超临界600MW机组锅炉末级过热器管材服役现状分析及改造建议

通过对国产第一代超临界600MW机组锅炉末级过热器T23、T91、TP347H管材服役现状的分析,得出蒸汽氧化是影响锅炉末级过热器管材安全稳定运行的主要因素。对此,提出了基于管材抗蒸汽氧化温度进行设计选材的升级改造建议:T23钢管最高使用壁温应控制在570℃以内,T91钢管最高使用壁温应控制在600℃以内,壁温600～640℃的管段应选用经过内壁喷丸处理的TP347H钢管或细晶TP347HFG钢管。     

T91＆TP347H异种钢薄壁小径管的焊接

随着电站设备中金属部件使用钢材种类的逐渐增多,对锅炉高温、高压金属部件材质的要求越来越高,不可避免地会遇到异种钢焊接的问题。在300～1000MW机组锅炉过热器、再热器管道中,为满足使用要求,已经部分使用蠕变强度和抗氧化性能高的马氏体、奥氏体耐热钢（如T91、TP347H、TP304H）。为此,通过对马氏体耐热钢（T91）和奥氏体钢（TP347H）的性能分析,阐述T91＋TP347H焊接存在的问题,焊接性能、焊接工艺及操作技术,为从事焊接的工程技术人员提供选材和制定合理焊接工艺的依据．     

660 MW超临界二氧化碳燃煤机组锅炉设计及经济性分析

超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环发电技术被认为是可以替代蒸汽朗肯循环发电的新型发电技术。本文利用热力计算方法对660 MW级S-CO₂燃煤锅炉进行了概念设计,确定了各受热面工质参数、受热面面积和烟气温度等参数,确保锅炉能适应整个S-CO₂循环系统。同时基于加权质量法解决了S-CO₂锅炉各受热面成本难以准确评估的问题,获得了S-CO₂锅炉的造价,并利用平准化度电成本（LCOE）分析了整个S-CO₂机组的经济性。结果表明:S-CO₂机组的LCOE为0.540元/(kW·h),比常规机组低11.3%,具有很强的经济潜力;S-CO₂机组中锅炉、回热器、预冷器的造价较高;S-CO₂锅炉中/低温对流受热面平均材料等级的提升是导致锅炉造价提高的主要原因。因此,仍需继续开展针对锅炉（尤其是中/低温对流受热面）、回热器和预冷器的优化研究,以降低投资成本。     

1000MW级超超临界火电机组锅炉用新型耐热钢的焊接

针对目前我国火力发电机组正向着大容量、高参数、高效率的超临界（SC）及超超临界（USC）发电机组发展的现实，概述了l000MW级压力为25-28MPa、温度为600℃／600℃、一次再热的USC锅炉主要受压部件所用钢材的要求。分析了可供上述受压部件选用的新型耐热钢的焊接技术难点，即水冷壁上部管子可选用的T23、T24钢，蒸汽出口联箱及管道可选用的P92、P122及E911，末级过热器、再热器可选用的Super304H、TP347HFG和HR3C钢的焊接性。结合我国电力安装行业焊接T91／P91钢的经验，提出了可供选用的新型耐热钢存在的焊接技术问题及解决思路，并对我国USE火电机组锅炉焊接质量标准进行了探讨。     

Super304H焊接工艺试验研究

介绍Super304H同种钢、Super304H与SA-213TP347H及SA-213T91异种钢焊接性试验,通过试验确定较为合理的焊接及热处理规范.该钢用于我国超临界、超超临界锅炉机组具有很大的潜力.图2表7参3     

5 MW超临界二氧化碳实验锅炉热力特性与壁温耦合计算模型

超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环逐渐成为国内外研究的热点。相对于传统蒸汽朗肯循环的广泛应用，S-CO₂锅炉的热力计算还缺乏相关研究。本文以某5 MW S-CO₂实验锅炉布置方案为例，将锅炉管道、炉膛、高温受热面作为串联管路，将热力特性与壁温进行耦合计算建立数值分析模型。该计算模型气温、壁温计算结果能够同时满足工程计算要求，对S-CO₂锅炉研究具有重要意义。     

TP347H与T91异种钢焊接性能分析

随着电站设备中金属部件使用钢材种类的逐渐增多,不可避免地会遇到异种钢焊接的问题.为此,通过对马氏体耐热钢(T91)和奥氏体钢(TP347H)的性能分析,详细阐述了T91 TP347H焊接存在的问题,探讨了T91与TP347H异种钢接头的焊接方法、焊接材料及焊接工艺要点.     

超临界二氧化碳工质发电系统候选材料高温腐蚀研究现状与进展

近年来，采用高温超临界二氧化碳（S-CO₂）作为工质构建新型布雷顿循环，建立超高参数、超高效率、结构紧凑的发电动力系统，在燃煤火电、核电、太阳能热发电等领域具有良好的应用前景。金属管道和部件在高温S-CO₂环境中的抗高温腐蚀性能是该新型动力系统建设的瓶颈问题之一。本文综述了候选材料铁素体/马氏体耐热钢、奥氏体不锈钢、高温镍基合金在高温S-CO₂环境中的腐蚀研究现状，探究了S-CO₂环境下的氧化-碳化耦合机理，给出了S-CO₂环境腐蚀亟需解决的问题，提出了合理抑制碳化腐蚀的方法，指明了S-CO₂腐蚀的研究发展方向和趋势。     

垂直上升加热管道内超临界二氧化碳流动不稳定性研究

超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环发电技术被认为是最具前景的发电技术之一。在S-CO₂发电系统启动/停机或者较低负荷的条件下,主压缩机送出的S-CO₂在不能够充分回热的条件下直接进入S-CO₂锅炉,会使S-CO₂锅炉气冷壁内的大量S-CO₂工作在拟临界温度点附近,致使S-CO₂流动不稳定性成为S-CO₂锅炉必须考虑的问题。本文以S-CO₂锅炉气冷壁最为常见的布置结构（即垂直上升加热管）为研究背景,首先构建了S-CO₂流动不稳定性的计算模型,随后进行了大量的数值计算,研究了典型工况下的S-CO₂流动不稳定性特点,获取了主要边界参数对界限热流密度的影响规律。结果显示:随着入口压力或者质量流量的增大,界限热流密度显著提升,管内流动稳定性有明显提高;随着入口温度的提高,界限热流密度先降低再升高;对于不同的工况,存在1个临界入口温度,在该入口温度下,界限热流密度最低,管内流动稳定性最差。     

TP347H与T23小径管的焊接工艺及缺陷形成机理

目前,600MW超临界机组锅炉内的柬级过热嚣管、高温再热器管等大多采用TP347H奥氏体不锈钢来替代T91马氏体耐热铜,以提高管子承受高温的能力,而进口集箱却使用SA335P22或SA335P23钢材,这样,存在SA213-T23引出短管与SA213-TP347H小管异种钢的焊接熔舍比问题。为此,介绍了TP347H钢与T23小径管异种钢焊接工艺及可能出现的缺陷,并提出处理缺陷的一些常规方法。最后强调以未熔舍缺陷对焊接质量影响最大．     

异种钢焊接接头组织老化及损伤状态评估方法

简要阐述了以TP304H、TP347H为代表的奥氏体不锈钢与以T91、T22为代表的马氏体和珠光体型耐热钢组成的异种钢焊接接头在国内外电站的应用情况及运行过程中暴露的安全问题,如焊接接头组织老化、力学性能劣化、熔合线附近氧化缺口的生成以及管子内壁氧化层厚度增大等;并介绍了现场无损检验、割管取样实验室评估和管子内壁氧化层厚度现场测量等三种评估方法。     

超临界二氧化碳动力循环研究进展及展望

超临界二氧化碳（S-CO₂）动力循环具有效率高、系统紧凑及灵活性高等优点，未来可取代或部分取代水蒸气朗肯循环，实现高效热功转换。本文从能量传递转换机理、关键部件研发以及系统设计等角度，总结了国内外研究进展。已有研究表明，目前已成功展示小型径流式透平S-CO₂循环系统，但CO₂泄漏等导致系统性能降低，大型轴流式透平系统可能不会出现小型系统类似问题。综述了我国在S-CO₂循环方面的研究进展。围绕大型S-CO₂燃煤发电系统能量传递转换机理及系统概念设计，提出了锅炉模块化设计，将锅炉压降降低到与水蒸气锅炉相当甚至更低的水平；提出了顶/底复合循环，彻底解决了锅炉烟气热量全温区吸收问题。建立了高温高压CO₂传热实验系统，获得了宽广参数范围内的实验数据，引入超临界类沸腾概念并提出超临界沸腾数及K数，获得了高精度预测超临界传热恶化及传热系数的广义关联式，提出了控制壁温的S-CO₂锅炉概念设计等。在此基础上，提出了需加强的研究方向，包括适合不同热源（核能、太阳能、化石能源）的S-CO₂循环构建，回热器、压气机及透平等关键部件设计及制造技术，关键部件及全系统的控制运行技术，以及不同功率等级的S-CO₂循环的示范系统等，为S-CO₂发电的商业应用奠定理论和技术基础。     

TP347H/T91异种钢焊接工艺探讨

主要针对马氏体耐热钢(T91)与奥氏体钢(TP347H)的化学物理性能,分析其可焊性,探讨该异种钢接头的焊接方法、焊接材料、热处理工艺及焊接工艺要点。     

金属材料在超临界二氧化碳环境内腐蚀行为研究进展

超临界二氧化碳(S-CO₂)循环发电技术因其自身的技术优势成为热力发电领域一项具有划时代意义的重大变革性前沿技术，由于十分苛刻的工作环境，S-CO₂易造成设备材料腐蚀。为确保S-CO₂系统安全有效地运行，首先介绍了S-CO₂布雷顿循环系统工质运行参数范围以及系统关键设备候选材料，其次综述了目前有关金属材料在S-CO₂环境中的腐蚀行为研究现状，然后详细阐述了S-CO₂环境下的腐蚀机理，归纳了温度、压力、杂质、流速以及材料成分对S-CO₂腐蚀过程的影响，同时介绍了S-CO₂腐蚀防控技术的研究进展，最后进行了总结并指出了现有研究的不足及未来研究的主要方向，为我国S-CO₂循环系统的安全运行提供科学依据。     

5 MW级超临界二氧化碳燃气锅炉性能评价研究及程序集成

以超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环发电机组中主设备S-CO₂锅炉作为研究目标，以5MW试验机组作为研究对象，开展S-CO₂锅炉性能指标评价体系研究。S-CO₂锅炉的核心性能指标为锅炉燃料效率、换热面吸热量占比、空气预热器性能、工质系统压降和锅炉NOx排放浓度等。燃料效率计算中，通过计算尾部烟气含氧量进行过量空气系数推算燃料消耗量和风量，并改进排烟热损失的计算方法。引入了换热面吸热量占总吸热量比值作为SCO₂锅炉工质侧性能考核指标。建立了5 MW S-CO₂燃气锅炉性能指标评价体系并集成程序且完成案例分析。实际工况与研究对象的设计参数(设计效率93.53%)基本相当，最终计算获得锅炉燃料效率未经修正为92.05%，锅炉燃料效率修正为93.79%。     

700℃超超临界机组锅炉过热器选材分析

介绍了700℃超超临界机组锅炉过热器候选新材料Sanicro25更高强度奥氏体钢小口径管、HR6W铁镍基合金小口径管、617mod镍基合金小口径管、740H镍基合金小口径管等材料性能,分析了Super304H、TP310HCb N、Sanicro25、HR6W、617mod、740H管子制造700℃超超临界机组锅炉过热器的适用温度范围,提出了700℃超超临界机组锅炉过热器选材建议。     

新型奥氏体钢小径管焊接接头的超声波探伤

在超(超)临界发电机组的锅炉受热面中,Super304H等新型奥氏体材料应用越来越广泛,文章结合铁素体钢小径管焊接接头的超声波探伤方法,对新型奥氏体钢小径管进行分析及对比,指出其中的差异,并提出适用于现场的快速有效检测新型奥氏体钢小径管焊接接头的探伤方法.     

改善Super304H不锈钢抗晶间腐蚀性能的途径

首先从成分、结构特点、与贫Cr区的关系,以及界面、合金元素和应力状态对析出的影响等方面阐述了奥氏体不锈钢中M23C6的特性;然后以超超临界压力锅炉的过热器管和再热器管常用的奥氏体Super304H不锈钢为例,结合Super304H不锈钢的成分和特点,提出通过调整晶界工程、优化高温软化工艺、加速M23C6形成和增加去敏化工艺等方法来改善Super304H钢高晶间腐蚀的敏感性;最后指出研究Super304H不锈钢去敏化过程的规律是今后的研究方向。     

国产超临界锅炉受压件用钢探讨

介绍了超临界锅炉受压件用钢情况,并对目前锅炉用钢的运行可靠性和国产化问题等进行了分析。分析认为。P91大口径钢管具有足够的强度和良好的焊接性能,是制造超临界锅炉高温集箱、高温管道和减温器的适用材料。通过2台。900MW超临界锅炉的设计制造,表明我国已基本掌握了超临界锅炉材料的理化性能、工艺性能及制造技术。超临界锅炉应全部选用美国ASME钢号的小口径钢管和大口径钢管,同时应加大超超临界锅炉用TP347HFG、超级304H和HR3C等新钢种的性能研究。     

轴向非均匀热流条件下超临界二氧化碳垂直管内换热特性

针对超临界二氧化碳(S-CO₂)燃煤锅炉冷却壁热边界条件的实际分布，采用SST k-ω低雷诺数湍流模型，数值模拟研究了半周加热轴向非均匀热流作用下S-CO₂在垂直圆管内的传热特性，分析了不同热流分布、质量流速对换热性能以及圆管内壁温度分布的影响。研究结果表明：轴向非均匀热流分布对S-CO₂传热具有显著影响，在平均热流相同的条件下，相较于均匀热流分布，轴向非均匀热流分布下总传热系数最大提高了约8%；轴向非均匀热流分布对传热恶化有抑制作用，有效降低了壁温峰值点；非均匀热流条件下，S-CO₂传热主要受类气膜厚度、类气膜导热系数及近壁区定压比热容的影响较大。研究结果可为燃煤S-CO₂锅炉设计提供理论指导。