Эксплуатация электростанций, работающих при сверхкритических параметрах - Исследования для использования суперкритических параметров пара

Исследования, проведенные EPDC для использования суперкритических параметров пара. К работе над суперкритическими параметрами EPDC приступила в 1980 г. История ее научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в этом направлении разделена на две фазы. Первая выполнена до 1994 г., а вторая с 1994 по 2000 г. Эти работы осуществлялись при сотрудничестве с производителями материалов, котлов и турбин и получили с середины их проведения поддержку от правительства.
Фаза 1 состояла из двух этапов. На первом проводились испытания ферритных сталей при параметрах пара 31,4 МПа, 593/593/593°С, на втором - аустенитных сталей при 34,3 МПа, 649/649/649°С. Стали ферритного класса уже применялись в оборудовании со сверхкритическими параметрами пара. Для приспособления к суперкритическим параметрам они были улучшены, а их прочность повышена. Иными словами, на этапе 1 разработка шла по пути эволюции технологии сверхкритических параметров пара.

Рис. 3. Графики зависимости толщины оксидной пленки на внутренней поверхности труб от времени воздействия на них пара при температуре 600°С:
• - данные экспериментов и измерений на действующем оборудовании;          предполагаемая кривая; 1 - нержавеющая
сталь группы 18-8 с обработкой дробеструйкой; 2 - нержавеющая сталь группы 18-8 без обработки дробеструйкой; 3 - сталь 9Cr; 4 - сталь 2 1/3Cr1Mo

На этапе 2 были проверены материалы для наиболее тяжелых в мире условий и параметров пара. Испытания проводились в основном на классических аустенитных сталях, отличающихся прочностью и стойкостью при высокой температуре.
На каждом этапе фазы 1 проводили испытания элементов котлов для определения характеристик материалов и испытания деталей турбин из новых материалов, приведенных в табл. 1, на специально изготовленной модельной турбине. В заключение проводились демонстрационные испытания энергоустановки мощностью 50 МВт.
При испытаниях на этапах 1 и 2 фазы 1 по материалам для котлов получены положительные результаты по коррозионной стойкости, устойчивости к окислению в паровой среде и длительной механической прочности. Аустенитные материалы для турбин, испытанные на этапе 2, наоборот, оказались практически негодными к применению из- за большого коэффициента линейного расширения, малой теплопроводности, быстрого исчерпания срока службы вследствие малоцикловой усталости при пуске-останове и нерентабельности.
Испытания фазы 2 были организованы непосредственно для создания технологии с суперкритическими параметрами (30 МПа, 630/630°С), которая может быть реализована в короткие сроки за счет применения ферритных материалов, экономические и эксплуатационные достоинства которых до этого были подтверждены. Были проведены длительные испытания выбранных для котлов новых материалов (см. табл. 2) и испытания на вращающихся роторах материалов, выбранных для турбин (табл. 3, 4).

Таблица 2
Материалы деталей котлов, исследованные в фазе 2

Таблица 3
Химический состав сталей (в процентах), используемых для изготовления лопаток

Таблица 4
Материалы, рассматривавшиеся для применения на необогреваемых статорных деталях

Испытания подтвердили, что материалы, подобранные для турбин и котлов, имеют удовлетворительные свойства и годятся для применения в условиях суперкритических параметров пара.