超临界锅炉高温管屏蒸汽氧化探析

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1、电力安全技术第l7卷(2015年第2期)超临界锅炉高温管屏蒸汽氧化探析高清林，陈敦炳，黄庆专，张仁金(1．福建电力职业技术学院，福建泉州362000；2．福建华电可门发电有限公司，福建福州350512)[摘要]分析了600MW超，I每界锅炉高温管屏蒸汽氧化及其氧化皮剥落的机理和影响因素，总结了氧化皮的产生、剥落和堆堵对锅炉安全运行的危害，并从管材的选择及其热处理和锅炉设备的设计、运行等各环节提出了相应的防控措施。[关键词]超临界；锅炉；高温管屏；蒸汽氧化；爆管0引言超临界锅炉的汽温基本约为566℃，设计选用管材的温度裕度较小，氧化皮的产生和剥落速度较快，随着火电机组不断向高参

2、数、大容量方向发展，且由于超临界锅炉的压力很高，其炉管一般采用小近年来全国各地相继投入了大量的600MW超I临口径管，剥落的氧化皮很容易在炉管中堆积堵塞，界机组。蒸汽温度和压力的提高，使得锅炉高温管进而引发锅炉超温爆管。因此，超临界锅炉因氧化材的蒸汽氧化问题日益突出，并严重威胁着电厂和皮堵塞而引起炉管过热爆管的问题要比亚临界和超电网的安全、稳定运行。超临界锅炉都严重。实际上，工作在高温高压蒸汽下的金属材料都炉管因蒸汽氧化而爆管涉及如下3方面：会产生氧化，亚临界、超临界和超超临界锅炉的高(1)氧化皮的形成；温管屏均潜在蒸汽氧化问题。由于亚临界锅炉的主、(2)氧化皮的脱落；再热蒸

3、汽温度较低(一般约540℃)，氧化皮的形(3)脱落的氧化皮堆积后引起汽流阻塞，最终成过程和发生剥落的时间较长，且亚临界锅炉各炉导致炉管过热爆管。管的管径较大，管子不易被剥落的氧化皮堵塞，引起锅炉爆管的可能性较低。超超临界锅炉的主、再1氧化皮的生成脱落和堆堵热蒸汽温度虽高达600℃，但因其蒸汽氧化问题受到足够的关注和重视，在管材选择和锅炉的设计、运行中的炉管内壁在高温蒸汽的作用下会不断运行及管理等方面都给予充分考虑。目前已投产的氧化并形成连续的氧化皮，这种氧化皮附着在管壁●●00000000000000000000000000OOOOOOOOOIt,0000000OOOOO00

4、0It,It,It,OQegOOO0●●●●●●■0OQggQg■■●●●■■■■■霹且在不同的条件下，起作用的因素也不同，这就决3河南省电力工业局．火电厂电气设备运行【M】．北京：定了进相深度的限制判据应是由多种因素组成的综中国电力出版社，1995．合判据，因此，运行人员应该熟练掌握进相运行的4范锡普．发电厂电气部分【M]．山东：山东工业大学出相关理论及其注意事项，以提高发电机进相运行的版社，1987．安全性参考文献：收稿日期：2014—09—30。1涂光瑜．汽轮发电机及电气设备【M]．北京：中国电力作者简介：出版社，1998．朱建立(1973一)，男，工程师，长期从事电气

5、运行管理工作2陈道舜．电机学[M】．北京：中国水利水电出版社，2001．email：huaneng3d@163．corn。一一第17卷(2015年第2期)电力安全技术上并在运行中不断增厚。当氧化皮达到了一定厚度应力密切相关。后，在外界扰动作用下将发生脱落，脱落后的氧化锅炉运行中，积聚在管内氧化皮上的应力主要皮可能在管中形成堆积堵塞。包括以下几个方面：1．1氧化皮的生成(1)合金氧化生成氧化皮时因体积增加而产生相关研究表明，处于高温高压水蒸汽中的金属，的膨胀应力；其氧化并非缘于水汽中溶解的氧，而是因为水汽本(2)在锅炉启、停及负荷或烟温波动较大时，身氧原子的就位氧化。因炉管壁沿

6、径向存在着温度梯度以及氧化皮与基体金属的氧化过程是通过离子的扩散来进行金属之间热膨胀系数的差异而产生的热应力；的。当含Cr合金钢炉管长时间通流高温高压的水(3)因炉管内汽水2相流动产生的振动、炉管蒸汽时，在氧化的初始阶段，活性较高的Cr抖很外烟气走廊形成的共振以及管壁温度频繁、快速、快扩散到管子内表面，并与水汽中的O卜反应生大幅度变化等附加载荷产生的外载应力。成CrO氧化膜。这层薄而致密的氧化膜阻止了在温度变化过程中，当不断累计的膨胀应力、管子内壁的进一步氧化，但随着运行时间的推移，热应力以及外载应力的总和超过氧化皮的抗拉(或Cr20氧化膜以下的基体金属相应地发生了Cr的抗压

7、)强度及其与金属基体的结合强度时，就会引贫化，与此同时，在超温或温度、压力波动剧烈起氧化皮破裂并从金属基体上剥离。等情况的影响下，表层CrO。氧化膜出现细微的裂数值模拟结果表明，在停炉降温过程中，氧化纹，基体中的Fe和Fe¨便向CrO氧化膜外扩散，皮受压应力的作用很容易与基体剥离，导致厚皮脱并与水汽中的O反应生成氧化皮。落，薄皮起翘；而在启炉升温过程中，高脆性的氧当管壁温度在570℃以下时，生成的氧化皮由化皮受拉应力的作用极易开裂。内层的Fe3O4和外层的Fe2O3组成，Fe3O4和Fe2O31．3氧化