高温再热器是锅炉受热面中蒸汽温度较高、运行工况较苛刻的部件之一,其材质选择直接关系到机组安全性与使用寿命。高温再热器通常布置在炉膛出口或水平烟道高温区域,外壁承受烟气冲刷与高温腐蚀,内壁承受再热蒸汽压力,因此所用管材必须具备良好的高温持久强度、抗氧化性能、组织稳定性和焊接工艺性。
目前电站锅炉高温再热器常用材质主要包括以下几类。低合金耐热钢方面,15CrMoG、12Cr1MoVG常用于再热器低温段或温度相对较低的入口区域,适用金属壁温一般在550℃以下。其中12Cr1MoVG具有较好的高温强度和工艺性能,在亚临界及以下参数锅炉中应用较广。
对于壁温更高的高温段,常选用马氏体耐热钢,如T91、T92、T122等。T91即9Cr1MoVNbN,许用壁温可达600℃左右,抗氧化性和高温持久强度明显优于低合金钢,广泛用于超高压、亚临界及部分超临界锅炉高温再热器。T92在T91基础上加入钨、降低钼含量,进一步提高了高温蠕变强度,可用于壁温620℃左右的区域。T122含铬量更高,抗氧化和抗腐蚀能力更强,适用于烟气腐蚀较重的环境。
在超超临界机组中,高温再热器出口段壁温可能达到640℃以上,此时需选用奥氏体不锈钢,如TP304H、TP347H、TP347HFG、Super304H、HR3C等。TP347H因含铌稳定化元素,抗晶间腐蚀和高温强度较好,是传统奥氏体钢中的常用牌号。Super304H通过细晶化和铜元素强化,许用应力高于常规18-8型不锈钢,在620至650℃区间综合性能优良。HR3C为25Cr-20Ni型奥氏体钢,铬含量高,抗氧化和抗烟气腐蚀能力突出,常用于腐蚀性较强的燃煤锅炉高温再热器出口管组。
除上述管材外,高温再热器集箱和连接管道有时采用P91、P92等大口径厚壁管,其材质体系与受热面小口径管相匹配,以保证异种钢焊接接头的可靠性和整体部件的热强匹配。
选材时需综合考虑设计壁温、蒸汽压力、烟气成分、煤质腐蚀特性以及制造成本。壁温计算应留有裕量,避免因局部超温导致材料加速老化。对于燃用高硫煤或高碱煤的锅炉,还应重视高温氯腐蚀和硫酸盐型热腐蚀对奥氏体钢的影响,必要时选用高铬含量或表面防护措施。
总体而言,锅炉高温再热器材质从低合金钢到马氏体钢再到奥氏体钢,形成了与温度梯度相匹配的选材体系。合理选材与严格控制焊接和热处理工艺,是保障高温再热器长周期安全运行的关键。