超临界锅炉高温受热面蒸汽侧氧化膜剥落特性及其防治技术研究

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1、超临界锅炉高温受热面蒸汽侧氧化膜剥落特性及其防治技术研究谢建文目标考核神华国华（北京）电力研究院有限公司监督实施组织协调锅炉高级主任工程师教授级高级工程师责权到位2013年8月目录一、国内三大锅炉厂超临界锅炉高温受热面用材特点二、蒸汽侧氧化膜剥落现状及主要危害三、蒸汽侧氧化膜的剥落特点四、防治氧化膜剥落危害的主要技术措施五、下一步研究工作六、总结一、高温受热面用材特点——上海锅炉厂分为热段和冷段，每屏12根管，共82屏。管外径均为φ38.1mm，每屏中根据每根管的热负荷情况选取不同的内径和材料，通过

2、调整蒸汽流量的手段控制同屏热偏差。入口集箱三通进汽方式，在三通效应下，各屏整体温度分布呈“双驼峰”型。热段最外圈采用TP347（黄色）、2～6圈采用T91（红色）、7～12圈采用T23（绿色）和T91。一、高温受热面用材特点——对比分析制造厂蒸汽参数材料入口烟温出口烟温平均烟温入口气温平均温位置（℃）（℃）（℃）（℃）（℃）升（℃)国华上锅571/569TP34796382289350863高再后太仓T91T23华能东锅571/569TP3471115990105350368屏过后太仓国华哈锅571

3、/569T911007958100751358屏过后宝电TP347三大锅炉厂均根据高温过热器不同的工作烟温和蒸汽参数选用了不同抗蒸汽氧化等级的金属材料。二、蒸汽侧氧化膜剥落现状及主要危害国内三大锅炉厂制造的超临界锅炉主要使用T23、T91、TP347材料，在一个大修期内，三种不同炉型使用的这三种材料均发生了大量氧化膜脱落堆积导致的高温受热面爆管。EPRI对美国25家电厂的调查发现，其中47.2%的电厂发生过氧化膜剥落导致的危害，主要发生在过热器，再热器极少发生。铁素体钢占57.7%，奥氏体不锈钢占4

4、2.3%，T91占11%，TP347占33%。其中氧化膜剥落导致T91材质输水管线发生侵蚀的电厂达到33.3%。三、蒸汽侧氧化膜的剥落特点——形貌分析T91TP347对于低合金铁素体钢，氧化膜为厚的多层结构，氧化膜厚度大于450μm也可能不会剥落，或者仅外层薄的氧化膜会剥落；对于不锈钢，则为薄的双层氧化膜结构，外层氧化膜在短时间内即会剥落。TP347H和T91管材的氧化膜结构中，在磁铁矿和尖晶石结构中间都存在着空穴。三、蒸汽侧氧化膜的剥落特点——剥落应力蒸汽氧化的速度取决于时间、温度和合金的成分，氧

5、化膜失效的形式包括分层和开裂等，失效的主要原因是由于合金和氧化膜的热膨胀系数差异、蠕胀、生长应力和管子几何形状等因素使氧化膜受到的热应力。三、蒸汽侧氧化膜的剥落特点——温度区间(1)电站锅炉高温受热面管材的氧化膜主要在高温下生成，当氧化膜温度偏离其生成温度时，由于金属基体和氧化膜热膨胀系数的不同，氧化膜就会产生热应力。但锅炉不可避免地存在着负荷变化、启动、和停止过程，此时氧化膜的温度必然会偏离其生成温度，从而导致氧化膜热应力的产生，通常温度的偏离程度越大，产生的热应力也越大。T23三、蒸汽侧氧化膜的

6、剥落特点——温度区间(2)T91在冷却过程中当T23管材氧化膜的温度低于450℃后，氧化膜承受的热应力已达到或接近最大值。T91管材氧化膜的最大热应力值对应于冷却的结束温度，当氧化膜的温度为450℃时热应力值已经达到最大值的70%，250℃时达到最大值的90%。根据热力计算，计算位置的氧化膜温度与该管出口蒸汽温度相当，因此建议机组在主蒸汽温度450℃以上停炉。三、蒸汽侧氧化膜的剥落特点——临界剥落厚度四、主要防治技术措施——技术路线减缓生成→控制剥落→加强检查→及时清理→合理选材减缓生成：开展燃烧优

7、化调整降低高温受热面屏间热偏差，控制金属管壁温度。控制剥落：蒸汽温度450℃以上停炉、避免停炉后18h内强制通风冷却、降低锅炉启动速率可以做到150MW负荷以内不投减温水。加强检查、及时清理：拍片检查管内堆积情况、氧化皮测厚、内窥镜检查管壁脱落情况、割管清理。四、主要防治技术措施——控制热偏差SOFA风由正切该为反切15°，并增大风量；通过燃烧调整使末级过热器出口蒸汽温度偏差降低5～10℃。热偏差系数由高于1.4改善到1.22，基本达到设计值1.20。四、主要防治技术措施——节油启动优化控制提高给水

8、温度，降低初始燃烧率、常规油枪烘炉。四、主要防治技术措施——合理选材•T23管材蒸汽温度低于530℃、管壁温度低于570℃•T91管材蒸汽温度低于570℃、管壁温度低于595℃•管壁温度高于595℃，使用TP347HFG管材，弃用TP347H管材根据EPRI预测结果，出口汽温为570℃时，采用TP347HFG管材，20000h达到堵塞高峰，但堵塞比例不超过20%，之后逐步降低；而TP347H管材，10000h即达到堵塞高峰，堵塞比例几乎为100%，之后堵塞比例逐步降低