2012年一級(jí)建筑師考試建筑物理與設(shè)備備考輔導(dǎo)48
來源：考試吧發(fā)布時(shí)間：2011-12-27
鍋爐用鋼的新發(fā)展
在鍋爐、壓力容器和管道用鋼這三類鋼中，鍋爐用鋼的發(fā)展最為迅速。這主要是近10年來，火力發(fā)電站用燃料—煤炭的供應(yīng)日趨緊張，降低燃料的消耗已成為世界性的迫切需要。為此，必須提高鍋爐的效率。通常鍋爐效率每提高5%，燃料的消耗可降低15%.而鍋爐的效率基本上取決于其運(yùn)行參數(shù)—蒸汽壓力和蒸汽溫度。最近，上海鍋爐廠生產(chǎn)600~670MW超臨界鍋爐的蒸汽壓力為254bar，過熱蒸汽溫度為569℃，鍋爐的熱效率約為43%.如果鍋爐的運(yùn)行參數(shù)提高到特超臨界級(jí)，即蒸汽壓力為280 bar蒸汽溫度為620℃，鍋爐的熱效率可提高到47%.目前世界上特超臨界鍋爐的最高工作參數(shù)為350 bar/700℃/720℃，鍋爐的熱效率達(dá)到了50% .
這里應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出，隨著鍋爐效率的提高，鍋爐煙氣中的SO2、NOX和CO2的排放量逐漸下降。因此從減少大氣污染的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)制造高工作參數(shù)的特超臨界鍋爐也是必然的發(fā)展趨勢(shì)。
鍋爐蒸汽參數(shù)的提高直接影響到鍋爐受壓部件的強(qiáng)度性能。在超臨界和特超臨界工作條件下，鍋爐的主要部件，如膜式水冷壁，過熱器，再熱器、高壓出口集箱和主蒸汽管道的工作溫度均已達(dá)到鋼材蠕變溫度范圍以內(nèi)。制作這些部件的鋼材在規(guī)定的工作溫度下，除了具有足夠的蠕變強(qiáng)度 (或105h高溫持久強(qiáng)度)外，還應(yīng)具有高的耐蝕性和抗氧化性以及良好的焊接性和成形性能。
從鍋爐主要部件用鋼的發(fā)展階段來看，即便是工作溫度相對(duì)較底的水冷壁部件，也必須采用鉻含量大于2%的Cr-Mo鋼或多組元的CrMoVTiB鋼。按現(xiàn)行的鍋爐制造規(guī)程，這類低合金鋼，當(dāng)管壁厚度超過規(guī)定的界限時(shí)，焊后必須進(jìn)行熱處理。由于膜式水冷壁的外形尺寸相當(dāng)大，工件長(zhǎng)度一般超過30m，焊后熱處理不僅延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期，而且大大提高了制造成本。為解決這一問題，國外研制了一種專用于膜式水冷壁的新鋼種7CrMoVTiB1010.最近，該鋼種已得到美國ASME的認(rèn)可，并已列入美國ASME材料標(biāo)準(zhǔn)，鋼號(hào)為A213-T24.這種鋼的特點(diǎn)是含碳量控制在0.10%以下，硫含量不超過0.010%，因此具有相當(dāng)好的焊接性。焊前無需預(yù)熱。當(dāng)管壁厚度不大于10 m m，焊后亦可不作熱處理.
在特超臨界的蒸氣參數(shù)下，當(dāng)蒸氣溫度達(dá)到700℃，蒸氣壓力超過370 bar時(shí)，水冷壁的壁溫可能超過600℃。在這種條件下，必須采用9%Cr或12%Cr馬氏體耐熱鋼。這些鋼種對(duì)焊接工藝和焊后熱處理提出了嚴(yán)格的要求，必須采取特殊的工藝措施，才能確保接頭的焊接質(zhì)量。
對(duì)于鍋爐過熱器和再熱器高溫部件，在超臨界和特超臨界蒸汽參數(shù)下，其工作溫度范圍為560~650℃。在低溫段通常采用9~12%Cr鋼，從高溫耐蝕性角度考慮，最好選用12%Cr鋼。在600℃以上的高溫段，則必須采用奧氏體鉻鎳高合金耐熱鋼。根據(jù)近期的研究成果，對(duì)于高溫段過熱器和再熱器管件，為保證足夠高的高溫耐蝕性和抗氧化性，應(yīng)當(dāng)選用鉻含量大于20%的奧氏體鋼，例如25Cr-20NiNbN(HR3C)，23Cr-18NiCuWNbN(SAVE25)，22Cr-15NiNbN(Tempaloy A-3)，和20Cr-25NiMoNbTi(NF709)等。
在相當(dāng)高的蒸汽參數(shù)下(375 bar/700℃)下，在過熱器出口段，由于奧氏體鋼蠕變強(qiáng)度不足，不能滿足要求，而必須采用鎳基合金，如Alloy617.
現(xiàn)代奧氏體耐熱鋼與傳統(tǒng)的奧氏體耐熱鋼相比，其最大特點(diǎn)是含有多組元的碳化物強(qiáng)化元素，從而在很大程度上提高了鋼材的蠕變強(qiáng)度。
對(duì)于超臨界鍋爐機(jī)組的高壓出口集箱和主蒸汽管道等厚壁部件主要采用改進(jìn)型的9-12%Cr馬氏體鉻鋼。
9~12%馬氏體鉻鋼的發(fā)展規(guī)律與前述的奧氏體耐熱鋼相似，即從最原始的Cr-Mo二元合金向多組元合金演變，其主攻方向是盡可能提高鋼材的高溫蠕變強(qiáng)度，減薄厚壁部件的壁 厚，以簡(jiǎn)化制造工藝和降低制造成本。上述鋼種由于 嚴(yán)格控制了碳、硫、磷含量，焊接性明顯改善。在國外超臨界和特臨界鍋爐已逐步推廣應(yīng)用，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
