新材料提高发电厂效率
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热力学定律
- 你不可能赢，你只能收支平衡。
- 只有在绝对零度时才能实现收支平衡。
- 你不可能达到绝对零度。
热电厂使用的热力循环利用高温高压蒸汽。提高热力学循环的温度和压力上限可以提高循环的效率。蒸汽参数为540°C和170 bar压力的发电厂效率为38%，而蒸汽参数为300 bar和620°C的超超临界发电厂效率为48%。这种效率的提高除了节省成本外，还直接减少了排放。
为什么老式电厂的运行温度和压力更低?为什么不制造温度高于615°C的发电厂?这是由于用于制造容纳和运输蒸汽的管、鼓和管道的材料所施加的限制。
限制
材料上的限制是由于
- 强度降低。
- 钢的机械强度性能随着温度的升高而急剧降低。这意味着为了承受更高的压力，管子和管道的厚度必须增加。
- 此外，在高压和高温下的持续操作会导致机械强度性能的蠕变或缓慢退化。
- 增加的厚度意味着更高的热应力，这对设计工程师施加了严重的限制。此外，增加厚度意味着更高的重量，意味着更多的结构和基础，所有这些都会导致设计限制和更高的成本。
- 氧化。
- 在较高的温度下，由于氧化作用，管状材料上会形成水垢。这在连续运行中影响了装置的寿命。碳钢的氧化极限在425°C左右。当蒸汽和气体温度超过这个极限时，就必须使用特殊的合金钢来防止氧化。
为了克服这些限制，人们开发了越来越新的材料。20年前，用于输送过热蒸汽的管道材料是T22或P22级，在570°C时的许用应力值为50 N/mm²。在600°C时，它急剧下降到34 N /mm²。今天我们使用的是T91或P91级，在570℃时强度为78 N/mm²，在600℃时强度为60 N/mm²。这与570°C时厚度减少40%有关。
不同之处在于在基本碳钢中添加了合金元素。等级P22含有2.0%的铬和1%的钼，而等级P9含有9%的铬和1%的钼、镍和钒。
对于高温应用，这些特殊钢被称为抗蠕变钢。这些是从普通碳钢中添加合金元素，增加机械强度和耐热性能。
该行业在开发新材料时寻求的五个标准是:
- 材料的机械强度应在较高的温度下可用。
- 在这些较高的操作条件下，设备的机械强度性能应该在整个使用寿命中保持一致，或者应该具有抗蠕变性能。
- 材料应易于生产和获得。
- 材料应易于制造和施工。
- 所有这些都是合理的投资成本。
但最重要的是，这使得发电厂可以在更高的温度和压力下运行，这意味着更高的效率和更低的排放。
这篇文章是系列文章的一部分:发电厂的特殊材料
发电厂设定了材料的耐久极限。无论是火电厂还是燃气轮机，冶金技术的进步和发展决定着运行效率。这篇文章介绍了发电厂使用的特殊材料。
