我國火電廠工業(yè)發(fā)展的最簡方案

我國火電廠工業(yè)發(fā)展的最簡方案

20年來，中國的建筑業(yè)取得了很大進(jìn)步，平均年新增安裝能力超過10000噸。2001年，全國發(fā)電安裝能力為17530mw，全國發(fā)電安裝能力為338000mw，全國發(fā)電能力為1478.109。kwh，其中大部分為發(fā)電。2001年全國火力發(fā)電燃煤超過5×108?t,產(chǎn)生灰渣約2×108?t。將5×108?t煤磨成煤粉,噴到鍋爐中燃燒掉,產(chǎn)生的2×108?t灰渣要輸送出去,估計(jì)每年要消耗耐磨件、耐熱件約3×105?t左右。中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議要求“推進(jìn)壟斷行業(yè)改革,通過政企分開和企業(yè)重組,打破行業(yè)壟斷,形成適度競(jìng)爭”。目前我國除有5個(gè)發(fā)電公司、2個(gè)電網(wǎng)公司和4個(gè)輔業(yè)公司外,還有和香港及國外公司合資或獨(dú)資建設(shè)的新電廠,并要求深化“廠網(wǎng)分家,競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”的改革。除煤炭外,耐磨件和耐熱件是火電廠的大宗消耗品,直接影響著發(fā)電成本。打破行業(yè)壟斷后,形成適度市場(chǎng)競(jìng)爭,使得各電力公司及各個(gè)電廠要合理地、科學(xué)地使用價(jià)格適中、性能優(yōu)良的耐磨件、耐熱件,以降低發(fā)電成本,增加上網(wǎng)銷售電價(jià)的市場(chǎng)競(jìng)爭力。國內(nèi)生產(chǎn)耐磨件、耐熱件的生產(chǎn)廠家數(shù)以千計(jì),其產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。多年來耐磨件、耐熱件的國家標(biāo)準(zhǔn)不多,而電力行業(yè)就沒有標(biāo)準(zhǔn),直至1997年電力部下達(dá)編制標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)劃,于1999年8月經(jīng)國家經(jīng)貿(mào)委批準(zhǔn),兩項(xiàng)中國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T681-1999《磨煤機(jī)耐磨件技術(shù)條件》和DL/T680-1999《耐磨管道技術(shù)條件》開始實(shí)施,使供應(yīng)電廠的生產(chǎn)廠家有了生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),也給電廠提供了選材和驗(yàn)收的依據(jù)。1.1煤機(jī)的品種(1)球磨機(jī)襯板和磨球。在球磨機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí),磨球和煤被帶動(dòng),上部的磨球和煤拋落下來,磨球沖擊煤,使其破碎,自身和襯板也受到?jīng)_擊;磨機(jī)下部的磨球和煤,在旋轉(zhuǎn)上升時(shí)出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng),而產(chǎn)生研磨作用。因而對(duì)磨球來說不僅要求其耐磨,而且在承受沖擊時(shí),破碎率不可太高;對(duì)襯板來說,除要求其耐磨性要好之外,也要求其韌性要好,不得斷裂。(2)中速磨磨輥和磨盤瓦。中速磨在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),磨輥碾壓磨盤瓦上的煤,當(dāng)煤中有石塊或鐵塊時(shí),磨輥雖可跳過,但也受到?jīng)_擊。因而對(duì)磨輥和磨盤瓦要求其耐磨性好,也要有一定的沖擊韌性。(3)風(fēng)扇磨沖擊板和護(hù)甲。風(fēng)扇磨在高速旋轉(zhuǎn)中,沖擊板把煤打碎,護(hù)甲把煤反彈回來,沖擊板繼續(xù)對(duì)其沖擊,直至粉碎。因而對(duì)沖擊板的要求,首先是韌性好,不可斷裂破碎,其次是耐磨性要好;對(duì)護(hù)甲來說,韌性的要求可稍低一些。(4)煤粉和除灰管道。其磨損機(jī)理屬于沖刷磨損,當(dāng)電廠正常運(yùn)行和煤質(zhì)一定的情況下,主要是沖擊角影響其使用壽命,彎頭磨損快,直管磨損慢;除灰管道還要能承受一定的壓力。(5)灰漿泵和閥門過流配件。承受沖刷磨損和氣蝕,還有一定的腐蝕。(6)其他設(shè)備配件。引風(fēng)機(jī)葉片主要受到?jīng)_刷磨損;斗輪機(jī)的鏟斗,給煤機(jī)配件主要受到煤的切削和鑿削;碎渣機(jī)和撈渣機(jī)配件主要受到切削、鑿削,還有腐蝕。1.2對(duì)試驗(yàn)鋼的作用1.2.1合金元素對(duì)耐磨材料性能的影響1.2.1.1合金元素對(duì)耐磨鑄鐵的作用C:含量增加使白口鑄鐵中碳化物增加,而使其硬度增加,從而具有良好的耐磨性,但脆性也增加。如C含量高時(shí),Si含量應(yīng)低一些。Si:含量在白口鑄鐵中一般不應(yīng)過高,以免影響冷硬深度,生成珠光體,但在Mo,Ni,Mn,Cr有足夠含量時(shí),Si含量增加可提高合金鑄鐵的Ms點(diǎn),有利于提高馬氏體總量和硬度。Mn和S:應(yīng)一起考慮,他們單獨(dú)存在會(huì)增加冷硬深度,共同存在則相反,但一般S含量較少,所以過量的Mn可增加硬度,是因Mn可以細(xì)化組織,形成高硬度馬氏體-碳化物結(jié)構(gòu)。但Mn量大于1.5%時(shí),馬氏體鑄鐵強(qiáng)度、韌性下降,耐磨性也下降。P:除在高磷鑄鐵中之外,其他鑄鐵P含量都應(yīng)較低。Cr:是形成碳化物元素,使白口鑄鐵硬度增加,耐磨性提高。Ni:幾乎全部在奧氏體和它的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中,它促進(jìn)石墨的形成,但在白口鑄鐵中,這種作用一般會(huì)被加入的Cr抵消。當(dāng)Ni量在4.5%以下時(shí),空冷即可獲得馬氏體組織。Cu:可抑制珠光體的形成,還可增加白口鑄鐵的耐腐蝕性。Mo:可有效地抑制珠光體的形成,可增加淬火深度,而對(duì)奧氏體沒有明顯地穩(wěn)定作用,提高白口鑄鐵耐磨性。V:是強(qiáng)力的碳化物形成元素,并可細(xì)化晶粒,增加鑄鐵的冷硬深度。各種元素對(duì)提高白口層硬度的影響大小順序如下:1.2.1.2合金元素對(duì)耐磨鋼的作用C:含量增加可提高鋼的強(qiáng)度和硬度,當(dāng)C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí),馬氏體硬度達(dá)到最高值,增加C量可提高鋼的淬透性。在高錳鋼中與Mn配合,Mn/C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8～11時(shí),使鋼具有加工硬化能力,提高耐磨性。Mn:能大大提高鋼的淬透性,有助于提高正火的效果。在高錳鋼中,使鋼生成奧氏體而韌性提高,C配合使鋼具有加工硬化能力,而提高耐磨性。Si:降低臨界冷卻速度,促使鋼生成馬氏體。在高錳鋼中降低鋼的耐磨性。Cr:能提高鋼的淬透性,提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性,但鉻鋼韌性差,回火脆性敏感。加入高錳鋼中可提高耐磨性。Ni:可改善低溫韌性和提高淬透性,和Cr,Mo同時(shí)使用則效果更好。Mo:可提高淬透性,Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%～0.3%時(shí),可使鋼的回火脆性的敏感性降至最低。V:可抑制鋼在熱處理時(shí)晶粒長大,V的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.05%以下時(shí)可提高鋼的淬透性。Ti:可細(xì)化鋼的晶粒。B:提高鋼的淬透性,比Cr,Ni,Mo都強(qiáng)得多。1.2.2抗磨白口鑄鐵抗磨白口鑄鐵的化學(xué)成分和硬度見參考文獻(xiàn)。1.2.3高錳鋼高錳鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能見參考文獻(xiàn)。1.2.4耐磨鋼目前國內(nèi)還沒有耐磨鋼的國家標(biāo)準(zhǔn),在有關(guān)合金鋼的國家標(biāo)準(zhǔn)中,有的材料是可以生產(chǎn)耐磨件的。在電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中就收入了9種低合金鋼和中合金鋼來生產(chǎn)磨球和襯板。1.2.5非金屬材料在耐磨件上應(yīng)用的非金屬材料有橡膠、塑料、陶瓷和鑄石等。除鑄石有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外,其他用做耐磨材料的非金屬材料皆沒有國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中僅涉及了部分非金屬材料。1.2.6復(fù)合材料2種或2種以上的材料,通過各種工藝手段組合在一起,就是復(fù)合材料。一般復(fù)合材料都綜合了2種或2種以上材質(zhì)的優(yōu)點(diǎn),而避開了各自的弱點(diǎn),從而使復(fù)合材料的性能更為優(yōu)異。1.3復(fù)合管道的要求1.3.1磨煤機(jī)耐磨件球磨機(jī)磨球的化學(xué)成分和力學(xué)性能見表1和表2。球磨機(jī)襯板的化學(xué)成分和力學(xué)性能見表3,其中雙金屬襯板和組合自固型襯板是專利產(chǎn)品,前者曾獲原能源部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和國家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。中速磨磨輥、磨環(huán)及磨瓦的化學(xué)成分與力學(xué)性能見表4。中速磨空心磨球的化學(xué)成分與力學(xué)性能見表5。堆焊中速磨磨輥堆焊層的化學(xué)成分與力學(xué)性能見表6。風(fēng)扇磨沖擊板、護(hù)鉤、護(hù)甲的化學(xué)成分與力學(xué)性能見表7。1.3.2耐磨管道電廠用于輸送煤粉、煤灰(渣)等物料的管道應(yīng)用耐磨材料制造。在電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T680-1999《耐磨管道技術(shù)條件》中對(duì)此做出了規(guī)定,詳見參考文獻(xiàn)。1.3.2.1單金屬管道的要求單金屬管道的化學(xué)成分見表8,力學(xué)性能見表9。復(fù)合管內(nèi)襯層厚度偏差見表10。能要求為:磨耗量≤0.08g/cm2,沖擊韌性≥157J/cm2。1.3.2.2復(fù)合管道的要求雙金屬復(fù)合管道內(nèi)襯的抗磨白口鑄鐵化學(xué)成分應(yīng)符合參考文獻(xiàn)規(guī)定的要求,管道內(nèi)壁硬度應(yīng)≥46HRC。陶瓷復(fù)合管道的陶瓷層性能參數(shù)為:硬度≥1100HV,密度≥3.8g/cm3。橡塑復(fù)合管道的扯斷強(qiáng)度≥14.0MPa,伸長率≥400.0,300%定伸強(qiáng)度≥8.0MPa,其他要求見表11。高溫耐磨襯里復(fù)合管道的其他要求見表12。鑄石復(fù)合管道鑄石的性1.3.3灰漿泵過流件灰漿泵的葉輪、護(hù)板和護(hù)套都是過流件,除受到灰漿的沖蝕磨損外,葉輪還受到氣蝕的作用。一般都采用抗磨白口鑄鐵Cr15、Cr20或Cr26等材料來制造。其化學(xué)成分和力學(xué)性能應(yīng)符合參考文獻(xiàn)的規(guī)定。有的生產(chǎn)廠家為了提高使用壽命,在上述材料中又適當(dāng)增加了少量其他合金元素。1.3.4其他耐磨件斗輪機(jī)鏟斗的斗唇、給煤機(jī)易損件、錘式碎煤機(jī)的錘頭和襯板、環(huán)錘式碎煤機(jī)的環(huán)錘和襯板、落煤斗、撈渣機(jī)刮板和底板、碎渣機(jī)的滾齒、引風(fēng)機(jī)的葉片和護(hù)甲、排粉機(jī)葉輪、風(fēng)門、管道補(bǔ)償器和干除灰設(shè)備配件等,都應(yīng)按不同工況條件,選用GB/T8263-1999《抗磨白口鑄鐵件》、GB/T5680-1998《高錳鋼鑄件》標(biāo)準(zhǔn)中和表3、表4、表7中的材料來制造。2長期使用,長期使用耐熱鋼廣泛應(yīng)用于冶金、電力、建材、航空等行業(yè),如電廠鍋爐的火嘴,工作在1000℃左右的溫度下,受到煤粉的沖刷磨損,還有爐氣的腐蝕,要求長期使用不變形、耐磨損、抗氧化。2.高溫力學(xué)性能耐熱鋼的耐熱性能包括高溫抗氧化性和高溫力學(xué)性能。高溫抗氧化性用增重法來測(cè)定其氧化速度。高溫力學(xué)性能包括瞬時(shí)性能和持久性能,因持久性能測(cè)試成本高、時(shí)間長,所以一般僅測(cè)試高溫瞬時(shí)力學(xué)性能。耐熱鋼的焊接性能十分重要,因許多耐熱件在現(xiàn)場(chǎng)是用焊接的方法進(jìn)行裝配的,珠光體和馬氏體耐熱鋼焊接性能不好,而鐵素體和奧氏體耐熱鋼焊接性能很好。2.2配合使用的影響C:擴(kuò)大奧氏體區(qū)元素,可以強(qiáng)化基體,提高常溫強(qiáng)度,也可增加高溫強(qiáng)度,但其是碳化物形成元素,在高溫下長期使用會(huì)使固溶體中析出較多碳化物,造成固溶體中合金元素貧化,降低強(qiáng)化作用,碳化物周圍出現(xiàn)貧鉻現(xiàn)象,降低高溫抗氧化性,同時(shí)碳化物不斷聚集長大,降低抗蠕變能力,所以含C量不宜太高。Cr:提高鋼的抗氧化性及耐蝕性,也起固溶強(qiáng)化作用。隨含Cr量的增加,抗氧化性也逐步提高,但當(dāng)含Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)>24%時(shí),抗氧化性的提高趨于平緩。當(dāng)Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)>12%,抗電化學(xué)腐蝕能力有明顯提高。當(dāng)Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=2%時(shí),對(duì)鐵素體強(qiáng)化作用顯著,當(dāng)Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=3%～10%時(shí)熱強(qiáng)性反而降低,當(dāng)Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)>10%時(shí),熱強(qiáng)性又有增加。Ni:擴(kuò)大奧氏體區(qū),提高鋼的耐熱性及熱強(qiáng)性,當(dāng)Ni達(dá)到一定含量時(shí),可獲得奧氏體耐熱鋼。Ni可增加鋼的耐蝕性。當(dāng)Ni和Cr配合使用時(shí),可獲得更好的效果。Si:可形成鈍化膜而提高抗氧化性,當(dāng)Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<2%時(shí),減少氧化損失顯著。Si還可提高在硫氣氛中的抗蝕能力。Si可代替部分Cr。Si量高時(shí)使熱加工性能變差,一般Si的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%左右。Mn:擴(kuò)大奧氏體區(qū),可提高溶解碳的能力,避免碳化物的出現(xiàn)。Mn對(duì)熱強(qiáng)性和抗氧化性影響不大,但Mn含量過高時(shí),有損于抗氧化性。Mo:有顯著的固溶強(qiáng)化作用,提高抗蠕變能力,提高鋼的熱強(qiáng)性。W:作用和Mo相似,但比Mo弱,和Mo配合使用效果好。Al:與Cr,Si復(fù)合使用,在高溫下形成致密的鈍化膜而提高抗氧化性,但易使蠕變抗力降低,不利于熱強(qiáng)性。Al量過多,使鋼水流動(dòng)性降低,夾雜物增加,造成韌性下降,一般Al量控制在3%以下。V,Ti,Nb,Zr:是強(qiáng)烈形成碳化物元素,與鋼中的Cr,N化合,形成穩(wěn)定的碳化物和氮化物,并彌散分布于基體中,可提高鋼的熱強(qiáng)性,同時(shí)使Cr,Mo,W不易形成碳化物,更多的進(jìn)入基體,發(fā)揮固溶強(qiáng)化作用。Nb和Ti還可細(xì)化晶粒,提高耐蝕性,Ti還可提高抗氧化性。N:擴(kuò)大奧氏體區(qū),N和Mn配合使用可代替部分Ni。N可細(xì)化晶粒,增加高溫強(qiáng)度,但N含量高易形成氣孔和夾雜物,一般控制在0.3%以下。RE:微量RE可提高鈍化膜的穩(wěn)定性,因而可提高抗氧化性,同時(shí)可細(xì)化晶粒,凈化晶界,改善合金的組織和性能;增加抗蠕變能力和熱強(qiáng)性。但RE加入量應(yīng)嚴(yán)格控制以免增加鋼中的夾雜物,一般控制在1%以下。合金元素對(duì)鋼高溫性能的影響見表13。2.3耐熱鋼標(biāo)準(zhǔn)簡介2.3.1耐熱鋼國家標(biāo)準(zhǔn)我國現(xiàn)在的耐熱鋼國家標(biāo)準(zhǔn)有GB1221-92《耐熱鋼棒》、GB3281-81《不銹耐酸及耐熱鋼厚板技術(shù)條件》、GB4238-92《耐熱鋼板》、GB4239-91《不銹鋼和耐熱鋼冷軋鋼帶》、GB8492-87《耐熱鋼鑄件》、GB8732-88《汽輪機(jī)葉片用鋼》、GB/T15062-94《一般用途高溫合金管》等標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在簡介一下GB8492-87《耐熱鋼鑄件》。該標(biāo)準(zhǔn)制訂前,我國已有3個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),在本標(biāo)準(zhǔn)中采納了3個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的鋼種,還采納了我國在生產(chǎn)實(shí)踐中確認(rèn)性能良好的鋼種,同時(shí)還參照了美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM/A297、日本標(biāo)準(zhǔn)JISG5122,德國標(biāo)準(zhǔn)DIN17465和前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)ГОСТ2176。該標(biāo)準(zhǔn)的材料可用于制造電站鍋爐配件和接觸爐氣的各種管道。該標(biāo)準(zhǔn)中的鋼種見參考文獻(xiàn)。2.3.2耐熱鋼行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)我國現(xiàn)有的耐熱鋼行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有:JB/ZQ4298-86《耐熱鑄鋼》、JB/T6403-92《大型耐熱鋼鑄件》、YB/JQ101.6-88《耐熱鋼鑄件》、HB5430-89《不銹鋼耐熱鋼熔模鑄件》、JB/ZQ4295-86《不銹、耐酸、耐熱鍛件用鋼》、ZBJ98007-88《鍋爐燃燒器耐熱鋼噴嘴訂貨技術(shù)條件》和DL/T515-93《電站彎管》等標(biāo)準(zhǔn)。ZBJ98007-88《耐熱鑄鋼》標(biāo)準(zhǔn)中的鋼種見表14;DL/T515-93《電站彎管》中的鋼種見參考文獻(xiàn),這些材料可用于電廠的主蒸汽管道、再熱蒸汽管道、過熱器管道等。2.3.3企業(yè)研制的火嘴材料企業(yè)自行研制的用于制造電廠火嘴的材料見表15。3缺