我国火电厂工业发展的最简方案

我国火电厂工业发展的最简方案

20年来，中国的建筑业取得了很大进步，平均年新增安装能力超过10000吨。2001年，全国发电安装能力为17530mw，全国发电安装能力为338000mw，全国发电能力为1478.109。kwh，其中大部分为发电。2001年全国火力发电燃煤超过5×108?t,产生灰渣约2×108?t。将5×108?t煤磨成煤粉,喷到锅炉中燃烧掉,产生的2×108?t灰渣要输送出去,估计每年要消耗耐磨件、耐热件约3×105?t左右。中央经济工作会议要求“推进垄断行业改革,通过政企分开和企业重组,打破行业垄断,形成适度竞争”。目前我国除有5个发电公司、2个电网公司和4个辅业公司外,还有和香港及国外公司合资或独资建设的新电厂,并要求深化“厂网分家,竞价上网”的改革。除煤炭外,耐磨件和耐热件是火电厂的大宗消耗品,直接影响着发电成本。打破行业垄断后,形成适度市场竞争,使得各电力公司及各个电厂要合理地、科学地使用价格适中、性能优良的耐磨件、耐热件,以降低发电成本,增加上网销售电价的市场竞争力。国内生产耐磨件、耐热件的生产厂家数以千计,其产品质量良莠不齐。多年来耐磨件、耐热件的国家标准不多,而电力行业就没有标准,直至1997年电力部下达编制标准的计划,于1999年8月经国家经贸委批准,两项中国电力行业标准DL/T681-1999《磨煤机耐磨件技术条件》和DL/T680-1999《耐磨管道技术条件》开始实施,使供应电厂的生产厂家有了生产标准,也给电厂提供了选材和验收的依据。1.1煤机的品种(1)球磨机衬板和磨球。在球磨机旋转时,磨球和煤被带动,上部的磨球和煤抛落下来,磨球冲击煤,使其破碎,自身和衬板也受到冲击;磨机下部的磨球和煤,在旋转上升时出现相对滑动,而产生研磨作用。因而对磨球来说不仅要求其耐磨,而且在承受冲击时,破碎率不可太高;对衬板来说,除要求其耐磨性要好之外,也要求其韧性要好,不得断裂。(2)中速磨磨辊和磨盘瓦。中速磨在运转时,磨辊碾压磨盘瓦上的煤,当煤中有石块或铁块时,磨辊虽可跳过,但也受到冲击。因而对磨辊和磨盘瓦要求其耐磨性好,也要有一定的冲击韧性。(3)风扇磨冲击板和护甲。风扇磨在高速旋转中,冲击板把煤打碎,护甲把煤反弹回来,冲击板继续对其冲击,直至粉碎。因而对冲击板的要求,首先是韧性好,不可断裂破碎,其次是耐磨性要好;对护甲来说,韧性的要求可稍低一些。(4)煤粉和除灰管道。其磨损机理属于冲刷磨损,当电厂正常运行和煤质一定的情况下,主要是冲击角影响其使用寿命,弯头磨损快,直管磨损慢;除灰管道还要能承受一定的压力。(5)灰浆泵和阀门过流配件。承受冲刷磨损和气蚀,还有一定的腐蚀。(6)其他设备配件。引风机叶片主要受到冲刷磨损;斗轮机的铲斗,给煤机配件主要受到煤的切削和凿削;碎渣机和捞渣机配件主要受到切削、凿削,还有腐蚀。1.2对试验钢的作用1.2.1合金元素对耐磨材料性能的影响1.2.1.1合金元素对耐磨铸铁的作用C:含量增加使白口铸铁中碳化物增加,而使其硬度增加,从而具有良好的耐磨性,但脆性也增加。如C含量高时,Si含量应低一些。Si:含量在白口铸铁中一般不应过高,以免影响冷硬深度,生成珠光体,但在Mo,Ni,Mn,Cr有足够含量时,Si含量增加可提高合金铸铁的Ms点,有利于提高马氏体总量和硬度。Mn和S:应一起考虑,他们单独存在会增加冷硬深度,共同存在则相反,但一般S含量较少,所以过量的Mn可增加硬度,是因Mn可以细化组织,形成高硬度马氏体-碳化物结构。但Mn量大于1.5%时,马氏体铸铁强度、韧性下降,耐磨性也下降。P:除在高磷铸铁中之外,其他铸铁P含量都应较低。Cr:是形成碳化物元素,使白口铸铁硬度增加,耐磨性提高。Ni:几乎全部在奥氏体和它的转变产物中,它促进石墨的形成,但在白口铸铁中,这种作用一般会被加入的Cr抵消。当Ni量在4.5%以下时,空冷即可获得马氏体组织。Cu:可抑制珠光体的形成,还可增加白口铸铁的耐腐蚀性。Mo:可有效地抑制珠光体的形成,可增加淬火深度,而对奥氏体没有明显地稳定作用,提高白口铸铁耐磨性。V:是强力的碳化物形成元素,并可细化晶粒,增加铸铁的冷硬深度。各种元素对提高白口层硬度的影响大小顺序如下:1.2.1.2合金元素对耐磨钢的作用C:含量增加可提高钢的强度和硬度,当C的质量分数为0.6%时,马氏体硬度达到最高值,增加C量可提高钢的淬透性。在高锰钢中与Mn配合,Mn/C的质量分数为8～11时,使钢具有加工硬化能力,提高耐磨性。Mn:能大大提高钢的淬透性,有助于提高正火的效果。在高锰钢中,使钢生成奥氏体而韧性提高,C配合使钢具有加工硬化能力,而提高耐磨性。Si:降低临界冷却速度,促使钢生成马氏体。在高锰钢中降低钢的耐磨性。Cr:能提高钢的淬透性,提高强度、硬度和耐磨性,但铬钢韧性差,回火脆性敏感。加入高锰钢中可提高耐磨性。Ni:可改善低温韧性和提高淬透性,和Cr,Mo同时使用则效果更好。Mo:可提高淬透性,Mo的质量分数为0.15%～0.3%时,可使钢的回火脆性的敏感性降至最低。V:可抑制钢在热处理时晶粒长大,V的质量分数在0.05%以下时可提高钢的淬透性。Ti:可细化钢的晶粒。B:提高钢的淬透性,比Cr,Ni,Mo都强得多。1.2.2抗磨白口铸铁抗磨白口铸铁的化学成分和硬度见参考文献。1.2.3高锰钢高锰钢的化学成分和力学性能见参考文献。1.2.4耐磨钢目前国内还没有耐磨钢的国家标准,在有关合金钢的国家标准中,有的材料是可以生产耐磨件的。在电力行业标准中就收入了9种低合金钢和中合金钢来生产磨球和衬板。1.2.5非金属材料在耐磨件上应用的非金属材料有橡胶、塑料、陶瓷和铸石等。除铸石有行业标准外,其他用做耐磨材料的非金属材料皆没有国家标准和行业标准。在电力行业标准中仅涉及了部分非金属材料。1.2.6复合材料2种或2种以上的材料,通过各种工艺手段组合在一起,就是复合材料。一般复合材料都综合了2种或2种以上材质的优点,而避开了各自的弱点,从而使复合材料的性能更为优异。1.3复合管道的要求1.3.1磨煤机耐磨件球磨机磨球的化学成分和力学性能见表1和表2。球磨机衬板的化学成分和力学性能见表3,其中双金属衬板和组合自固型衬板是专利产品,前者曾获原能源部科技进步二等奖和国家科技进步三等奖。中速磨磨辊、磨环及磨瓦的化学成分与力学性能见表4。中速磨空心磨球的化学成分与力学性能见表5。堆焊中速磨磨辊堆焊层的化学成分与力学性能见表6。风扇磨冲击板、护钩、护甲的化学成分与力学性能见表7。1.3.2耐磨管道电厂用于输送煤粉、煤灰(渣)等物料的管道应用耐磨材料制造。在电力行业标准DL/T680-1999《耐磨管道技术条件》中对此做出了规定,详见参考文献。1.3.2.1单金属管道的要求单金属管道的化学成分见表8,力学性能见表9。复合管内衬层厚度偏差见表10。能要求为:磨耗量≤0.08g/cm2,冲击韧性≥157J/cm2。1.3.2.2复合管道的要求双金属复合管道内衬的抗磨白口铸铁化学成分应符合参考文献规定的要求,管道内壁硬度应≥46HRC。陶瓷复合管道的陶瓷层性能参数为:硬度≥1100HV,密度≥3.8g/cm3。橡塑复合管道的扯断强度≥14.0MPa,伸长率≥400.0,300%定伸强度≥8.0MPa,其他要求见表11。高温耐磨衬里复合管道的其他要求见表12。铸石复合管道铸石的性1.3.3灰浆泵过流件灰浆泵的叶轮、护板和护套都是过流件,除受到灰浆的冲蚀磨损外,叶轮还受到气蚀的作用。一般都采用抗磨白口铸铁Cr15、Cr20或Cr26等材料来制造。其化学成分和力学性能应符合参考文献的规定。有的生产厂家为了提高使用寿命,在上述材料中又适当增加了少量其他合金元素。1.3.4其他耐磨件斗轮机铲斗的斗唇、给煤机易损件、锤式碎煤机的锤头和衬板、环锤式碎煤机的环锤和衬板、落煤斗、捞渣机刮板和底板、碎渣机的滚齿、引风机的叶片和护甲、排粉机叶轮、风门、管道补偿器和干除灰设备配件等,都应按不同工况条件,选用GB/T8263-1999《抗磨白口铸铁件》、GB/T5680-1998《高锰钢铸件》标准中和表3、表4、表7中的材料来制造。2长期使用,长期使用耐热钢广泛应用于冶金、电力、建材、航空等行业,如电厂锅炉的火嘴,工作在1000℃左右的温度下,受到煤粉的冲刷磨损,还有炉气的腐蚀,要求长期使用不变形、耐磨损、抗氧化。2.高温力学性能耐热钢的耐热性能包括高温抗氧化性和高温力学性能。高温抗氧化性用增重法来测定其氧化速度。高温力学性能包括瞬时性能和持久性能,因持久性能测试成本高、时间长,所以一般仅测试高温瞬时力学性能。耐热钢的焊接性能十分重要,因许多耐热件在现场是用焊接的方法进行装配的,珠光体和马氏体耐热钢焊接性能不好,而铁素体和奥氏体耐热钢焊接性能很好。2.2配合使用的影响C:扩大奥氏体区元素,可以强化基体,提高常温强度,也可增加高温强度,但其是碳化物形成元素,在高温下长期使用会使固溶体中析出较多碳化物,造成固溶体中合金元素贫化,降低强化作用,碳化物周围出现贫铬现象,降低高温抗氧化性,同时碳化物不断聚集长大,降低抗蠕变能力,所以含C量不宜太高。Cr:提高钢的抗氧化性及耐蚀性,也起固溶强化作用。随含Cr量的增加,抗氧化性也逐步提高,但当含Cr的质量分数>24%时,抗氧化性的提高趋于平缓。当Cr的质量分数>12%,抗电化学腐蚀能力有明显提高。当Cr的质量分数=2%时,对铁素体强化作用显著,当Cr的质量分数=3%～10%时热强性反而降低,当Cr的质量分数>10%时,热强性又有增加。Ni:扩大奥氏体区,提高钢的耐热性及热强性,当Ni达到一定含量时,可获得奥氏体耐热钢。Ni可增加钢的耐蚀性。当Ni和Cr配合使用时,可获得更好的效果。Si:可形成钝化膜而提高抗氧化性,当Si的质量分数<2%时,减少氧化损失显著。Si还可提高在硫气氛中的抗蚀能力。Si可代替部分Cr。Si量高时使热加工性能变差,一般Si的质量分数在2%左右。Mn:扩大奥氏体区,可提高溶解碳的能力,避免碳化物的出现。Mn对热强性和抗氧化性影响不大,但Mn含量过高时,有损于抗氧化性。Mo:有显著的固溶强化作用,提高抗蠕变能力,提高钢的热强性。W:作用和Mo相似,但比Mo弱,和Mo配合使用效果好。Al:与Cr,Si复合使用,在高温下形成致密的钝化膜而提高抗氧化性,但易使蠕变抗力降低,不利于热强性。Al量过多,使钢水流动性降低,夹杂物增加,造成韧性下降,一般Al量控制在3%以下。V,Ti,Nb,Zr:是强烈形成碳化物元素,与钢中的Cr,N化合,形成稳定的碳化物和氮化物,并弥散分布于基体中,可提高钢的热强性,同时使Cr,Mo,W不易形成碳化物,更多的进入基体,发挥固溶强化作用。Nb和Ti还可细化晶粒,提高耐蚀性,Ti还可提高抗氧化性。N:扩大奥氏体区,N和Mn配合使用可代替部分Ni。N可细化晶粒,增加高温强度,但N含量高易形成气孔和夹杂物,一般控制在0.3%以下。RE:微量RE可提高钝化膜的稳定性,因而可提高抗氧化性,同时可细化晶粒,净化晶界,改善合金的组织和性能;增加抗蠕变能力和热强性。但RE加入量应严格控制以免增加钢中的夹杂物,一般控制在1%以下。合金元素对钢高温性能的影响见表13。2.3耐热钢标准简介2.3.1耐热钢国家标准我国现在的耐热钢国家标准有GB1221-92《耐热钢棒》、GB3281-81《不锈耐酸及耐热钢厚板技术条件》、GB4238-92《耐热钢板》、GB4239-91《不锈钢和耐热钢冷轧钢带》、GB8492-87《耐热钢铸件》、GB8732-88《汽轮机叶片用钢》、GB/T15062-94《一般用途高温合金管》等标准。现在简介一下GB8492-87《耐热钢铸件》。该标准制订前,我国已有3个行业标准,在本标准中采纳了3个行业标准的钢种,还采纳了我国在生产实践中确认性能良好的钢种,同时还参照了美国标准ASTM/A297、日本标准JISG5122,德国标准DIN17465和前苏联标准ГОСТ2176。该标准的材料可用于制造电站锅炉配件和接触炉气的各种管道。该标准中的钢种见参考文献。2.3.2耐热钢行业标准我国现有的耐热钢行业标准有:JB/ZQ4298-86《耐热铸钢》、JB/T6403-92《大型耐热钢铸件》、YB/JQ101.6-88《耐热钢铸件》、HB5430-89《不锈钢耐热钢熔模铸件》、JB/ZQ4295-86《不锈、耐酸、耐热锻件用钢》、ZBJ98007-88《锅炉燃烧器耐热钢喷嘴订货技术条件》和DL/T515-93《电站弯管》等标准。ZBJ98007-88《耐热铸钢》标准中的钢种见表14;DL/T515-93《电站弯管》中的钢种见参考文献,这些材料可用于电厂的主蒸汽管道、再热蒸汽管道、过热器管道等。2.3.3企业研制的火嘴材料企业自行研制的用于制造电厂火嘴的材料见表15。3缺