超臨界鍋爐受熱面氧化皮脫落分析

超臨界鍋爐受熱面氧化皮脫落防治嚴(yán)亞軍馬成海華潤電力登封有限公司摘要：

鍋爐長時(shí)間運(yùn)行氧化膜生長形成一定厚度的氧化皮，因氧化皮和鋼管基材存在較大的膨脹系數(shù)差，在機(jī)組啟動(dòng)或停爐冷卻過程中氧化皮受應(yīng)力作用脫落堵塞受熱面管。氧化皮脫落所造成的超溫爆管已經(jīng)成為影響超臨界鍋爐運(yùn)行可靠性的重要因素。設(shè)備概況：

我公司#3、4爐采用哈爾濱鍋爐廠制造的型號(hào)為HG-1970/25.4-PM18超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐，爐頂采用大罩殼密封結(jié)構(gòu)，前后墻對(duì)沖燃燒方式，前后墻燃燒器各4層。最大連續(xù)蒸發(fā)量1970t/h，額定蒸發(fā)量1912.6t/h,主、再熱蒸汽溫度571/569℃。屏式過熱器及末過采用TP347H奧氏體鋼和T91鐵素體鋼（錯(cuò)開布置）。設(shè)備概況：#3機(jī)組于2011年10月18日16：00首次并網(wǎng)，2012年9月18日5：40因氧化皮脫落造成屏過9-6、13-7超溫爆管，另有4根屏過管管壁減薄后爆開，吹損減薄31根屏過管。累計(jì)運(yùn)行7600小時(shí)。設(shè)備概況：13-7爆口9-6爆口設(shè)備概況：吹爆口設(shè)備概況：吹損減薄管氧化皮產(chǎn)生的機(jī)理：金屬在高溫水蒸汽中會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的氧化。在溫度大于450℃下，金屬鐵與水蒸汽反應(yīng)，生成鐵氧化物。并在此過程中產(chǎn)生氫氣。

3Fe＋4H2O＝Fe3O4＋4H2↑反應(yīng)過程中的氧來源于水蒸汽自身，而不是溶氧。因此鐵的高溫水蒸汽氧化是自然過程，不可避免。氧化皮產(chǎn)生的機(jī)理：1）低于570℃管內(nèi)部的氧化膜結(jié)構(gòu)氧化膜是由Fe2O3

和Fe3O4組成，都比較致密氧化皮產(chǎn)生的機(jī)理：2）高于570℃管內(nèi)部的氧化膜結(jié)構(gòu)氧化膜由Fe2O3、Fe3O4、FeO三層組成。FeO是不致密的，金屬的抗氧化能力大大降低！氧化皮脫落的原因：氧化層剝離有二個(gè)主要條件：（1）垢層達(dá)到一定厚度（臨界值），一般而言奧氏體不銹鋼0.10mm，鉻鉬鋼0.2～0.5mm，運(yùn)行2～5萬小時(shí)可達(dá)到；（2）母材基體與氧化膜或氧化膜層間應(yīng)力是否達(dá)到臨界值（與管材、氧化膜特性、溫度變化幅度、速度、頻度等有關(guān)）。氧化皮脫落的原因：

由于奧氏體不銹鋼與氧化皮熱膨脹系數(shù)不同，氧化鐵的膨脹系數(shù)一般在9.1×10-6/℃，奧氏體不銹鋼的膨脹系數(shù)一般在16～20×10-6/℃，兩者熱膨脹系數(shù)差異較大。在鍋爐運(yùn)行或啟、停機(jī)時(shí)受熱面管子的溫度變化，尤其是劇烈的溫度變化時(shí)，氧化皮之間以及基材因受熱應(yīng)力而脫落。氧化皮聚集的部位：氧化皮的形狀：氧化皮的形狀：氧化皮堆積對(duì)鍋爐的危害：減少管子的通流面積，造成受熱面管壁溫上升，縮短管材使用壽命。嚴(yán)重時(shí)，堵塞管路，短期內(nèi)造成受熱面超溫爆管。防止氧化皮脫落的措施：鍋爐上水溫度20～70℃且大于水冷壁壁溫20～30℃，在鍋爐冷態(tài)沖洗過程中緩慢提升除氧器水溫，以不大于20℃/小時(shí)速度加熱到110℃以上，投入鄰機(jī)加熱，給水溫度加熱至200℃以上。啟動(dòng)過程中升溫、升壓速度嚴(yán)格控制，飽和溫度100℃以下時(shí)溫升率≤0.5℃/min，之后溫升率≤0.7℃/min。防止氧化皮脫落的措施：啟第二臺(tái)制粉系統(tǒng)前盡量不投減溫水，若需投減溫水，應(yīng)手動(dòng)操作，每次開度≤3%，兩次間隔＞5分鐘。禁止投自動(dòng)，切忌大開大關(guān)減溫水。啟動(dòng)過程中熱態(tài)沖洗結(jié)束后逐漸關(guān)小小溢流調(diào)門至全關(guān)，增加蒸汽量。啟動(dòng)過程中盡量降低火焰中心位置，適當(dāng)開大燃燼風(fēng)。防止氧化皮脫落的措施：并網(wǎng)后加負(fù)荷速度緩慢均勻，每個(gè)負(fù)荷段穩(wěn)定一定時(shí)間后繼續(xù)升負(fù)荷。正常運(yùn)行主蒸汽溫度551℃-571℃，再熱汽溫550℃-569℃。運(yùn)行中盡量少用減溫水，減溫水量控制應(yīng)平穩(wěn)，防止大幅增減。防止氧化皮脫落