[发明专利]一种700℃超超临界电站用涂层双管结构

说明书

本发明公开了一种700℃超超临界电站用涂层双管结构，包括铁素体耐热钢制作的主蒸汽管道，主蒸汽管道内表面采用等离子喷涂隔热材料粉体形成至少一层热障涂层；主蒸汽管道外套设冷却蒸汽管，冷却蒸汽管与主蒸汽管道之间形成环形蒸汽通道；环形蒸汽通道内流通冷却蒸汽，冷却蒸汽流通方向与主蒸汽管道内超高温蒸汽流通方向相反；该结构能够进一步提高现有P91耐热钢管输送更高温度蒸汽的能力。

技术领域

本发明涉及高温蒸汽输送领域，尤其是一种700℃超超临界电站用涂层双管结构。

背景技术

近年来，为了实现国家节能减排的战略目标，我国超超临界燃煤发电技术日益朝着大容量、高参数、高效率和低排放的方向发展。目前，600℃超超临界是世界最先进的商用燃煤发电技术，并且我国建设的600℃超超临界燃煤电站已超过300台，占世界同类电站的90%以上。长期以来，国内外学者不断地追求蒸汽温度和压力的进一步提高，致力于开发630-700℃先进超超临界燃煤发电技术。然而超超临界机组结构耐热材料技术成为制约630-700℃先进超超临界燃煤电站设计和建设的技术瓶颈。

从超超临界技术的发展历程看，要进一步提高超超临界电站的蒸汽参数（温度和压力），机组结构耐热材料有以下几个途径可供选择：（1）开发能够承受更高温度的耐热钢，但难度大、周期长；（2）更换新型镍基耐热合金，但成本高，目前其服役性能尚存在一定的问题。

根据中国电力行业标准DL/T715—2015的火力发电厂金属材料选用导则，600°C机组中，一般首选P91与P92等铁素体耐热钢作为主蒸汽管道用材。

如图24所示是P91材料不同工作时长下，温度与应力的变化曲线，从图中可以看出P91材料在不同工作时长下，随着温度升高，P91所能承受的应力越来越小，其中，工作100000h的P91材料的极限是670℃，压力是30~40MPA，所以传统意义上的主蒸汽管道不能突破700℃工作条件，所以需要其他办法来实现更高温度条件下主蒸汽管道的工作。

发明内容

现有技术中选用铁素体耐热钢作为主蒸汽管道用材，无法满足更高温度蒸汽的输送要求；本发明的目的在于提供一种700℃超超临界电站用涂层双管结构，通过在铁素体耐热钢材质的主蒸汽管道上进行结构改进，提高输送高温蒸汽的能力。

本发明采用的技术方案如下：一种700℃超超临界电站用涂层双管结构，包括铁素体耐热钢制作的主蒸汽管道，所述主蒸汽管道内表面采用等离子喷涂隔热材料粉体形成至少一层热障涂层；所述主蒸汽管道外套设冷却蒸汽管，所述冷却蒸汽管与主蒸汽管道之间形成环形蒸汽通道；所述环形蒸汽通道内流通冷却蒸汽，冷却蒸汽流通方向与主蒸汽管道内超高温蒸汽流通方向相反。

进一步，所述主蒸汽管道采用P91或P92耐热钢管。

热障涂层的第一种优选实施方式是，所述主蒸汽管道内表面采用等离子喷涂氧化钇粉体形成单陶瓷层热障涂层。

热障涂层的第二种优选实施方式是，所述主蒸汽管道内表面采用等离子喷涂锆酸镧粉体形成单陶瓷层热障涂层。

热障涂层的第三种优选实施方式是，所述主蒸汽管道内表面先喷涂氧化钇粉体，之后再喷涂锆酸镧粉体，形成双陶瓷层热障涂层。

进一步，所述冷却蒸汽的温度为300~500℃，压力为5-10MPa。

进一步，所述热障涂层的喷涂厚度为0.8-3.0mm。

进一步，涂层双管结构两端用法兰密封，一端的法兰上设有高温蒸汽注入口，另一端法兰上设有高温蒸汽输出口；靠近两端设有冷却蒸汽注入口和冷却蒸汽输出口；高温蒸汽注入口与冷却蒸汽输出口位于同一侧，高温蒸汽输出口与冷却蒸汽注入口位于同一侧。

进一步，所述冷却蒸汽管外设有保温层。

一种所述的700℃超超临界电站用涂层双管结构的制备方法包括如下步骤：