Postęp w zakresie budowy nowoczesnych, wysokosprawnych bloków energetycznych uzależniony jest od rozwoju inżynierii materiałowej. Zapewnia on dostępność odpowiednich materiałów i technologii, szczególnie wykorzystywanych do budowy kluczowych elementów konstrukcyjnych kotła, pracujących w warunkach pełzania.
Fot. iStockŻarowytrzymałe stopy metali przeznaczone są do długotrwałej pracy przez czas obliczeniowy wynoszący w tej chwili 200 tys. godz. pracy w warunkach podwyższonej temperatury i ciśnienia pary oraz korozyjnego środowiska. W związku z tym muszą one spełniać liczne wymagania dotyczące adekwatności użytkowych oraz technologicznych, tak by uwzględniać wzajemne oddziaływanie na siebie procesów odkształcenia, umocnienia, dekohezji i korozji, które zestawiono w tabeli 1 [5-9].
Tabela 1. Wymagania stawiane materiałom żarowytrzymałym w energetyce [8]
| Właściwości | Wpływ* | |
| Własności mechaniczne | Granica plastyczności w temperaturze podwyższonej Długotrwała wytrzymałość na pełzanie – czas do zniszczenia Wytrzymałość na obciążenia cykliczne – mechaniczne i cieplne Własności plastyczne – wydłużenie przy zniszczeniu, udarność Odporność na kruche pękanie Odporność na ścieranie i kawitację | ↑ ↑↑ ↑ ↑↑ ↑ – |
| Własności fizyczne i chemiczne oraz odporność korozyjna | Korozja równomierna – woda, para wodna, pary soli, spaliny Popiół paliwowy, nośniki energii jądrowej Korozja wżerowa Korozja międzykrystaliczna Korozja naprężeniowa Odporność na uszkodzenia radiacyjne Stabilność wymiarowa Niemagnetyczność elementów rdzenia | ↑ ~ ~ – ~ – ↑ – |
| Własności technologiczne | Spawalność Podatność na obróbkę plastyczną na zimno i gorąco Obrabialność Jakość powierzchni gotowych produktów Jednorodność składu chemicznego | ↑↑ ↑ ↑ ↑↑ ↑ |
| * ↑↑ szczególnie istotny, ↑ istotny, ~ istotny w niektórych przypadkach, – nieistotny. | ||
W części kotłowej bloku energetycznego kluczowymi elementami konstrukcyjnymi są:
- ściany szczelne (membranowe) komory paleniskowej,
- nieogrzewane spalinami elementy grubościenne — walczaki (w kotłach konwencjonalnych), wodooddzielacze, komory, kolektory i rozdzielacze pary oraz rury pary pierwotnej i wtórnej,
- ogrzewane spalinami wężownice przegrzewaczy pary pierwotnej i w części wtórnej.
Właściwości stali dla energetyki
Zależnie od rodzaju elementu, temperatury pary i spalin w budowie węglowych kotłów konwencjonalnych na parametry podkrytyczne stosowane są różne stale opracowane jeszcze w I połowie XX w. – węglowe i niskostopowe (rys. 1). Podstawowe charakterystyki adekwatności wytrzymałościowych w podwyższonej temperaturze ilustruje rys. 2
Rys. 1. Okresy wdrażania stali w światowej energetyce [4]
Rys. 2. Charakterystyki stali kotłowych niestopowych i niskostopowych [10]
