Aplicação de tubos com estofos ASME A335 P9 em caldeiras de centrais elétricas a carvão

Em centrais a carvão, particularmente em unidades ultra-supercríticas avançadas que buscam uma eficiência extrema,A utilização de tubos com barras de barbatanas ASME A335 P9 representa uma escolha de engenharia precisa para enfrentar condições de funcionamento extremas e romper barreiras de eficiência.As caldeiras modernas exigem continuamente parâmetros de vapor mais elevados para alcançar uma maior eficiência térmica.Resultando em temperaturas de parede metálica nas regiões de superaquecimento e reaquecimento de alta temperatura consistentemente dentro da faixa crítica de 580°C a 650°CEste ambiente apresenta exigências aparentemente contraditórias ao material:Deve possuir uma resistência a altas temperaturas suficiente para resistir à deformação por arrastamento., resistem à corrosão por oxidação e à erosão por cinzas volantes de gases de combustão que contêm enxofre e têm a resistência à fadiga térmica para lidar com ciclos de carga frequentes e arranques/desligamentos.Enfrentar este desafio globalO material ASME A335 P9 fornece uma solução fundamental.O seu teor de cromo de aproximadamente 9% confere-lhe uma resistência à oxidação superior em comparação com os aços comuns de baixa liga, enquanto a adição de molibdênio aumenta significativamente a sua resistência ao arrastamento a altas temperaturas, o que torna a sua capacidade de carga excepcional em torno da temperatura-chave de 600°C,formando o esqueleto do núcleo que suporta a operação segura de parâmetros de alto vapor.

No entanto, um robusto tubo de pressão por si só não é suficiente para capturar eficientemente a enorme energia térmica no gás de combustão,A redução do coeficiente de transferência de calor por convecção no lado do gás da caldeira é o principal gargalo que limita a eficiência global.É precisamente aqui que a estrutura das barbatanas de borracha desempenha o seu papel decisivo.Este projeto amplia a área de transferência de calor no lado dos gases de combustão de várias a mais de dez vezes, quebrando com força a barreira de transferência de calor e transferindo eficientemente energia térmica de alto grau para o vapor dentro do tubo.Esta estrutura estampada demonstra vantagens únicas em gases de combustão carregados com cinzas volantes: as suas largas vias de escoamento são menos propensas à impureza das cinzas e os pontos de soldadura resistem eficazmente à erosão a longo prazo por poeira.Combinado com a boa resistência ao desgaste inerente do material P9, o que garante a fiabilidade a longo prazo do elemento de intercâmbio de calor em ambientes adversos.

A norma ASME A335 rege os tubos sem costura de liga ferrítica de aço para serviço a altas temperaturas, e o grau P9 (9Cr-1Mo) representa um grau médio a alto de liga de aço cromo-molibdênio.
O P9 contém aproximadamente 9% de cromo (Cr) e 1% de molibdênio (Mo). O cromo aumenta significativamente a resistência à oxidação e à corrosão a altas temperaturas;O molibdênio reforça substancialmente a resistência a altas temperaturas e a resistência ao arrasto.
A norma garante não só a composição química, mas tambématravés da especificação dos processos de tratamento térmico (normalização e temperação) e das propriedades mecânicas (rendimento mínimo e resistência à tração a temperaturas elevadas), garante a estabilidade microstrutural a longo prazo do material e a sua capacidade de suportar cargas a temperaturas de serviço.

Os parâmetros de vapor das unidades ultra-supercríticas modernas foram aumentados para 600-620°C e 25-30 MPa e acima, colocando "três grandes desafios" para os materiais de superfície de aquecimento da caldeira:resistência à alta temperatura, resistência à corrosão dos gases de combustão e resistência à fadiga térmica.

Em secções chave da caldeira como o superqueimador de alta temperatura e o aquecedor, a resistência à alta temperatura do tubo P9 é a base, e oA estrutura das barbatanas é o "amplificador"que transforma esta fundação em uma capacidade de transferência de calor eficiente.

• Contradição fundamental: O baixo coeficiente de transferência de calor por convecção no lado dos gases de combustão da caldeira é o gargalo que limita a eficiência global do intercâmbio de calor.
• A solução das barbatanas:
  1. Por soldagem de pernos densos, ele expande a área de transferência de calor do lado do gás de combustível por8 a 15 vezes, aumentando significativamente a eficiência de recuperação da energia térmica de alta qualidade e aumentando diretamente a eficiência térmica da caldeira.
  2. Os canais largos entre os pinos são:Não facilmente bloqueada por cinzas finasA sua estrutura soldada robusta é também capaz de conduzir o gás de combustão para criar turbulência, aumentando a transferência de massa.superior às feridas vulneráveis ou às barbatanas inseridas, tornando-o mais adequado para ambientes de alta velocidade e polvo elevado.
  3. Os pernos soldados adicionam eficazmente suporte radial ao tubo, melhorando o banco do tuboresistência à vibração e ao balançodentro do gás de combustão.

EmIntervalo de temperatura entre 580°C e 650°C, que é crucial para a eficiência das centrais elétricas, a sua resistência a altas temperaturas excede em muito a dos aços de baixa liga mais baratos como o P22,enquanto o seu custo é significativamente inferior ao dos aços inoxidáveis austeníticos avançados como o TP347H.É a escolha de material maduro mais rentável e confiável para alcançar a tecnologia ultra-supercrítica de grau 600 °C.
O seu excelente desempenho térmico permite que as caldeiras equipadas com essas superfícies de aquecimento se adaptem melhor a arranques/desligamentos frequentes e ciclos de carga elevada,que é vital para as redes eléctricas com uma parcela crescente de energia renovável.