超临界直流锅炉氧化皮脱落原因及预防策略探讨

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1、超临界直流锅炉氧化皮脱落原因及预防策略探讨　　摘要：由于超临界直流锅炉在运行时经常会因高温受热而导致氧化皮的脱落，进而对锅炉设备的运行效率和设备质量产生严重影响。基于此，本文以超临界直流锅炉作为主要研究对象，通过对其概念与特点进行阐述和分析，在结合其氧化皮形成机理与脱落原因的基础上，对预防超临界直流锅炉氧化皮脱落的相关策略展开了研究。　　关键词：超临界直流锅炉；氧化皮脱落；预防策略；氧化反应；高温受热面文献标识码：A　　中图分类号：TK229文章编号：1009-2374（2016）32-0058-02DOI：1

2、0.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.028　　超临界直流锅炉内的高温受热面发生氧化作用而形成氧化层、氧化层脱落是十分普遍的现象，然而如果在超临界直流锅炉的使用过程中没有给予其足够的重视度，采取相应的有效处理措施，会导致超临界直流锅炉在长期的使用中，氧化层脱落越来越多，发生堵塞炉管，甚至爆管的现象，不仅会对超临界直流锅炉正常运行带来影响，还有可能造成人员伤亡等严重的问题，因此围绕超临界直流锅炉氧化皮脱落原因及预防策略为中心展开细致的分析探讨是有着重要意义的，以下是具体内容。　　1超临

3、界直流锅炉的定义　　锅炉内工质压力处在临界点之上时的锅炉即超临界直流锅炉。一般情况下锅炉内工质都为水，22.115MPa、374.15℃7是水的临界压力和临界温度，处在这个状态下的水和蒸汽其转化为汽化的潜热为零，锅炉内工质压力在22.115MPa之下即亚临界锅炉，锅炉内工质压力在26MPa上即超临界直流锅炉。　　2超临界直流锅炉氧化层的形成机理　　超临界直流锅炉运行时炉内的温度达到550℃～570℃，而这一温度正好处在水蒸气氧化能力极强的区间之内，在处于这个温度时水蒸气对于金属物质的受热面氧化能力比空气的氧化能

4、力要强十几倍，因此很容易在超临界直流锅炉的内壁上发生氧化作用，从而形成氧化层。　　在超临界直流锅炉内，高温水蒸气和内壁金属物质在550℃～570℃下会发生强烈的氧化作用，其内壁金属物质生成氧化物的主要化学反应过程为：首先发生3Fe3+4H2O=Fe3O4+4H2反应，同时在超临界直流锅炉内高温水蒸汽和金属铁之间，还可能存在Fe+2H2O=FeO2+2H2、O2+2H2=2H2O、Fe（Fe2+）+O2（O2-）=FeO三种化学反应的平衡，致使超临界直流锅炉内壁的金属铁不断被氧化为氧化铁变成氧化层。　　在超临界直

5、流锅炉的内高温再热器和高温过热器管内有高温蒸汽通过时，金属Fe就会和高温水蒸汽发生化学反应，一开始形成Fe3O4，Fe3O4会形成一层氧化膜，同时这层氧化膜还是富有韧性和致密的，在这层膜形成之后，锅炉内壁的铁被氧化的速度就减慢。随着氧化反应时间的不断加长，这层氧化就会变成由多层的Fe3O4、Fe2O3和FeO组成，而当水蒸汽温度在565℃之下时氧化膜多为Fe3O4和Fe2O3；当水蒸气温度在565℃以上时氧化膜多为FeO。　　3超临界直流锅炉氧化皮的脱落原因7　　随着超临界直流锅炉内壁氧化膜的厚度不断增加，氧化

6、膜会因为其膨胀系数的变化而发生脱落现象。随着锅炉的内部高温环境运行的继续，锅炉内壁的氧化作用会不断发生，再加上温度和水分的影响，会导致锅炉内壁的金属氧化层大面积的脱落，还可能会导致炉管的堵塞，造成爆管的发生。细致分析超临界直流锅炉氧化层脱落，可以得出以下原因：　　3.1炉管材质的性能差异　　目前大多数的超临界直流锅炉的炉管都以合金为主，合金中Cr的含量多少决定了炉管材料的不同，进而决定其抗氧化性和耐热性的性能不同，在使用超临界直流锅炉时通常需要根据实际使用的环境，选用最合适的Cr含量的炉管，来避免炉管的氧化过快

7、。然而如果炉管的使用环境和Cr含量之间并没有合理的匹配，就会导致在锅炉运行的过程中发生氧化速度极快的现象，进而氧化层的生产加速，导致行程的氧化层的快速脱落。　　3.2管壁温度过高　　很多超临界直流锅炉的内壁已经有了很厚氧化层，但仍然在继续使用，这会导致氧化层很厚处的炉壁实际厚度增加，进而导致炉管的局部温度升高，又促使氧化反应加速，氧化层厚度继续增加，这样的恶性循环会致使氧化层厚度达到一定程度之后发生大面积的脱落。　　3.3机组启停的热应力7　　在超临界直流锅炉的正常启动和停止中都需要大量的热负荷，来实现水循环流

8、量达到锅炉启停所需的流量，而在启停时高热负荷作用的影响下，超锅炉管会出现短时间的干烧状态，而干烧状态下的氧化层就极易脱落。一般情况下在锅炉的启停时都会采取相应的降温措施，保持锅炉管的温度稳定，然而这个措施又会产生大量的热应力，热应力又会加速氧化反应，进而加速氧化层的脱落。根据目前的技术研究，锅炉的氧化层脱落，很大一部分是由热应力作用形成的。另外，若锅炉停止运行，锅炉内的温度迅速降低，会