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亞軍馬成海華潤電力登封有限公司摘要：

鍋爐長時間運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，在機組啟動或停爐冷卻過程中氧化皮受應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行可靠性的重要因素。設備概況：

我公司#3、4爐采用哈爾濱鍋爐廠制造的型號為HG-1970/25.4-PM18超臨界參數(shù)變壓運行直流爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風、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（錯開布置）。設備概況：#3機組于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。累計運行7600小時。設備概況：13-7爆口9-6爆口設備概況：吹爆口設備概況：吹損減薄管氧化皮產(chǎn)生的機理：金屬在高溫水蒸汽中會發(fā)生嚴重的氧化。在溫度大于450℃下，金屬鐵與水蒸汽反應，生成鐵氧化物。并在此過程中產(chǎn)生氫氣。

3Fe＋4H2O＝Fe3O4＋4H2↑反應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：氧化層剝離有二個主要條件：（1）垢層達到一定厚度（臨界值），一般而言奧氏體不銹鋼0.10mm，鉻鉬鋼0.2～0.5mm，運行2～5萬小時可達到；（2）母材基體與氧化膜或氧化膜層間應力是否達到臨界值（與管材、氧化膜特性、溫度變化幅度、速度、頻度等有關）。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。在鍋爐運行或啟、停機時受熱面管子的溫度變化，尤其是劇烈的溫度變化時，氧化皮之間以及基材因受熱應力而脫落。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。嚴重時，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℃/小時速度加熱到110℃以上，投入鄰機加熱，給水溫度加熱至200℃以上。啟動過程中升溫、升壓速度嚴格控制，飽和溫度100℃以下時溫升率≤0.5℃/min，之后溫升率≤0.7℃/min。防止氧化皮脫落的措施：啟第二臺制粉系統(tǒng)前盡量不投減溫水，若需投減溫水，應手動操作，每次開度≤3%，兩次間隔＞5分鐘。禁止投自動，切忌大開大關減溫水。啟動過程中熱態(tài)沖洗結(jié)束后逐漸關小小溢流調(diào)門至全關，增加蒸汽量。啟動過程中盡量降低火焰中心位置，適當開大燃燼風。防止氧化皮脫落的措施：并網(wǎng)后加負荷速度緩慢均勻，每個負荷段穩(wěn)定一定時間后繼續(xù)升負荷。正常運行主蒸汽溫度551℃-571℃，再熱汽溫550℃-569℃。運行中盡量少用減溫水，減溫水量控制應平穩(wěn)，防止大幅增減。防止氧化皮脫落