论文部分内容阅读
【摘要】随着电力技术的不断进步，电力系统中发电机的容量越来越大，参数也越来越高，其中超临界直流锅炉就是一种常见的机型。在超临界锅炉的运行过程中，常常由于高温受热而使氧化皮脱落，严重影响了设备的质量和运行效率。如果没有对其进行及时的处理，就会出现锅炉传热恶化现象，极大的降低了汽轮机的运行效率。为此本文主要对超临界直流锅炉氧化皮脱落的原因进行具体分析，并提出了针对性的预防措施，希望给相关工作人员提供参考和帮助。
【关键词】超临界直流锅炉；氧化皮脱落；原因和预防措施
超临界直流锅炉内部受热面在高温作用下形成氧化层，氧化层脱落现象比较常见，这就要求在使用锅炉的过程中加强对这项问题的重视，并采取有效的预防措施，以避免由于氧化层脱落而产生的堵塞和爆管现象，进而保障锅炉的正常运行。
1、超临界直流锅炉以及氧化层形成机理
1.1超临界直流锅炉概述
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℃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[1]。
1.2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。
2、超临界直流锅炉氧化皮的脱落原因分析
2.1炉管材质的性能存在差异
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。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。
2.2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。
2.3机组启停的热应力
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，来实现水循环流量达到锅炉启停所需的流量，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，氧化层就极易脱落。另外，若锅炉停止运行，锅炉内的温度迅速降低，会使得锅炉内的负荷量瞬间降低，这会和锅炉机组在运行时的热负荷量产生巨大的落差，也可形成热应力，进而致使超临界直流锅炉管的氧化反应加速和脱落加速。
3、超临界直流锅炉氧化皮脱落的预防措施
3.1科学选择锅炉材质
超临界直流锅炉发生氧化反应和氧化层脱落与超临界直流锅炉的自身材料有着极其重要的联系，因此在对超临界直流锅炉的材料选择和设计时，必须做到科学合理，目前高晶粒度等级的钢材是较好的锅炉材料选择。现阶段，国内的锅炉制造材料多采用国内生产的钢材，然而目前国内生产的钢材在其晶粒度上和国外先进钢材的晶粒度还存在着一定的差距，所以在锅炉钢材选择要尽量选择晶粒度等级高的钢材[2]。另外，除了晶粒度等级之外，锅炉制作材料的抗高温性和抗氧性也是非常重要的影响因素。因此超临界直流锅炉制造企业在对锅炉钢材的选择时，要积极引进国外的先进技术，提升我国钢料的晶粒度等级和抗高温性、抗氧化性。
3.3改善安装工艺，控制焊接条件
要保障超临界直流锅炉氧化层形成以及氧化层脱落问题的有效控制，在超临界直流锅炉的安装过程中就需要实现严格规范。首先，对于安装工人的专业技能、安装技术要有明确的要求，尤其是过热器、再热器等容易出现偏差的地方更要安装得特别精准；其次，在安装之前要再次确定锅炉炉体质量的过关，确定炉管内没有异物，确定安装环境的适合，在安装完成之后为了保障稳定性还需要对疏水管、炉管等重点设备进行检查；最后，在超临界直流锅炉焊接时要保障焊接质量，避免不同类型的钢材进行焊接。
4.3加强超临界直流锅炉的管理
加强运行环节超临界直流锅炉的管理也是有效减少锅炉氧化层形成和脱落的有效途径之一。首先，加强锅炉的日常管理，及时发现氧化层的形成和脱落现象，究其原因并解决，可有效地降低可能出现的问题；其次，加强对超临界直流锅炉的汽水质量检查监督；最后，可以对现有的超临界直流锅炉的运行模式进行优化。定期对锅炉采取吹灰工作，保持锅炉的清洁，避免局部过热而产生氧化层形成和脱落问题。同时对超临界直流锅炉机组的使用投入量要尽可能的达到100%，提高超临界直流锅炉的运行经济效益。
结语：
总之，超临界直流锅炉运行过程中氧化層脱落的形成原因有很多，我们要对这些问题进行分析，科学选择锅炉材质，改善安装工艺，控制焊接条件，加强管理等，以有效控制超临界直流锅炉氧化层的形成和脱离，进而保障锅炉的安全、稳定运行。
【参考文献】
[1]高欢，李峰. 超临界直流锅炉氧化皮脱落原因及预防措施分析[J]. 科技创新与应用，2015，（27）：116.
[2]陈媛，王旭. 超（超）临界锅炉氧化皮脱落原因分析及防治措施[J]. 华电技术，2013，（01）：1-3+6+78.
（作者单位：贵州航天乌江机电设备有限责任公司）
【关键词】超临界直流锅炉；氧化皮脱落；原因和预防措施
超临界直流锅炉内部受热面在高温作用下形成氧化层，氧化层脱落现象比较常见，这就要求在使用锅炉的过程中加强对这项问题的重视，并采取有效的预防措施，以避免由于氧化层脱落而产生的堵塞和爆管现象，进而保障锅炉的正常运行。
1、超临界直流锅炉以及氧化层形成机理
1.1超临界直流锅炉概述
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℃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[1]。
1.2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。
2、超临界直流锅炉氧化皮的脱落原因分析
2.1炉管材质的性能存在差异
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。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。
2.2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。
2.3机组启停的热应力
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，来实现水循环流量达到锅炉启停所需的流量，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，氧化层就极易脱落。另外，若锅炉停止运行，锅炉内的温度迅速降低，会使得锅炉内的负荷量瞬间降低，这会和锅炉机组在运行时的热负荷量产生巨大的落差，也可形成热应力，进而致使超临界直流锅炉管的氧化反应加速和脱落加速。
3、超临界直流锅炉氧化皮脱落的预防措施
3.1科学选择锅炉材质
超临界直流锅炉发生氧化反应和氧化层脱落与超临界直流锅炉的自身材料有着极其重要的联系，因此在对超临界直流锅炉的材料选择和设计时，必须做到科学合理，目前高晶粒度等级的钢材是较好的锅炉材料选择。现阶段，国内的锅炉制造材料多采用国内生产的钢材，然而目前国内生产的钢材在其晶粒度上和国外先进钢材的晶粒度还存在着一定的差距，所以在锅炉钢材选择要尽量选择晶粒度等级高的钢材[2]。另外，除了晶粒度等级之外，锅炉制作材料的抗高温性和抗氧性也是非常重要的影响因素。因此超临界直流锅炉制造企业在对锅炉钢材的选择时，要积极引进国外的先进技术，提升我国钢料的晶粒度等级和抗高温性、抗氧化性。
3.3改善安装工艺，控制焊接条件
要保障超临界直流锅炉氧化层形成以及氧化层脱落问题的有效控制，在超临界直流锅炉的安装过程中就需要实现严格规范。首先，对于安装工人的专业技能、安装技术要有明确的要求，尤其是过热器、再热器等容易出现偏差的地方更要安装得特别精准；其次，在安装之前要再次确定锅炉炉体质量的过关，确定炉管内没有异物，确定安装环境的适合，在安装完成之后为了保障稳定性还需要对疏水管、炉管等重点设备进行检查；最后，在超临界直流锅炉焊接时要保障焊接质量，避免不同类型的钢材进行焊接。
4.3加强超临界直流锅炉的管理
加强运行环节超临界直流锅炉的管理也是有效减少锅炉氧化层形成和脱落的有效途径之一。首先，加强锅炉的日常管理，及时发现氧化层的形成和脱落现象，究其原因并解决，可有效地降低可能出现的问题；其次，加强对超临界直流锅炉的汽水质量检查监督；最后，可以对现有的超临界直流锅炉的运行模式进行优化。定期对锅炉采取吹灰工作，保持锅炉的清洁，避免局部过热而产生氧化层形成和脱落问题。同时对超临界直流锅炉机组的使用投入量要尽可能的达到100%，提高超临界直流锅炉的运行经济效益。
结语：
总之，超临界直流锅炉运行过程中氧化層脱落的形成原因有很多，我们要对这些问题进行分析，科学选择锅炉材质，改善安装工艺，控制焊接条件，加强管理等，以有效控制超临界直流锅炉氧化层的形成和脱离，进而保障锅炉的安全、稳定运行。
【参考文献】
[1]高欢，李峰. 超临界直流锅炉氧化皮脱落原因及预防措施分析[J]. 科技创新与应用，2015，（27）：116.
[2]陈媛，王旭. 超（超）临界锅炉氧化皮脱落原因分析及防治措施[J]. 华电技术，2013，（01）：1-3+6+78.
（作者单位：贵州航天乌江机电设备有限责任公司）