关于泡沫金属在汽轮机主蒸汽管道中的应用

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1、关于泡沫金属在汽轮机主蒸汽管道中的应用　　汽轮机运行的状态是目前电厂提高效益的关键问题，通过汽轮机的原理我们可以知道，锅炉中加热出的高压高温的蒸汽进入汽轮机的高低压缸，推动叶片做功。而蒸汽的品质就成为汽轮机是否能更高效的做功的前提。目前由于主蒸汽管道的限制，主蒸汽参数不宜过高，主蒸汽管道的材料则成为了至关重要的突破口。泡沫金属是孔隙度达到90%以上，具有一定强度和刚度的多孔金属材料。由于其空隙结构的存在，其传热性能力学性能等各个方面和普通金属相比，大有改观。本文提出，将泡沫金属作为主蒸汽管道的应用材料，再汽轮机运行的效率和经济性方面做出分析。　　1.超超临界机组　　1.1发展背

2、景　　由于环境、经济效益和能源的要求，使得电厂要求向高效率的方向发展，目前国内外正在开发多种洁净煤发电技术，即：循环流化床(CFBC)、增压流化床联合循环(PFBC-CC)、整体煤气化联合循环(IGCC)以及超临界(SC)与超超临界技术(USC)。采用这些洁净煤发电技术即可以节约能源、减小对环境的污染，还提高了电厂的发电效率。目前，增压流化床联合循环(PFBC-CC)和整体煤气化联合循环(IGCC)尚处于试验或示范阶段,在技术上还存在许多不完善之处。超超临界技术在国外已经有一套相对完整而成熟的设计、制造技术。因此，大容量超临界和超超临界机组将是我国洁净煤发电技术的主要发展方向,

3、也是解决电力短缺、能源利用率低和环境污染严重等问题的最现实和最有效的途径。　　1.2定义和主要参数　　对于火力发电机组，当机组作功介质蒸汽工作压力大于水的临界状态点压力（Pc=22.115MPa）时，称之为超临界机组。目前常规的超临界机组蒸汽参数一般为24.2MPa/538/566℃或24.2MPa/566/566℃。超超临界（USC）机组是相对于常规超临界机组的蒸汽参数而言的，我国USC机组的容量和参数已基本取得了一致意见。在容量上分600MPa，600℃/600℃，一次再热。目前国外超超临界机组参数为初压力24.1～31MPa、主蒸汽/再热蒸汽温度580～600/580～6

4、10℃。　　1.3目前主蒸汽管道材料的选择　　对于大容量超超临界机组的主蒸汽管道，将比常规超临界机组面临更高压力和更高温度的考验。首先，主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，且高温蠕变强度必须满足由于管道热膨胀而引起的热应力的要求。一般来说，适合于作为高温蒸汽管道的材料，其在工作温度下的105h蠕变应力值应达到90～100MPa。同时，还要求管道材料的热膨胀系数比较小且导热率较大，从而能够降低管道内的热应力水平。对于以上要求，同时考虑到运行可靠性、经济因素以及目前新型耐热材料的发展情况，使主蒸汽管道的材料的选择范围很狭窄。　　

5、我国目前超超临界机组主蒸汽管道的材料主要是铁素体/马氏体钢，广泛应用于温度低于595℃的主蒸汽管道中。随着超超临界机组的不断发展，温度和蒸汽压力不断升高的前提下，结合经济性，对主蒸汽管道材料的选择上有更加严苛的要求：材料具有足够的蠕变强度及持久强度以承受高压和高温的条件，而且需要材料具有良好的综合性能（如：热加工性，焊接性和热弯曲性）。　　1.4目前存在的问题　　发展超超临界机组在设计和制造中有许多关键技术问题有待解决，其中开发热强度高、抗高温烟气氧化腐蚀和高温汽水介质腐蚀、可焊性和工艺性良好、价格低廉的材料是最关键的问题。主要归结为以下：（1）材料焊接问题。（2）机组容量问题

6、。（3）高温蒸汽氧化与腐蚀性能。　　随着这几年中国电力建设的飞速发展，进口材料价格变动非常大。同时考虑到近些年超超临界机组所用新材料主要在中国目前市场，国际上不同钢铁公司基于不同的出发点，对各工程新材料商务报价各不相同。　　2.泡沫金属具体性能介绍　　2.1导热性能　　我们知道，空气的传热系数最低，导热性能最差。而将主蒸汽管道中的主要材料改造成泡沫金属后，通过管道传热损失的主蒸汽携带的能量，便大幅降低，高品质的蒸汽更大程度的被保存了下来。从散热角度分析，泡沫金属的通孔结构置于流动的空气或液体之中时,由于其大的表面积、复杂的三维流动,使之具有很好的散热能力，令管道中不必积聚过多的

7、能量，使管道散热方便，大大减小爆管等事故的发生。　　汽轮机运行的状态是目前电厂提高效益的关键问题，通过汽轮机的原理我们可以知道，锅炉中加热出的高压高温的蒸汽进入汽轮机的高低压缸，推动叶片做功。而蒸汽的品质就成为汽轮机是否能更高效的做功的前提。目前由于主蒸汽管道的限制，主蒸汽参数不宜过高，主蒸汽管道的材料则成为了至关重要的突破口。泡沫金属是孔隙度达到90%以上，具有一定强度和刚度的多孔金属材料。由于其空隙结构的存在，其传热性能力学性能等各个方面和普通金属相比，大有改观。本文提出，将泡沫金属作为