发电行业用钢管市场分析及发展趋势

zhd1998cn

中国发电行业现状及发展，电源结构优化势在必行
    中国发电行业有多种形式的发电方式，即各种能量转换为电能的方式：火力发电(火电)；水力发电(水电)；风力发电(风电)；核能(核电)发电； 以及其它发电方式，如太阳能、生物能等等。在上述发电方式中，火力发电的整个生产过程不但会排放SOx和NOx等有害气体外，更会排放大量的产生温室效应的CO2。以C原子量和CO2分子量计算，每燃烧1g的C，则会产生3.67g的CO2。据中国电力企业联合会发表的《2008年全国电力工业统计快报》，在2008年，中国火力发电烧煤13.4×108t，粗略地换算则产生49.2×108t CO2, 人均约3.5t。可以用火电厂的脱硫和脱硝来解决SOx和NOx的排放。但是，目前并无十分有效的方法来解决火力发电厂的CO2排放问题。
    中国的发电行业电源结构历来以火力发电为主，且主要燃料为煤。在全世界减少二氧化碳排放的急切要求下，减少发电用煤是必然趋势。在经过前几年一轮火力发电的快速发展后，从2008年开始，中国的发电行业开始了新一轮的发展时期，即电源结构的优化，发展更为环保的发电行业的时期。变化的主要方向是：降低火力发电在中国发电行业中的比例，发展更环保的火力发电，积极发展水力发电、核能发电并大幅度发展可持续发展的风力发电等。
    1．降低火力发电在中国发电行业中的比例，淘汰低效率的火力发电机组，发展更环保的火力发电
    目前，符合节能和减少CO2排放的措施是发展提高发电效率的超临界参数或超超临界参数的火力发电机组。美国、欧洲和日本在上世纪70～80年代以来对火力发电高温用钢开发的基础上，结束了火电机组蒸汽参数长期停留在540～570℃的温度范围的阶段，并于上世纪末开始了超超临界参数机组的商业运行。中国电力工业瞄准了世界火力发电的最新技术—1000MW超超临界火力发电机组，并从日本(三菱公司及日立公司等)及德国(西门子公司等)引进了1000MW超超临界参数火力发电机组的制造技术。第一台蒸汽工作参数为27MPa/605℃/603℃的1000MW超超临界参数火力发电机组于2006年11月28日在浙江玉环电厂(华能电力集团)投入商业运行。7天后，山东邹县4期7号(华电电力集团)同样温度参数的1000MW超超临界参数火力发电机组投入运行。之后不久，上海外高桥电厂三期5号也以同样温度参数的1000MW火力发电机组投入商业运行。除1000MW超超临界参数机组外，还发展了具有同样蒸汽温度参数的600MW超超临界参数火力发电机组。
    这使得中国的火力发电技术进入了与世界同步的世界先进行列。据不完全统计，目前，中国已运行和在建的600MW及1000MW超超临界参数火电机组已达50台以上，并已成为超超临界参数火电机组最多的国家。
    表1为历年来中国各种参数火力发电机组的发展系列及其参数、容量、煤耗及效率的比较。
   
                                表1 中国各种参数火力发电机组的煤耗及效率
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    蒸汽参数类别                锅炉出口蒸汽参数
                  主汽温（℃） 主汽压(MPa) 再热汽温(℃)   设计煤耗(g/(kWh)  电厂效率(%)  机组容量(MW)   
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    低压            400           2.55         /                                          0.75,1.5,3
    中压            450           3.92         /            579-480             25.9         5,12,25
    次高压          485           5.29         /                                               12,25
    高压            540            9.9         /            542-409             33.2          50,100
    超高压          540          13.83        540           333-327             37.2    125(135),200
    亚临界          540          18.27        540               310             39.7         300,600
    超临界          543           26.7        570             ～295            >41.7             600
                    571           26.7        570             ～290            >41.7         600,900
    超超临界        605             27        603               269             ～45        600,1000
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    表1中的现存的低效率、高煤耗的小机组将被逐步关停，代之以高效的超临界和超超临界火力发电机组。
    2. 大力快速发展核能发电机组，即建设核能发电厂
    核能发电厂一般分两部分：核岛部分及常规岛部分。前者以核反应堆为主，反应堆中冷却剂将核反应产生的热量以其封闭的一次回路带入蒸发器，加热蒸发器中二回路的水从而产生蒸汽由管道导出进入常规岛的汽轮机和汽轮发电机发出电能。按反应堆的种类可分为压水堆、重水堆、沸水堆、石墨水冷堆、石墨气冷堆、高温气冷堆及快中子增殖堆等多种核能发电厂。从环保角度看，核能发电厂不产生废气、废水和废渣的排放，但核岛内有放射性，并且核废料的处理是一个困难的问题。
    以中国目前使用的压水堆核电站为例，压水堆核电厂分核岛，即通常也称的一回路，一回路包括反应堆、管道和蒸发噐等，常规岛即二回路则包括主要汽水管道及汽轮机等。相比于火力发电厂，压水堆核电机组的二回路蒸汽参数很低，为6.6MPa/282℃等级。
    压水堆核电站核岛所用管子包括反应堆中包复核燃料的特殊合金无缝管，将加热介质引向蒸发器的大口径不锈钢管或复合不锈钢管制成的热介质输送管道，蒸发器中传热管为镍合金无缝管；常规岛所用钢管则主要为将二回路水引入蒸发器的大口径低合金或碳钢无缝钢管(给水管)以及将进行热交换后的微过热蒸汽引入汽轮机带动汽轮机发电的大口径低合金或碳钢无缝钢管(主蒸汽管道)。
    目前，中国的压水堆核电机组除原有的从法国引进的900MW压水堆核电机组以及自主研制的核电机组外，2007年还从美国引进1000MW级的AP1000第三代压水堆核电技术，并已有4台在建。
    3.大幅度提高风力发电等清洁可持续发展能源
    风力发电的成本正在进一步降低，初步估计，中国的可开发风能包括近海风田和陆上风田可达约10亿kW，风力发电和核能发电正在成为火力发电(煤电)的替代能源。
    4.大力开发水力发电
    表2表示到2008年年底，中国电力总装机容量及几种主要发电方式所占的比例及2008年新增电力装机容量及比例。
   
         表2   2008年全国电力装机容量比例及2008年新增电力装机容量比例表
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    名称          装机容量(MW)    占比重(%)    2008新增容量(MW)  同比增长(%)
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    发电装机容量    792530          100            90510           -8.87
    火力发电        601320        75.87            65750          -10.90
    水力发电        171520        21.64            20100          +20.04
    风力发电          8940         1.12             4660           35.07
    核能发电          9100         1.15    批准建设15120             /
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    表2表明，2008年火力发电新增装机容量的第一次下降，水力发电、核能发电及风力发电比例的明显增加。形成了开始电源结构优化的局面：火力发电比例降低，增速减慢；水力发电比重增加；核能发电发展速度明显加快；风力发电得到大幅度增长。
    在上述四大发电方式上，与锅炉钢管，而且主要是无缝锅炉钢管生产有关的是火力发电和核能发电方式，它们涉及当前中国总装机容量的约78% 其中，火力发电大量使用锅炉钢管，包括电站锅炉使用的各种钢号的小直径锅炉管(外径小于137.9mm)及大直径厚壁的汽水管道用管及锅炉用联箱管等；而目前普遍使用的压水堆核能发电厂常规岛主要使用低碳钢和低合金钢大直径厚壁钢管用于汽水管道。显然，火力发电及核能发电方式的发展会直接影响锅炉用钢管市场的发展。
    发电行业用钢管采购机制
    发电行业用锅炉管分为两大类：新建机组所用锅炉管，包括用于联箱、炉外汽水管道等大口径厚壁钢管及炉内受热面所用小口径锅炉钢管，以及在役火力发电机组炉内受热面维修用小口径无缝钢管等。以下介绍的是电力工业用钢管采购特点。
    发电行业电厂业主为锅炉钢管材料最终用户。其所用无缝钢管的采购机制为：
    1．对新建发电机组
    ①火电厂锅炉、汽轮机及其辅机所用钢管。火电厂业主向锅炉、汽轮机、汽轮发电机等主机厂及磨煤机、凝汽噐、加热器等辅机厂购买主机及辅机，所有这些主辅机所用钢管则由制造厂采购并制成设备供给。
    ②锅炉到汽轮机的所有汽水管道即主蒸汽管道、再热蒸汽管道及高压给水管道等四大管道及旁路管道等大口径厚壁钢管则由火电厂业主按电力设计院设计的规格及用量自行招标采购，后由安装公司通过工厂化配管后再安装于电厂。
    ③核电厂的情况与火电厂相似。其二回路的主蒸汽管道及主给水管道也由业主按核电站及锅炉钢管要求进行采购、配管及安装。
    2．对已在运行的火力发电机组
    业主需采购大量的各种规格的小口径钢管用于锅炉内部受热面管子以及辅机所用管子的维修，考虑到中国有大量的已在运行的火力发电机组，这部分用于维修的小口径钢管的总量会是很大的。
    发电厂所用无缝钢管市场预测
    1．对主要用于新装机组的大口径厚壁无缝钢管
    ①火力发电机组。按照国家对2020年的电力发展规划(总装机容量15亿kW，其中水电3.3亿kW)，从2009到2020年的12年中，需再上火电约3.4亿kW。平均每年新建火电机组3000万kW，这一速度显然要比近几年的低很多。考虑到每年会因为经济及技术原因有一定比例的老发电机组退役并被新装机组所代替，可考虑每年新装火力发电机组的容量为40GW，即4000万kW是合理的。
    ②核能发电机组。国家要求核能发电方式必需快速发展，中国国家发展改革委员会已将2020年中国运行核电装机容量调整为“70000MW，在建30000MW”。
    因此，与锅炉管有关的发电方式的每年平均新增容量为：
    火力发电机组的平均每年新增装机容量约为40000MW(4000万kW)，相当于每年新增40台1000MW的超超临界发电机组。
    核能发电机组(1000MW)每年新增约5000MW(500万kW)，相当于每年增加1000MW机组5台。
    2. 从新装容量换算成每年的大口径钢管的市场规模预测量。
    表3为中国一些1000MW超超临界参数机组四大管道所用材料、尺寸及用量例子，用以估算今后每年的用于发电行业的大口径无缝钢管的市场预测量作参考。
   
              表3 中国一些1000MW超超临界参数机组四大管道所用材料、尺寸及用量例子
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    管道名称               材料              管类别           尺寸(mm)          每台重量(t)
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    主蒸汽管道        ASTM A335 P92          内径管      ID(349-368)×(89-92)      约400
                                                         ID(248-305)×(65-80)   
    再热蒸汽管道热段  ASTM A335 P92          内径管      ID(667-762)×(37-43)      约350
                                                         ID(470-559)×(28-35)
    再热蒸汽管道冷段  A691 1-1/4CrCL22,      外径管      OD(1067-1219)×(39-40)    约140  
                      A691 2-1/4CrCL22       直缝焊管    OD(762-863)×(28-30)         
                      或A672B70CL32                      OD762×(41-44)                             
    高压给水管道      15NiCuMoNb5-6-4        外径管      OD(610-660)×(60-70)      约230
                      (EN10216-2)                        OD457×(52-60)        
                                                         OD457×50                     
    总重量(t/台)                                                               约980+140
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    注：内径管为(最小内径×最小壁厚)；外径管为(公称外径×公称壁厚)
   
    若考虑到锅炉联箱及联络管及汽轮机用导汽管等大口径无缝锅炉钢管等用量以1倍计，估计其用于锅炉联箱、锅炉和汽机导汽管、主汽管等四大管道(包括冷段再热管道所用直缝焊管)等的大口径厚壁管约2000t/台。
    每年40GW(4000万kW)火力发电机组，若全都为1000MW超超临界参数机组，则为40台。每年用于新增火电机组的大口径厚壁钢管约为80000t/a。这一数量仅为石油、石化用钢管年产量的一个零头。
    1000MW压水堆核电机组二回路(常规岛)给水管及蒸汽管道等大口径无缝钢管的用量约为每台1000t。与1000MW超超临界参数机组四大管道所用无缝钢管量接近。因此，每年新增核电机组大口径厚壁钢管的需求量约为5000t/a。
    3. 小口径的锅炉受热面管
    小口径的火力发电锅炉炉内受热面管子是指：外径小于137.9mm的管子，不但用于新装机组，而且有大量的各种规格的小口径钢管用于锅炉内部受热面管及辅机用管的维修。
    发电机组用钢管的国产化需要解决的问题
    发电机组所用大口径钢管的绝大部分需依赖进口解决，中国国内目前尚无大规模生产能力，虽然这几年有多家工厂已装有生产大口径钢管的锻压或轧机设备。究其原因，是可能与这些大口径钢管批量生产的生产量及所需的高技术要求有关，具体为：
    ①发电行业用无缝钢管生产规格多，批量小。除不同容量不同参数机组所用管道具有不同的尺寸外，往往同样参数同容量的发电机组同一用途的大口径钢管，不同的项目会有尺寸(管径和厚度等)上的差别，也由于一般是两台机组作为一个项目，因此同钢号同尺寸的钢管批量很小。
    ②对大口径钢管的技术要求很高。一些钢管口径很大，壁厚也很大，不但制造困难，热处理也很困难。
    ③超超临界参数火电机组的主蒸汽管道和再热蒸汽管道热段用钢为新钢号，马氏体耐热钢ASTM A335 P92，冶炼及铸锭有一定难度。
    ④对于锅炉内及辅机用小口径钢管，就管子尺寸看，中国对这部分管子的生产能力很強。国产化的主要困难在于开发出适用于超超临界参数机组所需的新型钢种，其中尤其是新型高温钢种，如Super304H, TP347HFG和HR3C等。