电力工业锅炉压力容安全监督管理检验工程师培训教材

1/302电力工业锅炉压力容安全监督管理(检验)工程师培训教材电力行业电力锅炉压力容器安全监督管理委员会苏州热工研究院有限公司2004年4月1/302目录名称工作单位作者页码现代火电锅炉用新型热强钢及其焊接中国电力企业联合会杨富……001当代发电新技术华东电力技术发展公司沈家民……031超临界发电机组简介华东电力技术发展公司沈家民……048锅炉压力容器典型事故案例选编华东电力技术发展公司沈家民……062电站锅炉承压部件失效分析及典型案例（电站锅炉“四管”爆漏及预防）华中电网有限公司杨厚君……080电站锅炉安全阀的校验和排放量计算安徽省能源集团有限公司俞民……095无损检验技术黑龙江省电力科学研究院池永滨……123金属材料基础知识国电热工研究院李益民……158锅炉化学监督技术国电热工研究院孙本达……217《电力工业锅炉压力容器检验规程》(DL647-1998)讲课提纲华东电力科学研究院郑志良……247锅炉压力容器安全监督有关规程标准摘编……253特种设备安全监察条例……357在用锅炉定期检验规则……271锅炉定期检验规则……276在用压力容器检验规程……2921/302现代火电锅炉用新型热强钢及其焊接中国电力企业联合会杨富【摘要】本文结合目前我国火力发电机组正向着高效率、高参数、大容量的超临界、超超临界发电机组发展的现实，概述了超临界、超超临界锅炉承压部件用新型热强钢的性能要求，分析了新型热强钢的焊接性，对电力行业焊接典型的新型热强钢SA335-P91钢的经验进行了总结，提出了我国发展超临界、超超临界发电锅炉面临的新型热强钢及其焊接的技术问题及解决思路。【关键词】火力发电超临界、超超临界锅炉热强钢焊接1.引言电力是我国国民经济发展的基础产业之一。改革开放的20多年是中国电力发展最快、成就最大的时期。至2003年底我国电力装机容量达到3.8450亿千瓦，是1980年全国装机容量6500万千瓦的6倍，全年发电量达19080亿千瓦时，全国发电装机容量和全年发电量均居世界第二位；全国现有300MW及以上火电机组300多台[1]，我国首台容量最大的900MW超临界火力发电机组在上海外高桥电厂，于2003年12月20日并网发电，这就标志着大机组已成为中国火力发电的主力机组。根据党的十六大确定的全面小康社会的经济发展目标，2020年全社会用电达到39400~43200亿千瓦时左右,需要装机8.2亿~9.0亿千瓦[2]。因此，今后二十年，我国在“大力发展水电，优先发展煤电，积极发展核电”的方针指导下[3]。要保证电力的高速发展，必须全方位搞好资源优化配置，优先发展建设周期短、投资回报率高的高效率火力发电，满足我国经济发展和人民生活水平提高的需要，具有重大而深远的意义。从目前世界火力发电技术水平来看，提高火力发电厂效率的主要途径是提高蒸汽的参数,即提高蒸汽的压力和温度。发展超临界（SC）和超超临界（USC）火电机组，提高蒸汽的参数对于提高火力发电厂效率的作用是十分明显的。见表1.1蒸汽参数与火电厂效率、供电煤耗关系[4]。表1.1蒸汽参数与火电厂效率、供电煤耗关系机组类型蒸汽压力蒸汽温度电厂效率供电煤耗*1.中压机组3.5MPa435℃27%460g/kWh2.高压机组9.0MPa510℃33%390g/kWh3.超高压机组13.0MPa535℃/535℃35%360g/kWh4.亚临界机组17.0MPa540℃/540℃38%324g/kWh5.超临界机组25.5MPa567℃/567℃41%300g/kWh6.高温超临界机组25.0MPa600℃/600℃44%278g/kWh2/302机组类型蒸汽压力蒸汽温度电厂效率供电煤耗*7.超超临界机组30.0MPa600℃/600℃600℃48%256g/kWh8.高温超超临界机组30.0MPa700℃57%215g/kWh9.超700℃机组超700℃60%205g/kWh注：发电煤耗用标煤量统计，标煤是一个统计折算标准，1千克标煤的发热量为7000大卡。从表1.1中的数据可以看出，随着蒸汽温度和压力的提高，电厂的效率在大幅度提高，供电煤耗大幅度下降。提高蒸汽参数遇到的主要技术难题是金属材料耐高温、高压问题。由此可见，发展高效率的超临界、超超临界火力发电机组的关键技术之一，就是锅炉受热面管、联箱、汽水分离器及蒸汽管道等要求使用耐高温性能更好的热强钢。目前世界先进国家普遍采用的是新型细晶强韧化铁素体热强钢，我国正在建设的300MW及以上的亚临界、超临界火电机组，已经采用了这种新型细晶强韧化铁素体热强钢系列中的SA213-T91、SA335-P91；将要建设的USC火电机组还要大量采用这种新型细晶强韧化铁素体热强钢系列中的SA213-T91、T92、T122；SA335-P91、P92、P122及SA213-SuPerTP347H、TP347HFG新型细晶奥氏体热强钢。焊接是保证火电建设质量和发电设备安全运行的重要基础专业，目前我国已开始大力发展的SC、USC火力发电锅炉，所采用的新型热强钢与传统的低合金热强钢有质的区别。广大电站焊接工作者必须转变几十年来焊接传统的低合金热强钢形成的观念。对这种新型热强钢的强化机理、焊接性、焊接工艺、热处理工艺、检验方法、焊工培训及焊接管理等方面进行深入的研究和实践，加大电站焊接科研力度，加大对焊接及相关专业人员的技术培训，进一步提高专业技术素质，以保证我国电力发展目标的实现。2.发展高效率、高参数、大容量火电机组是当代世界火力发电的共同发展趋势从20世纪60年代至90年代，随着火电站用热强钢的发展，经过尽40年的努力，火电站锅炉蒸汽压力、温度参数分别经过了超高压（14~16MPa）、亚临界（17~21MPa）、超临界（24~26MPa）、超超临界（27~34Mpa）；540℃、566℃、593℃、610℃的发展历程，而超临界、超超临界压力机组则是今后相当时期内火力发电的主要发展方向之一。2.1火电大机组锅炉蒸汽温度、压力参数的发展和选用[5]。提高大机组锅炉蒸汽温度、压力参数是提高火电厂效率最有效的方法之一，特别是温度对效率的影响更为显著。日本IHI公司和三菱公司提供的蒸汽参数与机组效率的关系分别见表2.1和图2.1。3/302表2.1蒸汽参数与机组效率关系（IHI提供）超临界型式亚临界变压定压变压蒸汽参数（满负荷）169Kg/cm2538/538℃246Kg/cm2538/538℃246Kg/cm2538/538℃100%负荷基准+1.7%+1.7%+2.4%效率50%负荷基准+0.4%+2.3%+3.0%图2.1蒸汽参数与机组效率的关系（三菱提供）由表2.1和图2.1可知，在同样的温度条件下（538／538℃），超临界压力锅炉比亚临界压力锅炉机组的效率高1.7%；在同样的条件下（246Kg/cm2），蒸汽温度由538／566℃提高到600／610℃，机组效率可提高3.5％左右，由此可见为了提高机组效率、降低煤耗、节约能源、减少CO2排放量、保护环境，很有必要发展超临界、超超临界压力参数机组。IHI公司和三菱公司蒸参数选用的发展历史分别见图2.2、图2.3。国外火电机组蒸汽参数的发展过程见表2.2。4/302图2.2IHI公司锅炉蒸汽参数发展历史图2.3三菱重工公司锅炉蒸汽参数发展历史图2.3三菱重工公司锅炉蒸汽参数发展历史表2.2国外火电机组蒸汽参数的发展过程年代20世纪初期3040506080末~90初90末蒸汽温度℃250~370400~430480~500500~538538~566538~566566~593600~610蒸汽压力MPa0.8~1.01.5~3.03.0~8.08~14亚、超临界亚、超临界超超临界超超临界再热次数一次，甚至二次一次，多为二次二次二次5/302由图2.2、2.3和表2.2可知，早在20世纪50年代末至80年代大型火电锅炉的蒸汽压力已分别达到超临界压力（24.1MPa）和超超临界压力（31.0MPa），然而蒸汽温度则受锅炉用热强钢发展的制约一直在566℃以下徘徊，一直到20世纪80年代中期，由于具有划时代意义的T91/P91钢的研制成功，到20世纪90年代初和90年代末，电站锅炉蒸汽温度参数分别达到593℃和610℃。显而易见，从20世纪60年代初到90年代末的40年间，电站锅炉用热强钢发生了一场质的变革，这也必然促进了电站焊接技术的发展。2.2我国与国外在超临界机、超超临界机组方面的比较我国从80年代末开始重视发展超临界火电机组，先后从国外引进了二十台超临界机组，分别装在石洞口二厂等8个电厂，其主要参数见表2.3。表2.3我国超临界机组容量蒸汽参数序号电厂名称台数/机组号容量(MW)主/再热蒸汽温度（℃）主蒸汽压力（MPa）引进国家投产日期年,月，日1外高桥2/5、6900538/56625.7阿尔斯通①03.12.20②在安装2石洞口二厂2/1、2600538/56625.4美国CE公司①92.06.12②92.12.263南京电厂2/1、2300545/54525.0俄罗斯①94.03.17②94.10.204营口电厂2/1、2300545/54525.0俄罗斯①96.01.23②96.12.215盘山电厂2/1、2500545/54525.0俄罗斯①95.12.31②96.12.156伊敏电厂2/1、2500545/54525.0俄罗斯①98.11.09②99.09.157绥中电厂2/1、2800545/54525.0俄罗斯①00.07.06②00.09.238漳州厚石电厂6/1~6600538/56625.91日本三菱①00.03.15②00.09.16③02.03.15目前我国在建和将要建设的超临界国产化火电机组有几十台，正在建设中的河南华能沁北电厂2×600MW超临界机组。为国产化依托项目，蒸汽参数为25.4MPa、566/566℃。中国大唐集团公司湘潭电厂600MW超临界机组已于2003年12月26日开工。中电国际有限公司与哈尔滨三大动力厂、东方锅炉（集团）股份有限公司和北京北重汽轮机有限责任公司于2004年1月12日签订了七台600MW超临界发电机组6/302主设备订货合同，其中四台机组将装在煤电联营基地安徽淮南和河南平顶山。2003年11月19日，我国最大的华能浙江玉环电厂，1000MW超超临界国产火电机组主设备合同签订，锅炉主蒸汽压力参数高于27MPa、温度参数达610℃。一期工程的两台机组将分别于2007年下半年和2008年的上半年投产。山东邹县电厂也将安装2台同类机组。2004年1月10日~12日，平顶山第二发电厂4×900MW超超临界国产机组工程可行性研究报告通过专家评估，计划2005年开工建设，“十一五”末投产。2004年2月26日，山东鲁能集团公司与丹麦BWE公司签署了引进技术、合作生产推广超超临界发电设备项目的备忘录。这就标志着我国电力工业进入超临界和超超临界国产化机组发展的新阶段。国外主要发达国家超临界、超超临界火电机组概况[6]、[7]：美国第一台试验性超临界（34MPa、621/566/566℃）125MW机组于1957年投入运行。到80年代初期超临界机组投运170套，占总装机容量的25%，单机最大容量为1300MW。EPR1从1986年起就一直致力于开发30MPa、593/593/593℃超超临界火电机组。原苏联到1985年也投运了185台，占当时原苏联火电装机的50.5%。日本、德国及英国、意大利等国也相继投入超临界机组。随着超临界机组技术的成熟、可用率提高及热强钢研制成功，人们开始涉足超临界机组。缺乏能源及对超临界机组的设计与运行积累了一定经验的日本，成为研究超超临界机组的开路先锋。日本川越电厂两台700MW超超临界压力机组（31MPa、566/566/566℃）分别于1989年和1990年投入运行，其热效率在100%和50%负荷下分别达到41.9%和40%，比一般超临界机组（24MPa、538/566℃）热效率相对提高50%，最低稳定运行负荷为10%。自动化程度很