国外汽轮机高效化与转子锻件材料的开发

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1、第18卷第2期东方电气评论Vol·18No·2圣壁坚兰垒旦塑堕鱼!垒堕壁里!皇堕垡望塑生些翌一————j坐』塑坚一文章编号：1001—9006(2004)02—0059—09国外汽轮机高效化与转子锻件材料的开发刘显惠，林锦棠(东方汽轮机厂，四川德阳618201摘要：为了改善电站的热效率，蒸汽参数趋向于更高的温度与更高的压力。简要概逮日本火电汽轮机高效化、蛄构紧凑化的发展动向，以厦先进技术国家超前奠定的超临界高中压转子、联合循环用HLP转于及超净化低压转子黛件关．t制造技术的开发成果。图14表6参13关

2、键词：汽轮机；热效率；超临界；联合循环；转子；持久强度中田分类号：TK265文献标识码：A1前言为了减少环境污染，提高火电汽轮机的热效率，降低电站的造价，以燃煤为主的火电汽轮机迅速向超临界高参数、大容量、高发电密度方向发展，这是火电汽轮机引领世界潮流的发展趋势。火电汽轮机的高效化、结构紧凑化的高速发展，得益于汽轮机转子材料等大锻件关键制造技术超前的开发成果。2汽轮机蒸汽参数、最大单机容量与转子锻件最大钢锭的重量¨31图1的蒸汽参数变化曲线与图2最大单机容量的变化曲线，展示了日本火电汽轮机领导世界潮流的

3、发展趋势⋯。1967年12月，日本第l台24．IMPa／5660C600MW大容量超临界的机组开始投运。30多年后，火电机组的容量发展至1050MW，蒸汽参数达到25MPa／600。C／610℃。这台于2000年7月投运的日本桔湾电厂双轴结构的2’机，其热效率达到了49％，是世界上效率最高的火电汽轮机“l。目前，由于实现了低压末级的长叶片化，极大限度地增加了汽轮机低压末级的排汽面积，有效地减少了汽轮机汽缸的数目。两缸、单轴的最新设计可望达到750MW。容量达l000MW的大型汽轮机，可以通过高、中压缸

4、及48”最长末级钢片等技术的综合应用，只需3个缸，就可以实现50Hz单轴汽轮机结构的紧凑化设计“1。汽轮机设计技术的高速发展，关键之一，得益于转子用的新材料与转子大锻件冶金制作技术日新月异的超前开发与运用。图3展示了汽轮机转子锻件冶金技术开发与汽轮机发电容量递增的密切关系。对于容量为1000MW超超临界机组的低压汽轮机，超净化大型转子锻件的钢锭重量在20世纪80年代中期就达到了600t“】。本文对大容量高效率汽轮机所依赖的3类主要转子锻件材料在先进国家的开发及应用成果予以归纳与综述。3超临界高、中压转

5、子用12％Cr钢的研制【4’61发电装置对提高汽轮机的温度与压力有相当大的影响，因为它的改善可以提高热效率，使电能产生更多的经济效益。要增加汽轮机转子的运行温度，材料方面受限的因素之一就是高温转子锻件通常所用的1％CrMoV与常规12％Cr钢持久强度偏低的问题。在540℃附近的蒸汽温度下，这些合金有合适的持久强度，但在更高一级的蒸汽循环下运行时，需要的蒸汽温度达到600℃或6000C以上，继续使用这些材料将需要复杂的转子冷却系统，限制了其潜在热效率的利用。因此，人们不断地致力于研究化学成分对12％Cr

6、钢高温性能的影响．进行了改东方电气评论第18卷pl口<嚣辞《趟唔蜒挺≥Z删馋露辑《开始投运的年份圈1日本火电汽轮机蒸汽参数的变化”开始投运的年份图2日本火电汽轮机最大单机容量的变化良钢种与新钢种的研发。表1列出了技术先进国家所研制出的已经运用于不同超临界参数机组高、中压转子的化学成分。图4是几类12％Cr超临界高中压转子用钢与CrMoV转子钢高温持久性能的对比。以下列举一、二类典型的12％Cr超临界高中压转子材料的研发成果。3．1超临界12％Cr改良钢种TMKI与TMK2的开发⋯TMKl与TMK2制造

7、的转子锻件已应用于实际的1000MW电站汽轮机转子。表2是神户制钢12％cr钢转子的制造业绩。图5表示了TMK2高压转子的力学性能，中心孔与表面的性能没有区别，其冲击性能非常好，中心位置的FAVI"是1—13℃。对转子轴颈来说。12％Cr钢的耐磨性能很差，在转子的轴颈上往往发生一种不正常的磨损。为防止12％Cr钢轴颈部分的损伤，对12％Cr钢汽轮机转子的轴颈区采取了一些防范措施，采用埋弧焊进行的覆盖层焊接因其高可靠性而成为一种最佳的防第2期刘显惠等国外汽轮机高效化与转子锻件材料的开发6I裹1超临界蒸汽

8、参数12％Cr转子钢的成分对比牌号cSiMnNiCrMoVWNNb温度／℃018—010—030—0．30—115—080—025一X22CrMoVl210240．500．80o．801251．20o．35566TMKl0．140．050．500601021．500170．04006TMK20130．050．500．701020．400．17180005006TRl2000．120．050500801120200201800．05006HRll00014