超超临界燃煤机组浙江华能玉环电厂1号机组正式投入商业运行。Chinas first domestic 1000MW ultra supercritical coal-fired unit was put into commercial operation on Nov.28, 2006 第5页/共37页 根据电站锅炉定期检验的数量统计，中国目前超临界及以上参数锅炉总数超过380台，以600MW等级为主

5、，1000MW以上机组已经投产超过40台。 中国制造的电站锅炉已经出口南亚和东南亚地区。绝大多数按ASME标准建造。According to the data from periodic inspection of the power plant boilers, total number of (Supercritical and above) power plants China 380, mainly 600MW . More than 40 units with 1000MW & up have been put into operation.Power plants construc

6、ted in China mainland have been exported to south and southeast Asia. The vast majority of construction in accordance with ASME codes.第6页/共37页二、高温材料在中国的应用状况 The application of the materials for high temperature services in China锅炉类型锅炉类型机组容量机组容量水冷壁水冷壁过热器过热器再热器再热器省煤器省煤器联箱和蒸汽管联箱和蒸汽管道道超超临界（USC）66万千瓦以上T2

7、（内螺纹管），15CrMoG,T12,T22,12Cr1MoVG12Cr1MoVG,T23,T91,T92,TP347H,TP347HFG,SUPER304H,HR3C12Cr1MoVG,T23,T91,T92,TP347H,TP347HFG,SUPER304H,HR3C20G,SA210C12Cr1MoVG,P91,P92超超临界锅炉主要承压部件材料Materials for pressure parts for USC boilors第7页/共37页Research of Supercritical (& Ultra-Supercritical ) Fossil Power Unit二、高

8、温材料在中国的应用状况1.中国高温材料生产的历史沿革 History of high-temperature materials production in China1950sEnd of 1970sthe Soviet UnionUSA EuropeJapanT91successfullydevelopedUltra-Supercritical2003ChinaStart to research2010Successfully developed580 fossil power unitLocalization of the key materials(580 )Total install

9、ed capacitiesWorld No.1 (25 units)China第8页/共37页二、高温材料在中国的应用状况The application of the materials for high temperature services in China2.目前的生产状况 Current producting statusl我国无缝钢管产能已超过世界总产能70%以上。l无缝管高压锅炉管的产能约140万吨，而国内消费需求约80万吨，出口量不到10万吨，产能过剩50万吨60万吨。第9页/共37页二、高温材料在中国的应用状况The application of the materials

10、for high temperature services in China3.加速材料国产化 Material localization l1998年，我国批量试制了T91 钢管，多家企业可稳定供应T91钢坯(管) ，基本上实现了T91钢的国产化。l至2012年，我国已经成功研发了T23、T24、T91、T92、T122、S30432和S31042锅炉钢管，完成了市场准入评审，实现了上述产品的国产化，并已经应用上述国产锅炉钢管20万吨左右。第10页/共37页三、标准和法规的相关要求Requirements of Regulations and StandardsTSG G0001-2012

11、锅炉安全技术监察规程 Supervision Regulation on Safety Technology for Boiler条款1.6 特殊情况的处理 particular handling 有关单位采用新结构、新工艺、新材料、新技术(包括引进境外技术、按照境外标准制造)等，与本规程不符时，应当将有关的技术资料提交国家质检总局特种设备安全技术委员会评审，报国家质检总局核准后，才能进行试制、试用。第11页/共37页三、标准和法规的相关要求TSG G0001-2012 锅炉安全技术监察规程条款2.1 基本要求 Basic Requirement 锅炉受压元件金属材料、承载构件材料及其焊接材料

12、应当符合相应国家标准和行业标准的要求，受压元件材料及其焊接材料在使用条件下应当具有足够的强度、塑性、韧性以及良好的抗疲劳性能和抗腐蚀性能。Strength, ductility, toughness, , anti-fatigue, corrosion resistance第12页/共37页三、标准和法规的相关要求TSG G0001-2012 锅炉安全技术监察规程条款2.2 性能要求 Materials Properties(1)锅炉受压元件和与受压元件焊接的承载构件钢材应当是镇静钢； (Killed steel)(2)锅炉受压元件用钢材室温夏比冲击吸收能量(KV2 )不低于27J；(V no

13、tch Impact test Akv 27 J)(3)锅炉受压元件用钢板的室温断后伸长率(A)应当不小于18%。(Elongation 18%)第13页/共37页三、标准和法规的相关要求TSG G0001-2012 锅炉安全技术监察规程条款2.5 新材料的研制 New materials 采用没有列入本规程的新材料时，试制前材料的研制单位应当进行系统的试验研究工作，并且应当按照本规程1.6的规定通过技术评审。评审应当包括材料的化学成分、物理性能、力学性能、组织稳定性、高温性能、抗腐蚀性能、工艺性能等内容。Assessment: Chemical composition, mechanical

14、 properties, structure stability, high temperature performance, corrosion resistance, and process performance第14页/共37页三、标准和法规的相关要求TSG G0001-2012 锅炉安全技术监察规程条款2.6 境外牌号的材料Overseas grades2.6.1 锅炉受压元件采用境外牌号的材料 For manufactures of pressure parts(1)应当是境外锅炉用材料标准中的牌号，或者化学成分、力学性能、工艺性能与国内锅炉用材料相类似的材料牌号，或者成熟的锅炉用

15、材料牌号；(2)按照订货合同规定的技术标准和技术条件进行材料验收；(3)首次使用前，应当进行焊接工艺评定和成型工艺试验；(4) 应当采用该材料的技术标准或者技术条件所规定的性能指标进行强度计算。第15页/共37页三、标准和法规的相关要求TSG G0001-2012 锅炉安全技术监察规程条款2.6 境外牌号的材料2.6.2 材料制造单位制造境外牌号的材料 for steel mills 材料制造单位制造境外牌号的材料，应当按照该材料境外标准的规定进行制造和验收，并且对照境内锅炉材料标准，如果缺少检验项目，应当补做所缺项目的检验，合格后才能使用，正式制造前应当按照本规程1.6的要求通过技术评审和核

16、准。第16页/共37页三、标准和法规的相关要求TSG G0001-2012 锅炉安全技术监察规程条款3.3.1 安全系数的选取 Safety factors 强度计算时，确定锅炉承压件材料许用应力的最小安全系数，见表3-1规定。其他设计方法和部件材料安全系数的确定应当符合相关产品标准的规定。第17页/共37页三、标准和法规的相关要求材 料(板、锻件、管)安全系数室温下的抗拉强度Rm设计温度下的屈服强度 RteL(Rtp0.2)(注3-1)设计温度下持久强度极限平均值 RtD(注3-2)设计温度下蠕变极限平均值(每1000h蠕变率为0.01%的)Rtn碳素钢和低合金钢nb2.7ns1.5nd1.

17、5nn1.0高合金钢nb2.7ns1.5nd1.5nn1.0表3-1 强度计算的安全系数注 3-1:如果产品标准允许采用Rtp1.0，则可以选用该值计算其许用应力。注 3-2: RtD 指1.0105 h持久强度极限值。第18页/共37页三、标准和法规的相关要求GB/T 16507 水管锅炉（送审稿） GB/T 16507 Water tube boilers规定了受压元件的许用应力确定准则，考虑了如下失效模式(failure modes)：u短期载荷韧性断裂失效：Rm 和 Rp0.2u长期载荷的高温蠕变断裂失效：RD 和RNu规定材料的使用温度上限：壁温和表面温度第19页/共37页三、标准和

18、法规的相关要求GB/T 16507 水管锅炉（送审稿） 以附录的型式规定了未列入标准的材料进行技术评审的技术要求Requirements of Materials Assessment第20页/共37页四、中外高温材料的对比分析CMnPSSiCrMoSA335-P910.08-0.120.30-0.600.0200.0100.20-0.508.00-9.500.85-1.05SA213-T910.07-0.140.30-0.600.020.010.20-0.508.00-9.500.85-1.05GB531010Cr9Mo1VNbN0.08-0.120.30-0.600.020.010.20-

19、0.508.00-9.500.85-1.05NiVNbNAlTiZrSA335-P910.040.18-0.250.06-0.100.030-0.0700.020.010.01SA213-T910.40.18-0.250.06-0.100.030-0.0700.020.010.01GB531010Cr9Mo1VNbN0.40.18-0.250.06-0.100.030-0.0700.02化学成分 Chemical Composition第21页/共37页CMnPSSiCrMoSA335-P920.07-0.130.30-0.600.0200.0100.508.50-9.500.30-0.60S

20、A213-T920.07-0.130.30-0.600.020.010.58.50-9.500.30-0.60GB531010Cr9Mo1WVNbN0.07-0.130.30-0.600.020.010.508.50-9.500.30-0.60NiVNbNAlWOthersSA335-P920.40.15-0.250.04-0.090.03-0.070.021.50-2.00Ti0.01 Zr0.01SA213-T920.40.15-0.250.04-0.090.030-0.0700.021.5-2.0Ti0.01 Zr0.01GB531010Cr9Mo1WVNbN0.40.15-0.250.

21、04-0.090.030-0.0700.021.5-2.0B 0.0010-0.0060化学成分 Chemical Composition第22页/共37页CMnPSSiSA213-TP310HCbN0.04-0.1020.0450.031GB 531007Cr25Ni21NbN0.04-0.102.000.030.0150.75CrNiNbNAlSA213-TP310HCbN24.0 -26.019.0-22.00.20-0.600.13 -0.35GB531007Cr25Ni21NbN24.00 -26.0019.00-22.000.20-0.600.150 -0.350化学成分 Chem

22、ical Composition第23页/共37页CMnPSSiCrSA213-TP304H(S30432)0.07-0.1310.040.010.317.0 -19.0GB531010Cr18Ni9NbCu3BN0.07-0.131.000.030.010.3017.00-19.00NiNbNAlBCuSA213-TP304H(S30432)7.5 -10.50.30-0.600.05 -0.120.003-0.0300.001-0.0102.5-3.5GB531010Cr18Ni9NbCu3BN7.5 -10.50.30-0.600.050-0.1200.003-0.0300.001-0.

23、0102.50-3.50化学成分 Chemical Composition第24页/共37页 抗拉强度MPa屈服强度MPa断后伸长率（纵）%断后伸长率（横）%冲击功（纵）%冲击功（横）%硬度HBWHVHRC/HRBSA335-P91585415201325026525HRCSA213-T915854152020 25026525HRCGB5310-10Cr9Mo1VNbN5854152016402725026525HRCSA335-P92620440201325026525HRCSA213-T9262044020 25026525HRCGB5310-10Cr9Mo1WVNbN620440201

24、6402725026525HRCSA213-TP310HCbN(S31042)65529530 256 100HRBGB5310-07Cr25Ni21NbN65529530 256 100HRBSA213-TP304H(S30432)59023535 21923095HRBGB5310-10Cr18Ni9NbCu3BN59023535 21923095HRBSA335-P122620400201325026525HRCGB5310-10Cr11MoW2VNbCu1BN6204002016402725026525HRCSA335-P911620440201325026525HRCGB5310-1

25、1Cr9Mo1W1VNbBN6204402016402723825023HRC力学性能力学性能 Mechanical properties第25页/共37页gradeHeat Treat TypeNormalizing Subcritical AnnealingTemperature, or TemperingMin. or RangeSubcritical Annealing or Tempering Temperature, Min. or Range Ccooling mediaSA335-P91Normalize and temper，Quench and temper（thickne

26、ss75mm）10401080730800 SA213-T91Normalize and temper10401080730800 GB531010Cr9Mo1VNbN正火加回火（壁厚70mm，可淬火加回火）1040- 1080750-780 SA335-P92Normalize and temper10401080730800 SA213-T92Normalize and temper10401080730800 GB531010Cr9Mo1WVNbN正火加回火（壁厚70mm，可淬火加回火）10401080760-790 SA213-TP310HCbN(S31042)Solution tre

27、atment1040 water or other rapid coolGB531007Cr25Ni21NbN固溶1100 急冷SA213-TP304H(S30432)Solution treatment1100 water or other rapid coolGB531010Cr18Ni9NbCu3BN固溶1100 急冷SA335-P122Normalize and temper10401080730-800 GB531010Cr11MoW2VNbCu1BN正火+回火10401080760-780 SA335-P911Normalize and temper10401080740780 1

28、GB53101Cr9Mo1W1VNbBN正火+回火10401080750-780 热处理要求热处理要求 Heat treatment requirement第26页/共37页化学成分统计数据化学成分统计数据第27页/共37页力学性能统计数据力学性能统计数据力学性能T/P91T/P91T/P91T/P91T/P92T/P92T/P92T/P92进口进口国产国产进口进口国产国产均值方差均值方差均值方差均值方差屈服强度(MPa)546.641529.87568541.334440.74736564.636438.41299559.968862.73679抗拉强度(MPa)682.43419.5336

29、2683.844226.14969715.19721.39678698.406334.88529断后伸长(%)31.792456.24799725.446382.99608627.054696.20746925.452762.672934截面收缩(%)70.52.33365569.826322.97486766.136362.95383864.707454.46155冲击功(J)215.814823.47086154.439846.16994140.796635.01385107.89335.18817第28页/共37页五、目前存在的问题 Problems1、高温材料的应用和生产仍处于学习、模

30、仿阶段 The application of high-temperature materials and production are still in the learning, imitation stage化学成分、常温力学性能基本稳定高温持久性能尚需工业化数据验证第29页/共37页五、目前存在的问题 Problems2、尚未建立基于失效模式的设计准则 Design criteria has not yet been established based on the failure mode蠕变断裂性能数据的处理方法 Processing method of Creep rupture performance data高温氧化的评价准则 Evaluation criteria for high-temperature oxidation 第30页/共37页五、目前存在的问题3、法规和标准对于材料的要求尚未成体系 The regulation & standard system has not established yet材料要求、成形要求、焊接要求、热处理和无损检测；新材料进入标