CN205643227U - 对新型高温合金材料和部件进行实炉验证的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种对新型高温合金材料和部件进行实炉验证的系统及方法，通过布置在宿主机组锅炉内部的炉内试件，对需要在炉内环境下进行试验的相关材料和部件制造加工工艺进行验证，并且蒸汽温度根据需要加热到远高于宿主机组及现有技术正常主汽温度，例如700℃以上；通过布置在宿主机组锅炉外部的炉外试件，对需要在炉外环境下进行试验的相关材料和部件制造加工工艺进行验证，并且可以设置多路管道，以满足本验证系统启动、运行、检修等不同需要；本实用新型一方面可以实现对新型高温合金材料和部件非常好的验证效果，另一方面尽可能依靠宿主机组原有条件进行建设，同时又尽可能尽可能减少对宿主机组安全经济性的影响，可靠有效。

Description

对新型高温合金材料和部件进行实炉验证的系统

技术领域

本实用新型涉及火力发电机组及材料领域，具体涉及一种适合于对新型高温合金材料和部件进行实炉验证的系统。

背景技术

火力发电机组，是我国最主要的发电形式，大都采用煤炭作为燃料，燃烧产生热能，并形成高温蒸汽，驱动汽轮机做功，并最终通过发电机转换为电能。

为提高机组效率、降低煤耗、减少污染物及CO₂排放，发展高参数、大容量的火力发电机组，是主要发展方向。目前，我国火力发电机组已从超高压、亚临界、超临界发展到了超超临界，主蒸汽温度达到600℃、主蒸汽压力达到30MPa等级。未来，将进一步向主蒸汽压力超过35MPa，主蒸汽温度超过700℃的先进超超临界燃煤发电技术发展。

随着火力发电机组蒸汽参数的不断提高，材料的研发日益重要，尤其是当主蒸汽温度超过700℃时，现有材料已无法满足要求，需要发展以镍基合金、铁镍基合金为代表的高温合金材料。可以说，材料问题已然成为火力发电机组向更高参数发展的主要瓶颈。

新型材料的研发，是个漫长的过程，材料的验证及改进，是确保新型材料能够进行工程应用的关键。但一方面，目前实验室所做的相关材料测试，虽然能够反映材料的相关性能数据，但毕竟与材料在实炉当中所面临的高温高压环境、以及高温蒸汽腐蚀、高温烟气腐蚀情况存在差异，实验室测试通过的材料，并不表示一定能经受得住实际工程的长期检验。另一方面，所研发的新型材料还需要通过制造加工焊接等环节，制成各种部件，而相关部件(尤其是大型部件)的验证，在实验室条件下难以开展。因此，就需要对所采用的高温材料和部件进行实炉试验验证。

我国也进行过材料的挂片试验，但方法是将试验材料直接置于高温腐蚀环境(如烟气、水等)当中，测试材料本身的耐腐蚀性能，并不具备全面验证材料和部件在实炉条件下各项性能的功能。

因此，如何设计一种方法，对新型高温材料和部件进行实炉试验验证，既能全面验证各种材料和部件在实炉中的性能，确保相关材料和部件能够用于实际工程；又能尽量简化实炉验证系统，减少制造和建设的工作量，尽可能的利用现有机组(宿主机组)完成验证工作；同时还能尽量减少对宿主机组的影响，防止验证试验导致宿主机组经常被迫停机，是必须解决的问题。

发明内容

为了解决火力发电机组向更高参数发展过程当中，所用新型高温合金材料和部件在实验室条件下难以全面验证，直接进行工程应用存在很大的技术风险的问题，本实用新型提供了一种对新型高温合金材料和部件进行实炉验证的系统。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

对新型高温合金材料和部件进行实炉验证的系统，包括布置在宿主机组锅炉8内部的一个或多个依次串联的炉内试件7；一个所述炉内试件7入口或多个依次串联的炉内试件7中的第一个炉内试件入口与宿主机组蒸汽汽源1连通，在炉内试件7与宿主机组蒸汽汽源1连通的管路上设置有蒸汽汽源截止阀2，炉内试件7入口设有试件入口减温器5；一个所述炉内试件7出口或多个依次串联的炉内试件7中的最后一个炉内试件出口分一路、两路、三路或四路：

当分一路时，通过主汽管道14连通炉外大管道试件16入口，炉内试件7与炉外大管道试件16连通的主汽管道14上设置有主汽阀门组15；所述炉外大管道试件16出口通过主汽管道14连通第二宿主机组蒸汽管道18，炉外大管道试件16与第二宿主机组蒸汽管道18连通的主汽管道14上设置有主汽减温器17；

当分四路时，第一路通过主汽管道14连通炉外大管道试件16入口，炉内试件7与炉外大管道试件16连通的主汽管道14上设置有主汽阀门组15；所述炉外大管道试件16出口通过主汽管道14连通第二宿主机组蒸汽管道18，炉外大管道试件16与第二宿主机组蒸汽管道18连通的主汽管道14上设置有主汽减温器17；第二路通过旁路管道19连通宿主机组蒸汽管道22，旁路管道19上设置有旁路截止阀20和高旁阀21；第三路通过启动旁路管道24连通低温低压蒸汽管道26，启动旁路管道24上设置有启动旁路截止阀23和减温减压器25；第四路通过备用旁路管道11连通第三宿主机组蒸汽管道13，备用旁路管道11上设置有备用旁路阀组12；内部流通高温蒸汽介质的主汽管道14、主汽阀门组15、炉外大管道试件16、主汽减温器17、旁路管道19、旁路截止阀20和高旁阀21共同构成了炉外试件；

当分两路时，第一路为分四路时的第一路，第二路为分四路时第二路、第三路或第四路中的任意一路；

当分三路时，第一路为分四路时的第一路，第二路和第三路分别为分四路时第二路、第三路或第四路中的任意两路的组合。

当分一路时，所述炉外大管道试件16与第二宿主机组蒸汽管道18连通的主汽管道14上还设置有高旁阀21。

一个所述炉内试件7入口或多个依次串联的炉内试件7中的第一个炉内试件入口还连通有启动蒸汽汽源4，且与启动蒸汽汽源4连通的管路上设置有启动蒸汽截止阀3。

所述炉内试件7根据试验需要在型式上采用光管、鳍片管或螺纹管，在结构上采用直管、U型管或蛇形管，管内的高温蒸汽介质主要源自于宿主机组蒸汽汽源1，管外处于宿主机组锅炉8内部的高温烟气中，从而对管内的高温蒸汽介质进行加热至试验验证设计温度。

所述试件入口减温器5和炉外试件的出入口位置处设置监测运行时的温度、压力参数的测量仪表10。

所述炉外大管道试件16根据需要更换为汽轮机材料部件试验件，进行试验验证。

上述所述对新型高温合金材料和部件进行实炉验证的系统进行实炉验证的方法，通过布置在宿主机组锅炉8内部的炉内试件7，对需要在炉内环境下进行试验的相关材料和部件制造加工工艺进行验证，通过布置在宿主机组锅炉8外部的炉外大管道试件16，对需要在炉外环境下进行试验的材料和部件制造加工工艺进行验证；具体方法如下：

在炉内试件7管内通以源自于宿主机组蒸汽汽源1的高温蒸汽介质，管外处于宿主机组锅炉8内部的高温烟气中，从而使炉内试件7出口的高温蒸汽介质加热至高于宿主机组主蒸汽温度的试验验证设计温度，对需要在炉内环境下进行试验的相关材料和部件制造加工工艺进行验证；炉内试件7通过管道主汽管道14和旁路管道19分别与主汽阀门组15、炉外大管道试件16、主汽减温器17以及旁路截止阀20、高旁阀21相连通，从而使炉内试件7出口的高温蒸汽介质流经主汽阀门组15、炉外大管道试件16、主汽减温器17以及旁路截止阀20、高旁阀21内部，并根据需要设置吊架、疏水、放气辅助装置，对需要在炉外环境下进行试验的相关材料和部件制造加工工艺进行验证；最终，高温蒸汽介质经过主汽减温器17、高旁阀21减温或减温减压，降低蒸汽参数，回到第二宿主机组蒸汽管道18、宿主机组蒸汽管道22当中；在宿主机组锅炉8启动初期，宿主机组蒸汽汽源1无法提供所需蒸汽，因此采用启动蒸汽汽源4提供蒸汽，以保证炉内试件7在宿主机组锅炉8启动初期的安全性；并增设启动旁路管道24、减温减压器25作为一条支路，将启动初期的炉内试件7出口低温低压的蒸汽送至相应管道或者直接排空；此外，还增设备用旁路管道11、备用旁路阀组12作为一条支路，支路出口与第三宿主机组蒸汽管道13相连，使得在宿主机组锅炉8启动中后期，以及炉外大管道试件16、高旁阀21出现问题需要处理时，切换至该备用旁路支路运行，以保证安全；该支路不额外设置减温器，而是直接利用试件入口减温器5，增强减温效果，使备用旁路管道11内蒸汽温度与第三宿主机组蒸汽管道13内蒸汽温度相一致。

本实用新型的突出优点是：

1.通过在宿主机组锅炉内部设置炉内试件，可以根据需要将炉内试件内部介质蒸汽温度加热到远高于宿主机组及现有技术正常主汽温度，例如700℃以上，从而实现对炉内和炉外相关新型高温合金材料和部件进行实炉验证。

2.本验证系统中，所有相关材料和部件的验证环境均与未来实际应用环境基本一致，并且可以根据需要进行为期数年的验证试验，从而达到非常好的验证效果。

3.本验证系统尽可能依靠宿主机组原有条件进行建设，在实现对相关材料和部件进行全面验证的同时，减少了锅炉以及相关外围设施的制造、建设工作。

4.通过设置主汽管道、旁路管道、启动旁路管道、备用旁路管道、宿主机组蒸汽汽源、启动蒸汽汽源，可以满足本验证系统在启动、运行等不同阶段的需要；并且当部分炉外试件出现问题需要处理时，还可以切换至其它支路，从而尽可能避免炉外试件一旦出现问题就需要宿主机组被迫停机的情况发生，因此验证系统较为安全可靠。

5.所验证的新型高温合金材料和部件可以在炉内、炉外根据需要进行设置，验证试验中期，也可以对相关材料进行更换、分析，因此验证系统较为灵活。

附图说明

图1为本实用新型的一种实施例系统示意图(无启动蒸汽汽源，炉内一级加热，炉外仅一条蒸汽管路)。

图2为本实用新型的一种实施例系统示意图(设启动蒸汽汽源，炉内两级加热，炉外设有四条蒸汽管路)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

实施例一：

如图1所示，本实施例一种对新型高温合金材料和部件进行实炉验证的方法，通过布置在宿主机组锅炉8内部的炉内试件7，对需要在炉内环境下进行试验的相关材料和部件制造加工工艺进行验证；通过布置在宿主机组锅炉8外部的炉外试件，对需要在炉外环境下进行试验的相关材料和部件制造加工工艺进行验证。

炉内试件7的管内高温蒸汽介质，源自于宿主机组蒸汽汽源1，设有蒸汽汽源截止阀2，并通过试件入口减温器5调节蒸汽温度；炉内试件7出口接炉外试件，包括主汽管道14、主汽阀门组15、炉外大管道试件16、高旁阀21，依次布置在一条主汽管路上，高温蒸汽最终通过高旁阀21减温减压，与宿主机组蒸汽管道22相连，回到宿主机组。

炉内试件7的入口蒸汽温度约600℃、压力约26MPa，出口蒸汽温度约700℃，布置于炉膛上部，模拟验证末级过热器。经过高旁阀21减温减压后的蒸汽，温度降至约360℃、压力降至约5.5MPa，回到宿主机组再热蒸汽冷端。

该实施例的特点是：系统布置较为简单，可以实现对末级过热器和主要炉外部件的试验验证，但任何试件出现较大问题，都需要宿主机组停炉检修，而且对宿主机组的经济性影响也相对较大一些。

实施例二：

如图2所示，本实施例一种对新型高温合金材料和部件进行实炉验证的方法，通过布置在宿主机组锅炉8内部的两级炉内试件7，对需要在炉内环境下进行试验的相关材料和部件制造加工工艺进行验证；通过布置在宿主机组锅炉8外部的炉外试件，对需要在炉外环境下进行试验的相关材料和部件制造加工工艺进行验证。

炉内试件7的管内高温蒸汽介质，主要源自于宿主机组蒸汽汽源1，同时设有启动蒸汽汽源4，用于在宿主机组锅炉8启动初期提高蒸汽，两路汽源相应设有蒸汽汽源截止阀2和启动蒸汽截止阀3。两级炉内试件7的入口，均设置了试件入口减温器5，用于调节蒸汽温度。炉内试件出口接炉外试件，炉外试件主要分为两路：一路包括主汽管道14、主汽阀门组15、炉外大管道试件16、主汽减温器17，减温后的蒸汽与第二宿主机组蒸汽管道18相连通；另一路包括旁路管道19、旁路截止阀20、高旁阀21，减温减压后的蒸汽与宿主机组蒸汽管道22相连通。为系统安全稳定运行考虑，炉外部分还增设了两条支路：一条支路包括启动旁路管道24、启动旁路截止阀23、减温减压器25，减温减压后的蒸汽与低温低压蒸汽管道26相连；另一条支路包括备用旁路管道11、备用旁路阀组12，支路出口与第三宿主机组蒸汽管道13相连。

第一级的炉内试件7的入口蒸汽温度约500℃、压力约26MPa，出口蒸汽温度约600℃，布置于炉膛中部，模拟验证水冷壁；第二级的炉内试件7的入口蒸汽温度约600℃，出口蒸汽温度约700℃，布置于炉膛上部，模拟验证末级过热器。

经过主汽减温器17减温后的蒸汽，温度降至约550℃，回到第二宿主机组主蒸汽管道。经过高旁阀21减温减压后的蒸汽，温度降至约315℃、压力降至约5MPa，回到宿主机组再热蒸汽冷端。备用旁路阀组12打开运行时，直接利用试件入口减温器5降温至550℃，同样回到宿主机组主蒸汽管道。宿主机组锅炉8启动初期，炉内试件7出口蒸汽，经减温减压器25减温减压后，送至低温低压蒸汽管道26，用于供热。

该实施例的特点是：系统布置和试验验证较为全面，可以实现对水冷壁、末级过热器和所需炉外部件的试验验证，并且高旁阀单独一路布置，与目前火力发电机组的实际布置情况相一致。与实施例1相比，该实施例的安全经济性更好，具体表现在：在宿主机组启动初期，无法提供所需蒸汽的时候，采用启动蒸汽汽源对炉内试件进行保护，而出口蒸汽用于供热利用；当炉外试件出现较大问题时，可以通过切换炉外蒸汽管道的方式，将问题试件进行隔离、维修，无需宿主机组停炉；而且由于正常运行时的高温蒸汽主要回到宿主机组主蒸汽管道进行利用，因此对宿主机组经济性的影响也相对较小。

Claims (6)

1.对新型高温合金材料和部件进行实炉验证的系统，其特征在于：包括布置在宿主机组锅炉(8)内部的一个或多个依次串联的炉内试件(7)；一个所述炉内试件(7)入口或多个依次串联的炉内试件(7)中的第一个炉内试件入口与宿主机组蒸汽汽源(1)连通，在炉内试件(7)与宿主机组蒸汽汽源(1)连通的管路上设置有蒸汽汽源截止阀(2)，炉内试件(7)入口设有试件入口减温器(5)；一个所述炉内试件(7)出口或多个依次串联的炉内试件(7)中的最后一个炉内试件出口分一路、两路、三路或四路：

当分一路时，通过主汽管道(14)连通炉外大管道试件(16)入口，炉内试件(7)与炉外大管道试件(16)连通的主汽管道(14)上设置有主汽阀门组(15)；所述炉外大管道试件(16)出口通过主汽管道(14)连通第二宿主机组蒸汽管道(18)，炉外大管道试件(16)与第二宿主机组蒸汽管道(18)连通的主汽管道(14)上设置有主汽减温器(17)；

当分四路时，第一路通过主汽管道(14)连通炉外大管道试件(16)入口，炉内试件(7)与炉外大管道试件(16)连通的主汽管道(14)上设置有主汽阀门组(15)；所述炉外大管道试件(16)出口通过主汽管道(14)连通第二宿主机组蒸汽管道(18)，炉外大管道试件(16)与第二宿主机组蒸汽管道(18)连通的主汽管道(14)上设置有主汽减温器(17)；第二路通过旁路管道(19)连通宿主机组蒸汽管道(22)，旁路管道(19)上设置有旁路截止阀(20)和高旁阀(21)；第三路通过启动旁路管道(24)连通低温低压蒸汽管道(26)，启动旁路管道(24)上设置有启动旁路截止阀(23)和减温减压器(25)；第四路通过备用旁路管道(11)连通第三宿主机组蒸汽管道(13)，备用旁路管道(11)上设置有备用旁路阀组(12)；内部流通高温蒸汽介质的主汽管道(14)、主汽阀门组(15)、炉外大管道试件(16)、主汽减温器(17)、旁路管道(19)、旁路截止阀(20)和高旁阀(21)共同构成了炉外试件；

当分两路时，第一路为分四路时的第一路，第二路为分四路时第二路、第三路或第四路中的任意一路；

当分三路时，第一路为分四路时的第一路，第二路和第三路分别为分四路时第二路、第三路或第四路中的任意两路的组合。

2.根据权利要求1所述的对新型高温合金材料和部件进行实炉验证的系统，其特征在于：当分一路时，所述炉外大管道试件(16)与第二宿主机组蒸汽管道(18)连通的主汽管道(14)上还设置有高旁阀(21)。

3.根据权利要求1所述的对新型高温合金材料和部件进行实炉验证的系统，其特征在于：一个所述炉内试件(7)入口或多个依次串联的炉内试件(7)中的第一个炉内试件入口还连通有启动蒸汽汽源(4)，且与启动蒸汽汽源(4)连通的管路上设置有启动蒸汽截止阀(3)。

4.根据权利要求1所述的对新型高温合金材料和部件进行实炉验证的系统，其特征在于：所述炉内试件(7)根据试验需要在型式上采用光管、鳍片管或螺纹管，在结构上采用直管、U型管或蛇形管，管内的高温蒸汽介质主要源自于宿主机组蒸汽汽源(1)，管外处于宿主机组锅炉(8)内部的高温烟气中，从而对管内的高温蒸汽介质进行加热至试验验证设计温度。

5.根据权利要求1所述的对新型高温合金材料和部件进行实炉验证的系统，其特征在于：所述试件入口减温器(5)和炉外试件的出入口位置处设置监测运行时的温度、压力参数的测量仪表(10)。

6.根据权利要求1所述的对新型高温合金材料和部件进行实炉验证的系统，其特征在于：所述炉外大管道试件(16)根据需要更换为汽轮机材料部件试验件，进行试验验证。