超临界锅炉用材料综述

第一篇：超临界锅炉用材料综述

超超临界火电厂材料研究综述及选材分析

周荣灿 范长信

(西安热工研究院有限公司，陕西 西安 710032)

摘

要：超超临界火力发电是现阶段技术上最成熟、技术经济性最好的已经实现商业运行的火电技术，在最近数十年将有广阔的应用前景。由于蒸汽温度和压力的提高对关键部件的抗蠕变、疲劳、高温氧化与腐蚀等性能都提出了更苛刻的要求，耐热材料的开发及其应用是发展超超临界发电技术的最重要的基础。本文对国际上各阶段的研究计划及其中的材料研究内容进行了简要介绍。并对超超临界发电机组中各关键部件采用的耐热材料的发展进行了回顾。国内近已有数台超超临界机组开始投入建设，超超临界火电技术在我国有着非常广阔的发展前景。但国内目前机组的建设只能立足于材料的国际采购，对于新型耐热材料还需要进行大量的加工工艺研究和服役特性研究，以保障机组顺利建设和安全可靠运行。本文同时对现阶段超超临界火力发电机组所采用的几种典型新型耐热钢的性能进行了归纳和介绍，并根据机组的不同参数对锅炉部件材料的选择进行了分析和讨论。

关键词：超超临界火电厂;耐热钢;性能;选材

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SOX、NOx、CO2的排放，满足严格的环保要求。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。

除了上世纪50、60年代投运的几台超超临界机组外，从90年代初到目前为止全世界已经新建超超临界机组超过60台，其参数还在不断地提高。我国也正积极发展超超临界燃煤发电技术，已经有几座超超临界电厂正在建设之中。

2 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。

32 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。

3 国外耐热钢开发计划

历史上曾经在50-60年代投运了几台USC机组，包括美国Philo 6(125MW，31MPa/621℃/565℃/538℃)、Eddystone 1(325MW，34.5MPa，649℃/566℃/566℃)、英国的Drakelow 1

2###(375MW，24MPa/593℃)、联邦德国Hüls化工厂的自备电厂1机(85MW，29.4MPa，600℃/560℃/650℃)等。但由于技术和经济原因，美国和德国的机组都只能降低参数运行，如Eddystone 1大多数时间是在32.4MPa/605℃的参数下运行，制造和运行中出现的多数的问题都是材料问题，受当时的材料技术水平限制，厚壁部件采用奥氏体耐热钢，奥氏体钢的低导热系数和高热膨胀系数引起高温热应力和疲劳开裂。考虑到建设成本和可用率，后来新建的机组退回到了亚临界参数。直到70年代中期能源危机的出现及随后的燃料价格攀升才使人们重新考虑高参数发电技术，促成了一系列发展超临界和超超临界发电技术的合作研究计划。由于已充分认识到耐热材料对成功实现高参数机组建造和可靠运行的决定作用，这些研发项目都把耐热材料的研究和应用作为主要内容，其研究结果构成了目前超超临界机组的材料技术基础。目前还在进行新一轮研究计划为今后20-30年提供发电技术，如欧盟的Thermie AD700和COST

536、美国的Vision 21和日本的New Sunshine计划等。 3.1 欧洲的超超临界机组材料研究 3.1.1 COST 501计划

欧洲超超临界电站材料的研发主要在COST(Cooperation in Science & Technology)计划的支持下完成。1983-1997年期间进行的COST 501计划主要开发化石燃料电厂部件用先进材料，研究范围非常广，几乎包括了耐热钢、高温合金、ODS合金、陶瓷等各种材料的开发和性能研究。在汽轮机发电技术中，COST 501计划的目标是建立29.4MPa/600℃/600℃和29.4MPa/600℃/620℃的机组，其中包括高N和含硼铁素体钢的开发、联箱及管接头的整体粉末冶金制备等。在COST 501中由来自欧盟各国的汽轮机和锅炉制造商、钢铁生产企业、电力公司参与研究和开发，并与VGB、Brite-Euram、Marcko、ECCC等机构和项目紧密结合。整个项目分为三个阶段进行：第一阶段有12个国家参与，共104个项目，总经费1500万欧元;第二阶段14个国家参与，共210个项目，总经费4800万欧元;第三阶段集中于开发高效低排放系统所需的材料，共16个国家参与，有超过200个项目。在COST 501中开发出了E911锅炉管和高温蒸汽管道材料以及COST E、COST F和COST B等汽轮机转子材料、G-X12CrMoWVNbN9 1和G-X12CrMoWVNbN 10 1 1铸钢等，同时对P9

1、E911等材料的加工工艺和性能进行了全面的研究。

#33 3.1.2 COST 522计划

COST 522计划是欧洲在先进发电技术领域的一项新的举措，即“21世纪的发电：高效率、低污染的发电厂”，它是在以往的COST计划特别是COST501计划成功的基础上的继续。该计划1998年8月开始，到2003年结束。其中有16个欧盟国家的70个不同机构参与，共有100多个研究项目。计划开发合适的材料、涂层和表面处理以满足：

 最高入口蒸汽温度650℃的蒸汽轮机电厂;

 燃烧室温度1450℃、NOx排放小于10ppm的燃气轮机的需要。

在蒸汽轮机项目中，将应用铁素体钢建造蒸汽参数为29.4MPa/620℃/650℃的超超临界机组，效率达到50%左右。同时还将改善寿命预测的方法，建立描述蠕变和低周疲劳行为的材料模型，并改善电厂模拟技术和运行状态的监测。分为锅炉和汽轮机两个子项目，图1是COST 522蒸汽轮机发电项目组的组织图。

图1 COST 522蒸汽轮机发电项目组的组织

表1 AD700项目的时间表

3.1.3 Thermie AD700项目

欧盟还启动了最新一轮的研发计划-Thermie AD700 PF Power Plant(兆卡计划-先进的700℃燃煤电厂)，即在今后20年实现37.5MPa/700℃参数运行，效率达到55%的目标，Thermie计划由40多个欧洲公司资助，预计于2015年完成。其中关键部件将采用Ni基高温合金,材料研究工作集中于高温长期运行部件的蠕变性能、烟气和蒸汽腐蚀氧化、热疲劳性能

34 和厚壁部件的生产、焊接能力等。例如他们正计划用改良Inconel 617(54Ni-22Cr-1.2Co- 9Mo-1Al-0.3Ti)制造用于高温出口部件的锅炉大口径管。作为过热器管这种材料的750℃/10h持久强度要达到100MPa，作为其它高温区域用的大口径管道700℃的强度达到100MPa。但是制造改良Inconel大口径管的工艺还有待开发。

Thermie计划是围绕两个主题进行组织的：更清洁的能源系统包括可再生能源;有助于提高欧盟竞争力的经济高效的能源系统。AD 700项目共分6个阶段(表1)。 3.1.4 COST 536计划

即“环境友好电厂的关键部件合金的开发”

通过前期的COST501和522项目开发出了一系列的9-12%Cr钢，部分已经应用取得了良好的效益，目前最先进的火电机组参数在600-620℃，通过对这类材料进行改进可使蒸汽温度提高到640-650℃，获得2-3%的效率增益，而成本却不明显提高。COST 536与前面两个项目相比，主要从三个层次集中于一些新的技术领域：

在纳米尺度(合金开发和组织稳定性)的计算机辅助合金设计和模拟;

在介观尺度(力学和氧化性能测试)解决同时获得高的高温强度与抗氧化性能所面临的挑战，通常需要开发涂层材料;

在宏观尺度(部件制造和测试)解决实际部件与实验室试制材料之间的性能差异，以及常规无损检测技术在新材料应用中的局限性。

在该项目之前已经启动了Komet650、Supercoat以及AD700等项目。正在执行的AD700面向的是700℃电厂的材料开发和设计以及示范电厂的建设，需要采用镍基高温合金并导致建设成本的大幅度增加。本项目将支持和补充AD700项目：

能用于640-650℃的改良钢种将减少价格贵的多的镍基合金的数量从而降低成本; 减少镍基合金的数量还有助于提高机组的运行灵活性。

COST 501和522是两个比较成功的项目，COST536是前两个项目的继续，前二者通过经验和半经验方法进行材料研究，本项目通过借助计算机辅助合金成分设计程序、组织稳定性和特定组织的蠕变性能预测的计算机模拟、试验数据的神经网络分析等一系列理论性更强的方法进行。

本项目为期五年，有欧盟14个国家参与，研究经费约13000万欧元。

除此之外，在欧洲各国还有自己的耐热材料研究项目，如德国的MARKCO和VGB1

58、英国洁净煤技术项目等。 3.2 日本的新材料研究

日本的钢铁生产企业如住友金属、NKK、新日铁、神户制钢和锅炉、汽机制造商如三菱、东芝等都投入了大量的力量开发用于先进的燃煤发电机组用的新型耐热材料，比较成功的有新日铁的NF616(T/P92)、住友金属的HCM2S、HCM12A、Super304H、TP347HFG、HR3C等锅炉部件用钢和TMK1和TMK2等转子用钢。 80年代初，日本启动了超超临界发电技术的研究计划，由电源开发公司(EPDC)领衔，钢铁、锅炉、汽机制造厂和研究机构参加。由于日本当时已经开发出了一系列的9-12Cr%铁素体耐热钢和奥氏体耐热钢，其蠕变强度和耐腐蚀性能都很好，因此日本对超超临界机组的研究主要集中于这些耐热材料在现场应用中的性能数据和可靠性。第一阶段(1981-1993年)

35 的研究内容包括材料基础性试验、593℃和649℃下锅炉、汽机的单元试验、高温转子试验和超高温汽轮机运行验证试验等，其目标是开发应用9-12%Cr铁素体耐热钢的31.4MPa/593℃/593℃/593℃以及应用奥氏体钢的34.3MPa/649℃/649℃/649℃的两次再热机组;第二阶段(1994-2000年)的目标是开发应用铁素体钢的30MPa/630℃/630℃的一次再热机组。

表2 低合金耐热钢的化学成分

1997年起日本国立金属研究所(NRIM)启动了一项用于35MPa/650℃参数级别的超超临界机组大口径管道和联箱的高级铁素体耐热钢的研究计划。目前日本还在进行所谓的“新阳光(New Sunshine)”的发电技术研究计划，建立运行温度700℃的发电机组，该项目由日本电力(即以前的电源开发公司)牵头，得到了日本通产省的大力支持，目前正对所需材料进行研究。

3.3 美国的研究计划

美国电科院(Electrical Power Research Institute，EPRI)早在1978-1980年间就开始了一些基础研究，1986年EPRI又组织了包括美国、日本和欧洲锅炉汽机制造厂参与的RP1403项目，为期八年，对电站锅炉厚截面部件用钢、材料的标准化、现场试用等进行研究。该项目研究结果证实NF616(P92)和HCM12A(P122)钢是制造锅炉厚截面部件的合适材料。

2000年美国能源部启动了一项 “Vision 21”计划，为15以后建立能使用煤、天然气、石油焦、生活垃圾等多种原料且能生产电能、液体燃料、化工品、氢或者生产供热等多种产品的工厂提供技术支持，且要求实现零排放，蒸汽参数达到760℃，可能的话进一步达到870℃。

尽管欧洲和日本均将下一步的开发目标定在700℃，但对美国市场，700℃不是最佳的选择，因为在这个温度下，锅炉管烟气侧的腐蚀仍然非常严重。烟气侧的腐蚀与煤的性能密切相关，且对美国某些烟煤特别严重。大量的实验室研究表明液态碱金属硫酸铁引起烟气侧腐蚀的温度与合金有一定关系，对于高耐蚀合金(>25%Cr)为600-650℃，对低耐蚀合金(<20%Cr)为650-700℃。但所有实验室工作都证实在750℃或以上烟气侧的腐蚀绝大多数都消失了。研究表明最严重的腐蚀出现在600-675℃，在725℃以上腐蚀大幅度降低。

因此对于美国市场新一代的锅炉设计必须是过热器/再热器温度超过烟气腐蚀最严重的范围，760℃的设计目标看来是比较合适的。这种锅炉设计与其它地方的相比无论从整体上还是满足美国市场的特殊性方面都有很大的优势。目前为止提供用于5年期材料研究的经费为2100万美元，其中包括高温热交换器材料、耐火材料、氢分离薄膜材料等。

4 耐热材料的发展

36 4.1低合金(1-3%Cr)钢

低合金钢在火电厂锅炉中作为压力部件得到了大量应用，特别是过热器、再热器的低温区域以及水冷壁，在联箱和管道中应用也比较普遍。其关键的性能要求包括：  450℃以下良好的抗拉强度(120MPa);  550℃以下的持久强度;

 无需焊后热处理的优异焊接性能;  良好的蒸汽氧化性能;

 通过堆焊或喷涂获得优异的抗烟气腐蚀性能。

长期以来这类钢中的主力钢种包括锅炉材料P

11、P22以及12Cr1MoV等和汽轮机材料1CrMoV(表2)。随后住友金属开发了T/P23，通过在T22基础成分中以W取代部分Mo并添加Nb、V提高蠕变强度，降低了C提高焊接性能，同时加入微量B提高淬透性以获得完全的贝氏体组织。与此同时，欧洲开发了T24/P24，其合金化特点是通过V、Ti、B的多元微合金化提高蠕变性能。T23在550℃的许用应力接近T91，600℃的蠕变强度比T22高93%，T24的高温强度还要略高一些。这两种钢具有优异的焊接性能，无需焊后热处理即可将接头硬度控制在350-360HV10以下，因此适合作为超超临界机组的水冷壁材料，也可取代10CrMo9

10、12Cr1MoV等材料作为亚临界机组的高温管道和联箱，降低壁厚。 4.2 9-12%Cr马氏体钢

9-12%Cr马氏体钢是电厂中重要的一类材料，用于锅炉和汽轮机的许多部件，包括锅炉管、联箱、管道、转子、汽缸等。

对于锅炉用9-12%Cr钢，主要的要求包括蠕变强度和运行温度下的组织稳定性、高的AC1温度、良好的焊接性能和低的IV型裂纹敏感性、抗蒸汽氧化能力、疲劳性能等。图2是锅炉用9-12%Cr钢的发展过程。其中的T/P91钢是美国在80年代开发的一种综合性能优异的9%Cr钢，目前在我国的亚临界和超临界机组中得到了广泛的应用。在P91的基础上通过以W取代

图2 9-12%Cr钢的发展

37 部分Mo获得了T/P92和E911(T/P911)两种新型钢种。在12%Cr钢中通过相同的合金化思想开发了P122，只是为了避免出现δ铁素体，其中还加入了1%Cu。这三种钢高温强度比P91都有不同程度的提高，是目前阶段的超超临界机组(蒸汽温度<620℃)的联箱和高温蒸汽管道的主要材料。下一代的9-12%Cr马氏体钢是在这三种钢的基础上进一步增加W含量并添加Co，即NF12和SAVE12等，预计可以用到650℃。

在汽轮机的转子、叶片、汽缸和阀体中对这类材料的性能要求包括：低周疲劳性能、蠕变强度、低的应力腐蚀敏感性、铸造性能等等。

普通的12Cr%钢作为565℃以下汽机转子锻件具有足够的持久强度和抗热疲劳性能以及韧性等。9-12Cr%汽机用钢的合金强化趋势与锅炉钢是类似的。英国的12Cr0.5MoVNbN(H46)是发展的基础。美国

五、六十年代在H46的基础上降低Nb含量来降低固溶处理温度和保证韧性，并减少Cr含量抑制δ-铁素体得到10.5Cr1MoVNbN(GE)以及GE调整型，同时还在12CrMoV基础上开发含W的12Cr%转子用钢AISI 422，这些钢与1.0CrMoV相比具有更好的性能，其中GE钢在565℃的超临界机组成功应用了25年。日本在H46基础上添加B开发了10.5Cr1.5MoVNbB(TAF)用于燃气轮机涡轮盘和小型汽机转子。但在运行在595℃和650℃的超临界和超超临界机组中上述钢种的蠕变强度尚不足。日本70年代开发了12Cr-MoVNb系列593℃级别的TR1100(TMK1)和TOS101和12Cr-MoVNbWN系列620℃级别的TR1150(TMK2)和TOS107，更高合金含量的12Cr-MoVNbW 系列钢TR1200和12Cr-MoVNbWCoB系列钢TOS110则用于入口温度高于630℃的转子，其中TMK1和TMK2已被用于日本593℃以上的超临界机组。

在欧洲也在COST 501下开发了9.5Cr-MoVNbB(COST“B”)、10.5Cr-MoVNbWN(COST“E”)和10.2Cr-MoVNbN(COST“F”)等一系列转子用钢，这些钢的原型锻件已被用于理化分析和短时和长时力学性能测试，其中COST“F”和COST“E”已应用于欧洲的超超临界机组。除了转子用钢，日本还开发了593℃使用的汽缸材料9.5Cr1MoVNbN(TOS 301)以及更高温度使用的9.5Cr0.5Mo2WVNbN(TOS 302)和9.5Cr0.5Mo2WVNbNB3.0Co(TOS 303)。欧洲相应地开发了G-X12CrMoWVNbN9 1和G-X12CrMoWVNbN 10 1 1两种铸钢材料。 4.3 奥氏体耐热钢

奥氏体钢主要用于过热器、再热器，所有奥氏体钢可以看作是由18Cr8Ni(AISI 302)基础上发展起来的，分为15Cr%、18Cr%、20-25Cr%和高Cr-高Ni四类。15Cr%系列奥氏体钢尽管强度很高但抗腐蚀性能差应用较少。目前在普通蒸汽条件下使用的18Cr%钢有TP304H、TP321H、TP316H和TP347H，其中TP347H具有最高的强度，通过热处理使其晶粒细化到8级以上即得到TP347HFG细晶钢，提高了蠕变强度和抗蒸汽氧化能力，对于提高过热器管的稳定性起着重要的作用，在国外许多超超临界机组中得到了大量应用。在TP304H基础上通过Cu、Ni、N合金化得到18Cr10NiNbTi(Tempaloy A-1)和18Cr9NiCuNbN(Super304H)，强度得到了提高，经济性很好。20-25Cr%钢和高Cr-高Ni钢抗腐蚀和蒸汽氧化性能很好，但相对于强度来说价格过于昂贵限制了其使用。但新近开发的20-25Cr%钢具有优异的高温强度和相对低廉的成本，包括25Cr20NiNbN(TP310NbN)、20Cr25NiMoNbTi(NF709)、22Cr15NiNbN(Tempaloy A-3)和更高强度级别的22.5Cr18.5NiWCuNbN(SAVE 25)，这些钢通过奥氏体稳定元素N、Cu取代Ni来降低成本。

38 4.4 Ni基高温合金

高温合金早已用于航空领域，在目前的蒸汽发电机组中仅限用于叶片和紧固件材料。在电力行业只有采用先进的高温度设计才会对这类材料产生兴趣。如果蒸汽参数提高到700℃以上，机组的许多部件将只能采用高温合金。包括定向凝固和单晶合金在内的Ni基合金正在进行评估应用在汽轮机中。

通常认为蒸汽温度700℃左右的超临界锅炉设计中将要求联箱和主蒸汽管道在最高750℃下工作，这远远超出了铁素体钢的能力，而奥氏体钢的热疲劳问题也使得它们用于此厚壁部件不太可能。尽管蠕变强度的要求对Ni基高温合金来说不过分，但其它要求如焊接性能、成形性能和抗腐蚀性能不容易达到。在美国和欧洲的最新研发计划中都在对高温合金的工艺性能、力学性能进行评估。

5 机组关键部件的选材分析

在超超临界机组中，关键的部件包括水冷壁、高温过热器/再热器及其出口联箱、主汽和再热汽管道、汽轮机高中压转子、叶片、汽缸等。在前面已经对这些部件材料的性能要求和相应的材料进行了简要的介绍，下面对锅炉部件材料选择进行介绍，因为这些部件选材是否合理对机组的可用率影响最大，在国外目前已投运的超超临界机组中这些部件出现的材料问题相对较多。 5.1 水冷壁

考虑到膜式水冷壁安装和检修的操作条件，膜式水冷壁制造材料需要采用焊后不需热处理的钢材，受此限制，尽管水冷壁的温度与其它高温部件相比不是太高，由于材料的选择范围非常有限，水冷壁也机组是向高参数过渡的关键部件之一。

超超临界机组主蒸汽压力和炉膛热负荷的升高会提高水冷壁的温度。例如在32.5MPa/620℃的蒸汽参数下出口端的汽水温度达到475℃左右，投运初期的管壁中央温度为497℃，垢层增厚后可提高到513℃左右，热负荷最高区域的管子外壁温度可达到524℃，最高的瞬时温度可达到539℃。此时需要合金含量更高、耐热性能更好的材料。图1是一些水冷壁候选材料的持久强度。 丹麦的Konvoj 1&2机组(29MPa/582℃/580℃/580℃，199

7、1998年投运)选用了熟悉#的13CrMo44作为水冷壁材料，该材料焊后不需热处理。按照外径38mm、壁厚6.3mm计算其最大允许汽温435℃，即使增加壁厚也仅为450℃。13CrMo44是当时最好的成熟水冷壁材料，业主当时不愿承担采用未经考验的新钢种的风险。 在T22基础上开发了两种新钢种HCM2S(T23)和7CrMoVTiB10 10(T24)焊接性能都很好，焊后硬度低于360HV10，不需要进行焊前预热和焊后热处理，许用金属壁温达到545℃和560℃，是主蒸汽温度620℃以下锅炉水冷壁的最佳候选材料。对于更高的蒸汽参数，三菱开发的HCM12是一种选择，该钢种也无需焊后热处理(但需要焊前预热)，而蠕变性能更佳，但高的δ-铁素体含量(30%)使得加工困难，长期性能还需进一步考证。同时三菱还试图在T23中添加稀土进一步提高性能。 为了降低NOX的排放，现代的锅炉还采用分段燃烧的技术，这对水冷壁是一个严峻的考验，因为考虑到成本和焊接性能，水冷壁材料的合金含量尤其是Cr含量并不太高，其抗腐蚀能力

39 有限，在炉膛的下部的还原性气氛将会导致严重的水冷壁管减薄(1-3mm/年)，在使用高硫煤时必须考虑这一点，采用Cr含量稍高的钢种、表面喷涂处理甚至采用共挤复合管子。 5.2 汽水分离器

直流锅炉的汽水分离器容积较大，在40-100%负荷之间汽水分离器仅仅作为蒸汽流通部件，而在更低的负荷时，水冷壁出口的工质是汽水两相流，汽水分离器将其中的水从饱和蒸汽中分离出来送回锅炉给水，蒸汽送至过热器。在启停过程中汽水分离器经历从湿态到干态运行的转换，承受严重的热疲劳应力。在超超临界机组中主蒸汽压力的提高、水冷壁出口介质温度的升高，对汽水分离器材料的蠕变性能要求也有所提高。可供选择的材料包括P

12、P

22、P

23、X20CrMoV121以及P91等，低强度的材料会使壁厚增加，影响启停速率和运行灵活性。但可以增加分离器的数量来减少所需的壁厚。 5.3 联箱与管道

末级过热器、再热器出口联箱与主蒸汽、再热蒸汽管道位于炉膛外边，不需要考虑烟气腐蚀问题，由于没有烟气加热，可以认为其蒸汽温度即为金属温度。两者对材料的要求基本一致，主要是高温蠕变强度和热疲劳性能、抗蒸汽氧化能力等。不同之处是联箱材料的选择需要考虑到与过热器、再热器和出口连接管之间的焊接问题。

联箱与管道的首选材料是铁素体耐热钢，因为低的热膨胀系数和高的热导率可以允许较高的启停速率而不会导致这些部件严重的热疲劳损伤。超超临界机组的蒸汽温度通常高于566℃，目前采用的联箱和管道用钢主要有P9

1、P9

2、P122和E911。

P91在国内已经有10余年的使用经验，在日本P91钢最高使用温度超过了600℃，但在欧洲，根据欧洲蠕变合作委员会(ECCC)的建议，P91的设计许用应力比美国和日本低10%，认为P91只能用于25MPa/593℃或30MPa/580℃以下的蒸汽参数。建议在我国的机组中使用温度不超过580℃。

P92和E911是在P91的基础上添加的1.8%和1.0%的W并适当降低Mo，P122的W含量与P92相近，但Cr含量由9%提高到了12%，同时添加了1.0%Cu以抑制δ-铁素体的析出。这三种钢可用于34MPa/620℃以下的蒸汽参数。

在ASME标准的数据中，P122和P92在600℃的许用应力要比P91高30%左右，E911只比P91高10%，但根据欧洲的最新测试结果表明，P92和P122的长期蠕变性能实际并没有那么大的优势。

由于W含量较高，P92和P122在高温下运行的组织稳定性低于P91，脆化倾向较大，高温强度降低明显，而E911介于其中。P122由于Cr含量高，抗蒸汽氧化能力更好。所有这些钢作为厚壁部件时焊接接头有Ⅳ型断裂的倾向，即在临近母材的HAZ细晶区发生的蠕变强度低于母材的断裂，在强度设计时必须考虑到这点。

对580℃的蒸汽温度，P91可以满足强度要求，且在国内已经有较多的使用和加工经验;对600℃左右的蒸汽温度，P92和E911有一定优势，如果汽温进一步提高到620℃左右，建议采用12%Cr的P122等材料，因为600℃以上9%Cr钢的蒸汽氧化性能略显不足。

从供货来源上考虑，P92目前有3家生产厂，E911和P122各只有一家，对应的焊接材料P92有4家生产厂，其余两种新材料也只有一家。

新近开发的NF12和SAVE12以及最近Fuijita刚报道的NF12改良型期望能用于650℃，

40 但这些材料尚不成熟，缺乏足够的性能数据。欧洲的COST计划也在寻求开发在620℃以上蠕变强度和抗蒸汽氧化能力更高的12%Cr钢。

尽管奥氏体钢有热膨胀系数高、导热性差、价格昂贵等不足，选择奥氏体钢作为联箱、管道材料仍然在人们的考虑当中，因为这些缺点在一定程度上可以通过某些方式得到补偿，或者当温度进一步升高时，这种选择是不得以的事情。首先由于蒸汽管道、联箱的温度对奥氏体钢来说不是太高，可以选择合金含量低一些的钢种，如X3CrNiMoN1713，成本可以降低。同时奥氏体钢的高强度可以使壁厚降低从而提高容许温升速率，如600℃、30MPa下P91钢的联箱容许温升速率仅为X3CrNiMoN1713联箱的一半。除此之外，还可以从采取结构设计措施来避免奥氏体钢的不足，如增加平行的小尺寸的蒸汽通道的数量、设置末级前的中间联箱等都可以减薄壁厚。通过这些措施X3CrNiMoN1713可以用到35MPa/620℃或25MPa/650℃以下的场合。目前已经有4家德国电站决定大量采用该钢种，其中包括Lippendorf 两台800MW的机组R、S和Boxberg 4机组(440MW)。 5.4 过热器/再热器

过热器/再热器管在锅炉中是服役条件最为复杂、恶劣的部件，需要同时满足蠕变强度、烟气侧抗腐蚀和飞灰冲蚀性能、蒸汽侧抗氧化性能等。同时还需有较好的加工性能和经济性。

受到烟气侧腐蚀的限制，除非燃煤的含S量极低，一般蒸汽温度566℃以上的过热器/再热器管需要采用奥氏体耐热钢。在常规的奥氏体不锈钢中，TP304H、TP321H、TP316H和TP347H等这些钢在蒸汽温度620℃以下的超超临界机组作为高温过热器/再热器时抗烟气腐蚀性也是足够的，蠕变强度偏低但通过增加壁厚可以满足要求。欧洲早期一些蒸汽参数为580℃的超超临界机组就选用了TP321等常规不锈钢。但在USC机组的SH/RH选材中，蒸汽侧的氧化性能是一个至关重要的指标，常规的奥氏体不锈钢难以满足要求，上述欧洲机组在运行一段时间后即因氧化皮剥落造成机组停机，最后降低参数运行。

过热器、再热器材料抗蒸汽侧的氧化性能也是选择时考虑因素之一，运行温度的提高加剧了过热器、再热器的蒸汽氧化，这将导致三种后果：内侧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;蒸汽流中的氧化物颗粒对汽机前级叶片的冲蚀。9%Cr钢的蒸汽氧化速率限制其使用温度不高于600℃，12%Cr铁素体钢抗蒸汽氧化能力稍高一些。

管子内壁镀Cr是一种有效的蒸汽氧化控制方法，对300系列不锈钢进行内表面喷丸处理也很有效，但工程上没有得到大量应用。新开发的TP347HFG、Super30

4、HR3C是目前主要的USC机组末级过热器/再热器材料。

Super304H是在TP304H的基础上添加了3.0%Cu并以Nb、N合金化，通过析出富Cu相对基体进行强化。Super304H的600-700℃的持久强度比TP347H至少提高了20%。在保证晶粒细小的前提下，蒸汽氧化性能得到提高。焊接性能优于TP347H。

TP347HFG是对TP347H的热加工工艺进行调整，使晶粒度由ASTM4-5#提高到8#以上，这种细晶粒的材料可以有效促进Cr的扩散，在蒸汽环境下形成保护性的Cr2O3，蒸汽氧化速率降低一个数量级以上。600℃的蠕变强度比粗晶粒TP347H高20-30%。焊接性能优于TP347H。

HR3C是在25%Cr的TP310基础上添加了Nb、N，运行过程中析出NbCrN相，使强度得到大幅度提高。由于Cr含量的增加，抗蒸汽氧化性能也较好。但这种钢最初是作为垃圾焚烧电#

41 站用抗腐蚀材料开发的，在超超临界机组中的运行时间偏短。

三种材料都能满足蒸汽温度620℃以下的超超临界锅炉中过热器、再热器管的强度要求，但订货时需要对组织提出要求以保证良好的氧化性能。三种钢种均已经开发出相应的焊接材料。

国内近几年开始研究超超临界机组的相关技术，并有数台机组开始投入建设，由于煤电将在很长时间内在我国占主导地位，超超临界火电技术在我国有着非常广阔的发展前景。

然而近几十年来国内的电站新材料开发几乎处于完全停滞状态，目前超临界和超超临界机组甚至包括部分亚临界机组的关键材料或部件几乎完全依赖进口，这种状态在短期内还无法改变;从国外购买先进材料是发展超超临界技术的最现实的途径。

另一方面，国内对于现阶段超超临界机组所需各种新材料的加工工艺和服役特性研究也刚起步，缺乏足够的材料加工和使用经验，为了保证机组的顺利建设和将来长期安全可靠的运行还需要进行大量工作。

6 结束语

超超临界发电是一种前景广阔的洁净煤发电技术。在超超临界蒸汽参数条件下，对机组一些关键部件都提出了更高的性能要求，合理选材是保证机组安全可靠的基础。目前国际上的成熟材料可以满足34MPa/620℃参数条件的要求，国外还在开发650-760℃参数下机组的高温材料。国内目前发展超超临界发电技术只能完全依靠国外的新型耐热材料，并有许多材料研究工作亟待进行。

参考文献：

[1] R. Viswanathan et al, Materials for Ultrasupercritical Coal Power Plants-Boilers Materials：Part 1，JMEPEG (2001)10:81-95. [2] R. Viswanathan et al, Materials for Ultrasupercritical Coal Power Plants-Turbine Materials：Part 2 ibid, 96-101. [3] Cleaner Coal Technology Programme technology status report 018: Review of status of advanced materials for power generation. [4] 国内外超超临界机组材料及焊接研究资料汇编，西安热工研究院有限公司.

______________________ 作者简介：

周荣灿(1971-),工学博士，主要研究方向为新型电站材料的服役特性。

42

第二篇：锅炉外墙保温用绝热材料

锅炉气凝胶节能技术应用

孔明™气凝胶超级绝热毡是一种优秀的高热阻无机绝热材料。其导热系数比现有的传统材料低，其保温效果比传统材料好，一般保温改造项目节能率能达到30-50%以上。在走访各用能企业时可以发现，很多企业的锅炉其外表面温度一般都在60℃左右，锅炉的热效率降低3-5%，以35t蒸汽锅炉计年热损失达30万元。 造成散热损失较大的原因：

1. 传统材料在使用2年后其保温效果逐年下降，外表温度会达到100-120℃，能量损失加大并造成安全隐患。

2. 锅炉空间有限，有些部位施工难，传统材料施工质量难保证，局部温度能够达到200℃以上，能量被白白流失传统材料没有办法解决。

使用孔明™气凝胶超级绝热毡对锅炉外表保温进行节能技改，可将炉体温度降低至室温，提高锅炉热效率，锅炉效率提高。

蒸汽锅炉是工厂常见的供热设备，其热损失主要有三个方面： 1. 排烟热损失，主要是降低排烟的温度，减少烟气带走的热量。

2. 机械未燃烧热损失，主要是灰渣及飞灰未燃的可燃物较多，需要维持炉内热工状况减少灰渣炭。

3. 炉体表面散热损失，主要是锅炉外边面温度超过设计值，造成炉效降低，需要采用优质的保温材料和施工质量。

为解决炉体表面散热损失问题，主要从气凝胶炉体降温技术改造降低锅炉表面温度入手，减少锅炉热损失，节约能源。

炉表温度节能技术改造为什么选用孔明™气凝胶超级绝热毡?

一是孔明™气凝胶超级绝热毡有很高的结构强度，和传统材料不同，传统材料是靠低容重达到较低的导热系数其材料在受力变形后性能下降很多。气凝胶超级绝热毡其绝热机理是靠微观的纳米级多孔伪真空来实现其优秀的绝热性能，气凝胶超级绝热毡在受到80MPA面压力时其绝热性能不会降低，反而导热系数会更低。 二是孔明™气凝胶超级绝热毡有超低的导热系数，其导热系数比传统材料低二分之一以上。在与传统材料相比较，相同的保温厚度时气凝胶超级绝热毡的保温性能远超传统材料。 三是孔明™气凝胶超级绝热毡使用寿命长，长达20年以上。传统保温材料是牺牲结构强度来换低导热系数的，长期使用其性能衰减很快，且在维护炉体时传统保温材料拆除是不能重复利用的造成大量的固废。孔明™气凝胶超级绝热毡结构强度高，反复拆除反复使用不会对绝热性能有任何影响。

四是孔明™气凝胶超级绝热毡施工下料简单方便，在一些难以施工和保证质量的部位可以发挥其优秀的属性。

孔明™气凝胶超级绝热毡炉体降温节能技改实施过程：

1. 现场勘测，测量记录原始数据。勘查锅炉外表辐射段、过渡段、炉体后端板表面温度，根据检测温度高低确定保温层厚度。

2. 统计数据分析工况给出最优方案。对数据详细分析，计算出实际散热量、保温层厚度、温降并向甲方递交项目建议书。 3. 签订合同并施工。 4. 竣工验收。

总结：孔明™气凝胶超级绝热毡其优秀的绝热性能和超强的节能强度在锅炉等热工设备上使用能够长期解决热工设备外表散热损失高和逐年升高的问题，将锅炉热损降到最低，为企业的节能减排做出贡献。 详细问题欢迎来电垂询!

第三篇：工业锅炉文献综述

燕 山 大 学

本科毕业设计(论文)文献综述

课题名称：

SHL20-1.25/130/70-A热水锅炉设计

学院(系)：

车辆与能源学院

年级专业：

热能与动力工程

学生姓名：

吕志鹏

指导教师：

王华山

完成日期：

2015年3月17日

一、课题国内外现状

工业锅炉是重要的热能动力设备,而我国是当今世界锅炉生产和使用最多的国家。中国锅炉制造业是在新中国成立后建立和发展起来的。特别是改革开放以来,随着国民经济的蓬勃发展,全国有千余家持有各级锅炉制造许可证的企业,可以生产各种不同等级的锅炉[1]。

在未来相当长的一段时间内,燃煤工业锅炉仍将是我国工业锅炉的主导产品,且以中大容量(单台蒸发量≥10t/h)居多。但燃煤锅炉会产生严重的环境污染,随着能源供应结构的变化和节能环保要求日益严格,天然气开发应用将进入高速发展时期。小型燃煤工业锅炉将退出中心城区。因此采用清燃料和洁净燃烧技术的高效、节能、低污染工业锅炉将是产品发展的趋势。

工业锅炉每年的总能源消耗和污染排放均位居全国工业行业第二,仅次于电站锅炉,煤炭消耗量远高于钢铁、石化等高耗能工业行业。工业锅炉的发展直接影响国家建设资源节约型和环境友好型社会的经济发展和社会发展目标的实现。“十一五”期间,降低单位GDP能耗将成为我国政府宏观调控的重点,工业锅炉行业面临重大发展机遇,工业锅炉行业应该以高效节能降耗为中心,洁净减排环保为目标,认真制定工业锅炉行业发展规划,引导行业传统技术的改良,核心技术和关键技术的创新,提升工业锅炉系统节能效果;推动行业和企业结构与产品结构调整,促进工业锅炉行业跨越式发展和全面技术进步[2-4]。

二、研究主要成果

为了进一步提高工业锅炉的效率和减少污染物的排放，国内外研究人员分别从燃烧方式、炉膛布置、运行维护等方面进行研究，取得了不少成果。

在链条锅炉上增加风扇磨煤机直吹系统,采用复合燃烧技术,可大幅度提高锅炉的出力和锅炉热效率。能够适应制浆、造纸企业热负荷波动频繁及波动幅度大的特点。风扇磨煤机集吸风、干燥、磨煤、送粉等功能于一身,新增设施少、投资省、见效快、占地面积小,完全适合于旧锅炉的改造,是值得推广的一种燃烧技术[5-6]。

使用分层燃烧技术可以提高锅炉的经济型，改进分层燃烧技术的实现将对我国的锅炉行业产生深远的影响，使之在锅炉运行中发挥更重要的作用。

因此积极将新技术引进本行业是我们在今后一段时间的一项重要任务[7-9]。

现阶段供热系统中，链条锅炉仍是供热热源的主要设备。随着科技的进步，供热站使用了较为先进的DCS 系统对供热系统进行监控，极大的方便了管理， 降低了工人劳动强度。

通用燃烧优化控制技术对具体的应用控制系统平台并没有任何限制，全部DOS系统或高端可编程逻辑控制器均可以充当其应用平台，其对燃烧器的优化控制主要是借助多变量解耦技术、软测量技术以及过程优化技术等得以实现，这样可以最大限度的确保燃烧器运行的稳定性、安全性及经济性[10-13]。

常压热水锅炉房作为建筑物的供热热源近年来得到了相当广泛的应用,尤其在燃气锅炉或燃煤锅炉改燃天然气中应用较多。

采用自然循环与强制循环组合的循环方式，利用导水装置，使得下降管能起到使水下降的作用，因此能充分保证上升管内工质流速大于安全水速，避免了上升管内水发生倒流等工况，为锅炉的安全运行提供了保障[13-15]。

三、发展趋势：

未来工业锅炉产品市场发展除了受我国国民经济的发展速度和投资规模等因素影响外,越来越受到能源政策和节能、环保要求的制约。随着高性能产品的普及和产品质量的提高,在2000年～2010年每年将有约5万蒸t的工业锅炉需要更新,2010年后,每年将有约7万蒸t的工业锅炉需要更新,再加上新增装机,从需求上讲,到2010年每年工业锅炉需求量约为10～12万蒸t。

今后大中城市的小容量燃煤锅炉的比重将会显著下降,循环流化床锅炉等采用清洁燃烧技术的锅炉将得到较快的发展,燃气锅炉将会有长足的进步,燃用生活垃圾和生物质的锅炉市场潜力较大,蓄热式电热锅炉系统随着电力工业改革和发展其市场将进一步拓宽。因此采用清洁燃料和洁净燃烧技术的高效、节能、低污染工业锅炉将是工业锅炉产品发展的趋势,并向高端和高附加值的产品市场发展。

(1)层燃锅炉

我国层燃链条炉排锅炉居多,该型锅炉主要在节能、环保性能方面需要进一步提高。在对原煤进行洗选筛分并同时改进燃烧设备的基础上将有更大的发展空间。对于目前仍采用的手烧加煤、间歇燃烧方式的小型固定炉排锅

炉。必将淘汰,取而代之以新开发的新型锅炉。

(2)循环流化床锅炉

循环流化床燃烧技术具有强化传热、燃烧效率高、燃料适应性广和排放污染物少等特点,在≥10t/h燃煤工业锅炉中应积极发展应用,该型锅炉是种很有发展前途的清洁燃烧技术。

(3)燃油、燃气锅炉

燃油或燃气工业锅炉,不仅可以提高锅炉热效率,而且可以显著减少污染物排放。但其受制于初期投资和日常运行成本。加之国家在推广节油替代政策,预计燃油锅炉的发展会受到抑制,但随着国家环保力度的加大,加之西气东输和利用国际天然气资源等工程的实施,大多数城市开始推广应用清洁能源,大量的燃气锅炉将替代原有的燃煤锅炉,燃气锅炉的市场前景相当广阔。预计今后燃气锅炉将占年产工业锅炉总容量的15%～20%。

我国的锅炉产业,它不是“朝阳产业”,更不是“夕阳产业”,而是与人类共存的永恒产业,且在我国还是一个不断发展的产业。但目前我国工业锅炉行业和企业也面临着各种挑战和机遇。我们工业锅炉制造企业作为市场竞争的主体,应该对自身所处的外部环境和自己拥有的内部条件有清醒的认识,明确自己的市场定位,并从战略的高度加以管理,做到有所为和有所不为。必须坚持市场导向战略,紧紧依靠科技进步,依靠科技创新,在国家能源和环保政策的引导下,调整企业结构和产品结构,抓住机遇,创出适销对路并具有自己特色的高端产品以促进企业的发展并保持强劲的可持续发展的企业后劲,这样才能在激烈的市场竞争中占有一席之地[1-4]。

四、存在问题

在现阶段，减少污染排放已经成为政府宏观调控的重点,全国各工业行业力促节能减排战略的实施。就工业锅炉而言,目前节能减排工作缺乏具体方案和目标,现状不容乐观;尤其在运行状况监测诊断、自动调节和控制以及工业锅炉运行科学管理等方面存在诸多问题。

(1)目前,工业锅炉行业和其他相关行业一直没有将影响工业锅炉节能减排潜力的五个主要因素“人、料、炉、机、控”作为系统工程进行综合协调发展,这是主要问题,也是社会科学和技术科学没有真正结合在一起的问题;

(2)能源政策和社会环境没有形成对工业锅炉节能减排的切实的紧迫压力。能源政策应该采用趋紧政策,从煤矿开采、煤炭价格、煤炭运输各个环节进行严格控制,提高终端煤炭使用价格,增加社会群体对煤炭作为不可再生能源的清醒认识。目前,常规能源价格普遍偏低,客观上鼓励奢侈、浪费和污染,节能减排缺乏驱动力,同时严重迟滞新能源技术推广。其次,社会对工业锅炉造成的污染没有清醒的认知,致使能源价格只考虑内部燃料成本,没有考虑污染环境造成的社会成本。这是一个根本的、核心的、连锁的、系统的大问题,而我们国家很少有人深入研究,这个问题就是:既然煤炭价格很低,排污罚款也能够承受,何必去进行工业锅炉节能减排技术的改造。

(3)工业锅炉节能减排存在单纯的技术化倾向,缺乏对工业锅炉科学化管理和技术经济性管理的深层次思考。单纯的技术化倾向只突出技术上节能减排的潜力,没有解决工业锅炉科学管理的问题以及投资成本回收的技术经济性问题,对于这样一个复杂的问题,因牵扯到国家、用户、个人等各方利益,使得管理缺少科学化和技术经济化。

五、主要参考文献

1、黄家瑶,夏家喜.工业锅炉行业节能减排与战略性发展. 工业锅炉2011年1期01-09，文章编号：1004-8774(2011)01-01-09

2、邢飞雄.中国工业锅炉产品现状和发展趋势工业锅炉. 2006年第1期6-10，文章编号：1004-8774(2006 ) 01-06-05

3、瞿林法.2007年中国工业锅炉行业经济运行概况分析. 中国电器工业协会工业锅炉分会.2008.6:24-29

4、袁吉林.轮链条锅炉节能改造及运行.327

5、朱仁锁.20吨/小时链条锅炉的技术改造及节能效果分析，中盐安徽红四方股份有限公司. 中国盐业科研探讨2013年第21期29-30

6、贾凤阳,秦晶晶.节能新技术在正转链条锅炉上的应用. 科技论坛66-68

7、吴晓,王桂山.复合相变换热技术在链条锅炉中的应用. 节能科技2011年第4期30-31，文章编号 ：1001—5523(2011)04—0030—02

8、申建忠.煤粉燃烧技术在链条锅炉中的应用. 山西能源与节能.2009

年第5期

9、方刚,黄殿奎,王振平.燃煤链条锅炉改为环保煤粉锅炉的可行性分析. 内蒙古煤炭经济.2013

10、郭彦斌.工业链条锅炉优化强化燃烧技术. 工业技术，文章 编号 ： 1009—9 14X (2013)05—0001—0l

11、常小满，常压热水锅炉供热系统的设计与调节. 冶金设备，2009年增刊

12、徐宏彤，双锅筒纵置式水管链条炉排热水锅炉的开发. 工艺与设备，2012年第4期

13、郭彦斌，双锅筒横置式蒸汽锅炉向热水锅炉的技术改造. 应用科技，2009年第3期

14、 D. S. et al.: Thermomechanical Finite Element Analysis of Hot Water Boiler Structure.THERMAL SCIENCE, Year 2012, Vol. 16

15、李念国，一种热水锅炉底部连续排污再循环装置的研究分析.工业锅炉，2014年第5期

指导教师审阅签字：

年

月

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第四篇：循环流化床锅炉优点综述

宝鸡阜丰科技有限公司

循环流化床锅炉替换常规锅炉的规划申请

循环流化床锅炉燃烧技术是近30年发展起来的一项高效能，低污染清洁燃烧技术。自从1979年芬兰的奥斯龙公司第一台20t/h循环流化床锅炉问世以来，循环流化床引起了广泛的注意。我国也将循环流化床锅炉作为对传统层燃炉和煤粉炉的一个重大革新，列为国家“八•五”攻关的一种新型燃烧技术。这项技术在电站锅炉、工业锅炉和废弃物处理利用等领域己得到广泛的商业应用，并向几十万千瓦级规模的大型循环流化床锅炉发展。可以预见，未来的几年将是循环流化床锅炉飞速发展的重要时期。

我国自六十年代就研制了常规的流化床锅炉，循环流化床锅炉是在流化床锅炉的基础上，采用飞灰再循环燃烧，保持了原有流化床锅炉的燃料适应性强、传热效果好、负荷调节方便等优点。普遍认为，对于75t/h容量以下的流化床锅炉采用带飞灰循环燃烧的常规流化床锅炉是较佳方案。

循环流化床锅炉主要由燃烧系统、气固分离循环系统、对流烟道三部分组成。其中燃烧系统包括风室、燃烧室、炉膛、给煤系统等几部分;气固分离循环系统包括物料分离装置和返料装置两部分;对流烟道包括省煤器、空气预热器等几部分。循环流化床的燃烧方式采用了低温、分级、循环燃烧的方式，既控制了NOx的生成，又可在炉内添加石灰石进行简单的炉内脱除SO2，具有较好的环保性能。 循环流化床确实具有煤种适应性广、廉价脱硫、负荷调节能力强、热效率高等优点，下面对这些优点进行详细地分析。

一、燃烧效率高

国外的循环流化床锅炉效率能达到99%，我国循环流化床锅炉效率也能达到95～98%。能有这么高效率，很大一部分原因在于煤粒在循环流化床锅炉炉膛内能充分燃尽。

循环流化床锅炉燃烧属低温燃烧。燃料由炉前给煤系统送入炉膛，送风一般设有一次风和二次风。一次风由布风板下部送入燃烧室，主要保证料层流化;二次风沿燃烧室高度分级多点送入，主要是为了保证充足的氧量保证燃料燃尽。燃烧室内的物料在一定的流化风速作用下，发生剧烈扰动，在高速气流的携带下离开燃烧室进入炉膛，其中较大颗粒因重力作用沿炉膛内壁向下流动，一些较小颗粒离开炉膛进入物料分离装置，炉膛内形成气固两相流，进入分离装置的烟气通过对流烟道内的受热面吸热后，离开锅炉。循环流化床锅炉一大特点是采用分离回料装置。分离回料装置有惯性分离和旋风分离两种。有的大型循环流化床锅炉还会采用两级分离，例如75t/h，130t/h炉采用两级分离，一级是炉室出口的惯性和百叶窗高温分离，二级是在省煤器后加旋风分离，末燃尽煤粒经旋风筒分离回流至燃烧室继续燃烧。

因为循环流化床锅炉高效率的分离装置，被分离下来的颗料经过返料器又送回炉膛，使锅炉炉膛内有足够高的灰浓度，因此，循环流化床锅炉不同于常规锅炉炉膛仅有的辐射传热方式，而且还有对流及热传导等传热方式，大大提高了炉膛的传导效率，使锅炉达到额定出力。例如，一循环流化床锅炉炉渣可燃物仅1～2%，该锅炉效率就达88～90%。

二、煤种适应性强

循环流化床锅炉对低热值无烟煤、劣质煤、页炭、炉渣石矸等都有很好的适应能力，适应性比煤粉炉、层燃炉好。原因一个是循环流化床配备分离回料装置能够保证煤粒得到充分地燃烧，另外，循环流化床锅炉使煤粒在炉内产生一定的流化，保证煤粒能够得到充分燃烧。国产循环流化床采用较低流化速度(4.5m/s～5.5m/s)较低循环倍率约(10～20)，能够减小分离受热面的磨损。此外，循环流化床锅炉不仅可全烧当地煤，还可掺烧邻炉(如链条炉)的炉渣。

三、添加石灰石，有较高脱硫效果

循环流化床炉内燃烧过程中产生氧化硫与流化床炉燃烧添加剂一氧化钙发生反应：

CaCO3=CaO+CO2 CaO+SO2+(1/2)O2=CaSO4

石灰石脱硫剂在多次循环过程中，延长了与烟气中SO2的接触时间，Ca/S比显著降低，即以少量的石灰石达到较高的脱硫效率，脱硫效果可达95%，产生硫酸钙随渣排出。这种低倍率循环流化床锅炉适用于20t/h、35t/h、65t/h容量等级的发电锅炉和工业锅炉的旧炉改造，在利用当地劣质煤资源方面尤效显著。另外，含有硫酸钙的灰渣是综合利用的好材料。

四、添加石灰石，降低了氮氧化物生成量

煤粒和添加的石灰石在炉膛内以800～900℃温度燃烧，可以控制NOX的生成。这是因为生成的NOX被炉子部未燃烧的碳或CaO还原，因此减少的NOX的排放。

五、系统简单，运行操作方便

从原煤到落煤经螺旋给煤机进入炉膛;一次风经布风板引入炉膛底部;煤粉(10mm以下)悬空燃烧;二次风从前后墙引入，起助燃搅拌作用;随烟气向炉膛尾部带起走的较大颗粒旋风分离器后返回到炉膛，循环燃烧，进入尾部烟道只剩下很小的灰粒。经过上述简单流程，锅炉即达到应当的蒸汽量，满足汽轮机蒸汽品质要求。经初步估算，使用流化床锅炉厂房，土建费用节约10%左右，与煤粉炉相比，设备费用节约20—30%，运行人员操作的辅机设备少，控制简单。

六、灰渣综合利用，前途广泛

灰渣中有一定的硫酸钙，可作各种建筑材料的掺合料，水泥行业、制砖行业利用灰渣前途最广泛。该炉型推广应用可减少除灰渣场地，对无灰场条件的中小城市而言，不仅可以大大改善环境条件，而且可以推进建材行业的发展，变废为宝，使煤炭发挥综合效益。

因此，我公司根据我市对环保的及我公司生产要求

第五篇：锅炉压力容器用钢

至20世纪90年代中期，随着国内具有较高水平的中厚板厂陆续建成投产，现有中厚板厂工艺装备的不断完善，我国锅炉、压力容器用钢板不仅在产量上具备了一定规模，而且部分企业在实物质量上也逐步接近发达国家锅炉、压力容器用钢板的水平。至此我国已形成了具有一定生产规模，规格日渐增多，质量逐步提高的锅炉和压力容器用钢板的生产体系。

近年来，随着锅炉、压力容器向产品大型化的方向发展，以及应用环境的日益苛刻，对钢板的需求和要求也在增长和提高。为了更详细地了解此类产品市场的变化，及时把握变化的市场发展动向，针对锅炉、压力容器板市场状况、生产设备、目前存在的问题以及对用户消费的情况开展了调研，并提出调研报告。

一、国内锅炉和压力容器用钢板生产现状

1.生产现状

2000年全国共生产锅炉板约17.24万吨，产量最大的3家企业是：太钢(27269吨)、重钢(25754吨)，浦钢(19422吨)。主要钢号有20g、22g、16Mng、15MnVg，14MnMoVg等。

2000年全国共生产容器板约29.82万吨，产量最大的三家企业是：武钢(68862吨)，重钢(50693吨)、舞钢(37638吨)，主要钢号有20R、16MnR等。

表1至表3分别给出1998年至2002年我国锅炉、压力容器用钢板的总产量及主要企业产量。

表1 1998~2002年我国锅炉、压力容器用钢板的产量

单位：吨

项目 1998年 1999年 2000年 2001年 2002年 特厚板

锅炉用钢板 11292 7698 15873 17388 21700

压力容器用钢板 18354 14498 35913 46770 29600 中厚板

锅炉火箱板 185442 161977 156533 207087 211600

其中：高压板 8613

压力容器板 264697 225619 262299 340239 452900

表2 主要钢铁企业锅炉板产量

年份 1998 1999 2000 2001 2002 特厚板

鞍钢 2412

单位：吨

1058 685 3180 2136 浦钢 77

254 341 2157 3815 舞钢 7033

6230 14061 10850 13737 武钢 1770

156 786 1201 1983 中厚板

锅炉火箱板

其中高压板

天津天盾有限公司 250

邯钢 74

23

1372 太钢 19603

12441 27269 16633 18004 鞍钢 8623

7276 7511 12263 9146 营口中板厂 6201

4088 4366 6774 2437 宝钢 25718

32106

浦钢 24559

15334 19081 20431 25444 南钢 2738

7898 12758 12424 24667 马钢 8613 8613 3979 7001 6855 8208 济钢 10786

16831 12290 22802 14962 舞钢 3933

4297 1300 5825 10834 安钢 12175

13316 15749 22492 31100 武钢 9763

3400 9077 13552 9138 柳钢 16706

14212 13955 14259 7744 昆钢 1395

2038 399 622 230 重钢 28013

22910 25754 38344 36712 酒钢

1612

5283

表3 主要钢铁企业压力容器用钢板产量 单位：吨

年份 1998 1999 2000 2001 2002 特厚板

鞍钢 4150 3749 1245 1431 1775 浦钢 1217 1455 957 4889 5896 舞钢 6388 8662 31383 17225 18267 武钢 6599 632 2328 4295 3702 中厚板

首钢

241

4722 邯钢

1455

9076 太钢 12884 10355 13628 8555 13168 鞍钢 31882 35214 21978 33329 18410

营口中板厂 12091 9936 14 16360 5446 宝钢

6456 100855 浦钢 43095 48898 29505 51437 75013 南钢 4168 3429 17771 14655 36635 马钢

4232 5659 6294 8974 济钢 17962 20720 14144 25836 11582 舞钢 14910 15213 6255 35583 36576 武钢 48042 10913 66534 51339 49974 柳钢 18122 13709 12981 7618 2617 重钢 61349 44070 50693 44213 45442 酒钢

250

4733

2 生产装备及技术改造情况

从表2和表3可以看出我国目前生产锅炉和压力容器用钢板的主要企业大约有15家，表4列出14家企业的中厚板轧机设置情况。

表4 我国锅炉及压力容器用板轧机一览表

序号

企业名称

投产或改造日期

设计能力

轧机规格及型式

备注

(万吨) 粗轧机架

精轧机架

1 武钢集团公司轧板厂 1968.8 60 2800mm二辊式 2800mm四辊式

前苏联制造 2 重庆钢铁集团公司第五轧钢厂 1984.4 20440 2350mm二辊式 2450mm四辊式

国产

3 舞阳厚板厂 1978 40 4300mm四辊式

引进二手设备

7 鞍钢集团公司中板厂 1993.9 40 2300mm三辊劳特 2550mm四辊式 2003年改造

8 南京钢铁集团公司中板厂 1994.9 25 2300mm三辊劳特 2500mm四辊式

9 柳州钢铁集团公司中板厂 1998.7 15/30 2300mm三辊劳特 2800mm四辊式

10 济南钢铁集团公司宽厚板厂 1989 40 2300mm三辊劳特 2500mm四辊式

国产

11 安阳钢铁集团公司中板厂 1996.5 15142 国产

14 邯郸钢铁公司中板厂 1993.9

2300mm三辊劳特

我国生产锅炉、压力容器用钢板的生产企业经“七五”、“八五”期间的技术改造，尤其是进入20世纪90年代以后，生产装备水平上了一个新台阶。

各企业技术改造与设备更新主要集中在对产品质量有影响的加热炉、高压水除鳞装置、轧机、冷床、剪板机、标志打印机设备及探伤设备等方面，如利用计算机对加热炉进行全面控制，将三辊劳特式轧机改为四辊精轧机或将三辊劳特式轧机作为粗轧机，后面增加1架四辊精轧机;增加高压水除鳞装置，采用计算机控制轧机液压AGC、电动APC装置;增加滚轮式冷床，辊底式常化炉;增置新的剪板机，如双边滚切剪等;增加激光测宽、测厚，划线装置和(射线测厚仪等测试装置，添置各种各样的钢板标志打印、喷印设备和超声披探伤设备。柳钢中板厂还研制了我国第一条30通道在线超声波探伤仪。

技术改造与设备更新使得产品质量有了飞跃提高，如重钢五厂在我国首先将三辊劳特式轧机改为2450mm四辊精轧机，随后对加热炉进行了三次改造，建立了国内第一条控冷生产线，并陆续建设了压力为18MPa的高压水除鳞装置(在生产作业线前后3次除鳞)，用于钢板热处理的常化炉1座，安装了双边滚切剪(最大剪切厚度40mm)。1995年5月又建成一条全长80m滚动式冷床生产线，从根本上解决了钢板表面划伤问题，目前正在安装调试一套计算机控制全自动钢板标志打印喷字系统，对整个轧钢生产系统实行计算机控制及数据系统管理系统化等。重钢第五轧钢厂的技术改造与设备更新使得该厂的产品质量有了飞跃提高，该厂生产的“压力容器用碳素钢和低合金钢厚钢板”获得劳动部免检产品称号。

在上述改造的基础上，各企业于20世纪90年代末期对轧机进行了进一步改造。其中，武钢2800mm精轧机于1999年3月改造完工后，近两年又通过对该轧机的辊型的进一步改进，克服了钢板头尾中间超厚、板形不良等质量问题，减小了钢板的凸度，提高了板形质量和厚控精度。

舞钢4200mm轧机在1996年进行了卓有成效的改造，配备了液压AGC系统、激光自动测宽、测厚装置，从而提高了该套轧机的装备水平。

济钢对3500mm宽厚板生产线进行改造，如今其装备水平已达到国际先进水平。

南钢中板厂在1994年投产的四辊精轧机安装了控轧控冷设备，并在该轧机后安装了一个在线液压升降机构，实现了钢板交叉轧制，大大缩短了轧机待轧时间。该厂还在四辊轧机后40米处安装了长度为24米的控制层流冷却系统，采用目前国际先进中厚板厂所用的高密度直管层流冷却系统，同时改进了HAGC厚度系统，并采用西门子网络控制系统对中厚板加工采取完全的过程控制、准确跟踪和数据库管理。南钢中板厂的这一系列改造措施提高了产品质量，同时降低了生产成本，提高了生产率。

柳钢中板厂2800mm四辊轧机建于1998年，投产时未配备厚度自动控制系统(AGC)，为了提高产品厚度精度、全面实现负偏差轧制，提高成材率，柳钢于2002年1月对2800mm中板轧机进行液压AGC改造，以实现厚度控制和平面形状控制的要求。

3.锅炉板及压力容器板进出口情况分析

由于我国中厚板轧机装备水平低，特别是大多数中厚板厂前工序不完善，难以提供优质专用板坯，因此目前大多数中厚板轧机以生产Q195-Q235普碳板为主导产品，专用板产量较低，2002年专用板产量仅占板带材总产量的16%。因此我国每年需要进口生产难度较大的专用钢板，特别是强度级别高的锅炉板、压力容器板。例如锅筒用钢板(俗称汽包板)牌号为S1299，总量约1.3万吨/年，依赖进口(德国蒂森公司)。另外，厚度大于40mm的结构板，大部分依赖进口。

二、用户行业现状和消费量预测

1.锅炉、压力容器行业现状

目前我国锅炉、压力容器的制造企业3684家(包括气瓶制造企业)。2001年这些企业共计制造了10.6万台锅炉、35.1万台压力容器和1300多万只气瓶。

从地理位置分布看，我国锅炉、压力容器制造业主要分布于我国经济发达的长江沿岸地区和东部地区、见表5。

表5 国内主要锅炉、压力容器企业及其年产能力

单位：万/年

山东地区典型用户

产能

环渤海地区典型用户

产能 江浙地区典型用户

产能

济南锅炉集团 1.2 北京金属结构厂 0.5 上海化工机械厂 0.8

长清水龙王集团 0.5 北锅容器制造厂 0.4 上海电站辅机厂 0.6

齐鲁石化压力容器厂 0.3 邯郸石油化工机械厂 0.6 上海锅炉厂 5.5

青岛锅炉集团 0.3 石家庄化工机械厂 0.6 杭州锅炉厂 3.0

泰山锅炉集团 1.0 天津轻工机械厂 0.6 南化集团机械厂 0.2

冰山集团重型机器厂 3.0 镇海炼化公司 2.0

锦西化工机械厂 0.2 常州锅炉集团 0.6

大连重型机器厂 0.6

哈尔滨锅炉厂 6.0

合计 3.3 合计 12.5 合计 12.7 其他 2.7 其它 27.5 其它 12.4 总计 6.0 总计 40.0 总计 25.0

三地区合计 71.0万吨

这些是我国锅炉、压力容器行业的重要基地，这类企业约占总量的65%左右，耗用钢材量约占总耗材量的80%以上，在用材标准上这些企业也是国内最高的。较有影响的锅炉、压力容器制造企业有上锅、哈锅、杭锅和镇海炼化厂。

我国加入WTO给锅炉、压力容器制造业带来难以估量的深刻影响，从已得到的资料和数据显示，由于锅炉、压力容器的关税大幅降低，非法定检验市场的开放，使更多的国外产品、制造企业和检验公司进入我国市场，加剧了市场竞争，见表6。

表6 1994~2002年进入国内的国外锅炉、压力容器制造企业增长情况

年份 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002*

累计申请数量 3 7 46 398 537 620 664 726 761

累计发证数量

6 15 184 364 493 556 610 626

注：2002年数字为1—7月的累计数。

在这种情况下，原有的国内市场份额将重新分配。这会使我国锅炉、压力容器制造业受到一定程度的影响和冲击，从而会引发国内企业(机构)的兼并重组，甚至导致一些缺乏竞争能力企业(机构)的倒闭。在这样一个国内竞争骤然加剧的经济环境下，锅炉、压力容器制造业面临着前所未有的挑战。锅炉行业现状根据机械工业“十五”规划，大型循环流化床锅炉是发展重点，而常规工业锅炉则是限制生产能力扩张的产品。

表7给出1999—2001年我国工业锅炉和电站锅炉产量统计。

表7 1999~2001年我国工业锅炉及电站锅炉产量

单位：蒸发吨

年份 1999 2000 2001 2002 工业锅炉 70145.8 82912.34 82772

电站锅炉 37672.27 39635 55217

至2001年我国具有锅炉制造许可证的企业共664家，其组成和分类见表8。

表8 锅炉制造许可证企业组成及分类

锅炉制造企业 A级 B级 C级 D级

合计

持证数(个) 27 189 133 315 664

我国工业锅炉以A、B级锅炉生产企业为主。根据统计，2001A、B级工业锅炉生产企业完成工业锅炉8.54万蒸发吨，约2.03万台。与2000年相比，工业锅炉的产量增加8300蒸发吨，生产台数则减少约1100台。2001年锅炉销售价格普遍低于上年，在锅炉产量增加的同时工业总产值和销售收入均有所减少，这也反映出锅炉市场的严峻和压力。

2001年工业锅炉产量前10名的生产企业见表9。

表9 2001年工业锅炉产量前10名生产企业

序

企业名称

年产量

备注 号

蒸发吨

台数

1 无锡华光锅炉股份有限公司 5551 182 其中：工业锅炉5271蒸发吨，180台

2 济南锅炉集团有限公司 4972 77 其中：工业锅炉4452蒸发吨，74台

3 杭州富春锅炉容器有限公司 4021 121 其中：工业锅炉3101蒸发吨，115台 4 江苏太湖锅炉股份有限公司 2648 366

5 太原锅炉集团有限公司 2262 228

6 四川锅炉厂 2104 31 其中：工业锅炉1464蒸发吨，27台

7 山东泰山锅炉、压力容器集团总公司 1908 389

8 上海四方锅炉厂 1858 93

9 沈阳清华锅炉有限公司 1386 412

10 长沙锅炉厂 1378 262

注：工业锅炉产量按75t/h锅炉以下计算蒸汽量和台数。

2.我国锅炉、压力容器出口现状

目前我国锅炉、压力容器有一定的出口，能够承担生产出口产品的企业有200余家，全年创汇超过3亿美元。进出口总额大约6亿~8亿美元，全行业外贸依存度不足10%，大大低于全国40%的水平。

表10给出自1992年以来，我国锅炉、压力容器出口情况。从该表可以看出无论是锅炉还是压力容器的出口量均是快速递增的。主要出口对象是亚洲，具体统计情况如下：

锅炉：2000年至2001年，出口亚洲的所占份额分别为43%、55%;非洲14%、14%;南美洲5%、5%;美国0.3%。

压力容器：亚洲96%(日本77%)、73%(日本60%);非洲3%、0.7%;南美洲1%、1%;欧洲0.2%、1.5%。

表10 1992~2001年锅炉、压力容器出口情况

年份 1992 1993 1994 995 996 997 1998 1999 2000 2001

锅炉(蒸发吨) 67 56 36 61 63 65 66 66 131 212

压力容器(吨) 991 726 1392 2302 5889 7683 9476 8193 12839 15174

三、消费需求预测

目前我国锅炉、压力容器制造企业年需钢材100万吨，其中低合金钢、高强度钢45万～50万吨，低温钢5万～6万吨，中温钢材及锻件约3万吨。而这些高技术含量、高质量的低温钢、中温抗氢钢、正火高强度钢在国内市场还很紧缺，有些规格还无法生产，仍然依靠进口。例如，厚度在100mm以上的调质高强度钢、中温抗氢钢，用于-71℃～-196℃的低温钢，这些规格和材质的钢材每年需进口几千吨。

另外，目前我国每年还需进口大量的锅炉和压力容器，表11给出1992年至2001年我国锅炉、压力容器进口情况。

表11 1992～2001年锅炉、压力容器进口情况

年份 1992 1993 994 995 996 997 1998 1999 2000 2001

锅炉(蒸发吨) 416 445 533 776 780 780 1194 1681 1653 2391 压力容器(吨) 1834 1634 3243 3370 3370 3370 3374 2974 2141 2706

根据上述锅炉、压力容器基本现状以及未来可能的发展趋势，有关专家预测到2005年，我国的锅炉用钢板的需求量为80万吨，压力容器用钢板的需求量为70万吨。

由于我国经济正处于高速发展时期，预计至2010年我国的经济发展将保持8%左右的速度增长;另外，目前虽然一部分高附加值的锅炉、压力容器钢尚需进口，但是随着科学技术的发展，至2010年我国相应的高附加值钢板的进口量会相对减少;与此同时随着锅炉及压力容器制造水平的提高，以及合资企业数量的增加，相信我国此类产品产量将会不断提高。

在此分析基础上，预计至2010年我国的锅炉、压力容器钢板的消费需求至少达到100万吨和120万吨。

四、结束语

通过本次对锅炉、压力容器的调研，可以了解到近年来随着我国电力工业和化学工业的发展，我国的锅炉、压力容器的需求量得到迅速增长。因此对锅炉、压力容器钢板的需求量也越来越大。

然而，由于我国压力容器用钢的生产企业绝大多数只能生产低中压容器板和锅炉板，总体仍处于低层次上的质量和价格竞争。造成这种状况的主要原因为：