600 MW超临界锅炉高温过热器T23和T91金属氧化膜热应力分析

以某600 MW超临界锅炉高温过热器为研究对象,分析了氧化膜厚度、生长温度和热膨胀系数等参数对金属管内蒸汽侧氧化膜热应力的影响.基于有限元方法建立了圆管数值计算模型,计算得到不同厚度和不同生长温度下T23和T91金属蒸汽侧氧化膜从生长温度冷却至常温时的热应力变化,并依据热应力的变化特征确定了这2种金属管材蒸汽侧氧化膜易发生脱落的温度范围.结合锅炉出口蒸汽温度与高温过热器指定位置处氧化膜温度的关系,提出用出口蒸汽温度判别氧化膜是否处于易发生脱落的温度范围的方法,给出了该锅炉停炉时的出口蒸汽温度值.结果表明：2种金属管材在冷却过程中低于一定温度时,其氧化膜的应力达到或接近最大应力值,可以依此判断氧化膜是否处于易发生脱落的危险区域.     

锅炉高温受热面蒸汽侧氧化膜在线监测技术研究

建立了高温受热面炉内壁温在线监测模型、氧化膜生长模型、氧化膜应力在线监测计算模型和氧化膜脱落评估模型等.在此基础上,开发了锅炉高温受热面蒸汽侧氧化膜管理系统,并利用该系统对某600MW超临界锅炉高温受热面炉内管壁温度和蒸汽侧氧化膜厚度及应力状态进行实时计算与分析.结果表明:利用该系统可以减小沿烟道宽度方向的热偏差,有效降低偏差屏的炉内温度,减缓管内氧化膜生成速率;通过对温度变化速率、氧化膜应力状态的实时监测,可以积极预防氧化膜的脱落和堆积.     

蒸汽侧氧化膜对锅炉T91钢管蠕变断裂寿命的影响

建立了电站锅炉T91钢管蠕变断裂寿命计算模型,定量分析了蒸汽侧管壁温度和等效应力对T91受热管蠕变断裂寿命的影响,并对不同热负荷、不同尺寸受热管的计算结果进行了比较.结果表明:蒸汽侧氧化膜导致管壁温度升高是缩短部件蠕变断裂寿命的主要原因,等效应力增大是次要原因;受热管的蠕变断裂寿命随蒸汽侧氧化膜厚度的增加呈抛物线缩短;随管子热负荷的增加,蒸汽侧氧化膜对受热管蠕变断裂寿命的影响程度加剧;蒸汽侧氧化膜对外径较小的厚壁管子蠕变断裂寿命的影响较大.     

一定拉应力条件下SO_2对T91钢高温腐蚀影响的实验研究

选取电站锅炉过热器材料T91钢为研究对象,利用高温管式炉探究在一定拉应力条件下SO_2对锅炉用钢高温腐蚀的影响.设定腐蚀温度分别为700℃和750℃,在试样经过168h的腐蚀实验后,对其进行X射线衍射(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)分析.结果表明:腐蚀层一般分为内外2层,分别为Cr基氧化层和Fe基氧化层;在拉应力条件下,SO_2气相腐蚀不影响腐蚀厚度,但会影响内外腐蚀层的厚度比例及表层的晶粒大小;拉应力会促进Cr的迁移,但不会影响Ni的迁移过程,而且会减少Fe基氧化层中阴离子的缺陷,阻止S的内部迁移;SO_2气相腐蚀影响腐蚀层的脱落方式,会导致腐蚀层易整体脱落.     

蒸汽侧氧化膜对超临界机组T92钢管壁温的影响

通过建立T92钢受热管及其蒸汽侧氧化膜的数值分析模型,定量分析了不同厚度氧化膜对T92钢受热管壁温的影响,并在此基础上得出了不同受热条件下导致T92钢管超温运行的氧化膜的临界厚度值.结果表明:随着氧化膜厚度的增加,管壁平均温度和平均温度升高幅度均呈近似线性增加;且管内壁温度越高、管外热流密度越大,氧化膜的临界厚度值越小.因此,当T92钢应用于高温受热面时,需综合考虑壁面热负荷和管内壁温度对氧化膜临界厚度的影响.     

锅炉过热器蒸汽侧氧化膜瞬态应力的有限元分析

采用有限元方法,计算并分析了过热器管基体及氧化膜内的温度和应力情况,通过稳态分析得到了稳定工况下的温度和应力分布;在此基础上又进行了瞬态分析,分别考虑了蒸汽侧温度和烟气侧温度两种情况下的扰动,得到了扰动后温度和应力的响应曲线.结果发现:蒸汽侧扰动时,氧化膜内温度和应力的变化都很大,更易于造成氧化膜的剥落.     

10CrMo910钢管蒸汽侧氧化膜的形态特征

对某电厂锅炉过热器和再热器受热面10CrMo910钢管蒸汽侧氧化膜进行了金相、扫描电镜、能谱和X衍射等试验分析,研究了蒸汽侧氧化膜的形态特征及其形成规律.结果表明:蒸汽侧10CrMo910钢管氧化膜分为内、外2层,内层为富含孔洞的富Cr层的非均质氧化膜,外层为疏松而细小的Fe3O4和Fe2O3;金属基体与内层氧化膜的界面处存在内氧化,使界面结合紧密;内层与外层氧化层界面不明显,离解后的氧化物颗粒较少,界面黏附强度较高,且内、外层氧化膜均由纳米和微米级颗粒组成,由于热膨胀系数不同导致应力大部分由氧化颗粒间空隙吸收;10CrMo910钢管蒸汽侧氧化膜难以剥落,且增厚的氧化膜容易导致受热面钢管长期处于过热状态.     

服役十万小时过热器T91管道氧化皮特征分析及防治措施

某亚临界锅炉累计运行1.0×10~5 h,A级检修后启动第23天末级过热器发生氧化物堵塞爆管。通过从宏观检查、割管金相试验、光谱分析、堆积物成分、氧化膜形态、当量温度分析等,研究了爆管的成因和特点。结合对T91钢氧化膜脱落机理的国内主流研究成果,分析了亚临界锅炉末级过热器氧化膜失效的机理,提出技术监督和日常维护的防范措施,保障T91钢在锅炉全寿命期的安全,为同类300～600 MW级亚临界锅炉末级过热器技术管理提供借鉴。     

锅炉高温受热面管内氧化皮应力分析的一种解析方法

大型电站锅炉高温受热面管内氧化皮生长及脱落问题已成为影响锅炉安全运行的主要矛盾。介绍了一种锅炉高温受热面管内氧化皮应力分析解析方法,并针对某600 MW超临界电站锅炉末级过热器的TP347H和T91 2种管材进行了计算分析,得出了停炉过程中氧化皮的应力、应变状态和可能的失效模式。     

锅炉高温受热面蒸汽侧氧化皮的形成及剥落机理研究进展

综合分析了各种类型的锅炉耐热钢管蒸汽侧氧化皮的微观形貌、氧化皮的层结构和成分组成。锅炉耐热钢蒸汽侧所生成的氧化皮有双层和3层结构,双层和3层结构的氧化皮的剥落位置发生在不同的亚层。对锅炉管内壁氧化皮剥落部位进行氧化皮生长的跟踪研究,可以得到氧化皮进一步生长的规律。氧化皮各层氧化物与基体金属间由于线性热膨胀系数差异所产生的热应力是导致氧化皮产生开裂和剥落的最根本原因,防治氧化皮大面积剥落的措施主要是抑制氧化皮生长速率和减少热应力的大幅度变化。由于实验室的试验条件难以模拟实际锅炉的蒸汽参数和应力变化,开发实验条件接近实际锅炉的蒸汽氧化试验是研究新型耐热钢内壁氧化皮生长及剥落机理的发展方向。     

提高蒸汽过热器出口处部件持久性的方法

大型动力锅炉机组发生故障的原因,是高压和低压蒸汽过热器在不加热出口区段蛇形管与联箱的焊接结合点处遭损坏。蛇形管与联箱焊接结合点损坏的原因多半是,由于过高的温度和来自固定工况中内压应力,以及启动和停炉时循环温差应力和补偿应力的影响,而使金属管子的     

超临界锅炉末级过热器T23管性能状态评估及监督管理

对630MW超临界机组锅炉末级过热器低温段国产T23炉管采取割管短时性能试验与高温长时性能试验相结合的综合分析方法评价其性能状态。结果表明,服役40 000h的T23管材强度明显下降,组织老化较快,内壁附着厚度达154.97μm厚度的氧化层,导致T23炉管当量金属壁温在30 000～40 000h服役区间上升20℃,但高温持久强度仍保持较高的水平。针对试验及计算结果分析炉管安全运行面临的主要安全风险,提出T23炉管金属监督措施,有效避免了因氧化皮脱落堵塞引起的爆管事故。     

12Cr1MoVG钢高温过热器出口联箱的应力分析

利用ANSYS软件构建了电站锅炉12Cr1MoVG钢高温过热器出口联箱在甩负荷过程中的应力状态,得到了温度场、热应力场、机械应力场及总应力场的数值和分布。高温过热器出口联箱最大热应力、机械应力及总应力分别为7.52、76.1、75.1MPa;最大总应力总是出现在筒体和接管相贯线区域;机械应力在总应力中占主要地位。     

STBA24钢管蒸汽氧化的微观特征研究

利用宏观检查、金相检验、电镜观察、能谱分析和X射线衍射仪等方法,对某热电厂过热器和再热器管内壁氧化皮的化学成分和组织结构进行了试验研究,探讨了STBA24钢高温蒸汽氧化的微观特征和氧化机理.结果表明:STBA24钢管在运行中,当管壁温度超过材料的许用温度时,易发生高温水蒸汽氧化;腐蚀产物分内外2层,外层以Fe2O3、Fe3O4为主,易剥落,内层为致密的保护性氧化物,具有长期抗氧化能力.金属材料的蒸汽氧化和剥落会增大管壁应力,造成管壁破裂或爆管.     

1025t/h锅炉高温过热器超温分析及改造

通过应用热偏差理论对国产1025t／h电站锅炉高温过热器超温问题进行分析研究发现；超温的根本原因是沿炉宽烟气侧热负荷分布与蒸汽流量分布不匹配。针对该炉型的特点提出改造方案，不仅降低了高温过热器外圈管出口汽温，同时减少了减温水量，提高了过热蒸汽出口温度。改造后测得的汽温值与计算值吻合得较好。图9参4     

1025t/h直流锅炉高温过热器进口集箱接管裂缝原因探讨

1025t/h直流锅炉高温过热器进口集箱接管,经约一万小时运行后发生裂纹泄漏,为查明产生原因,进行了各管排的温度测量和应力分析计算。由测试结果和分析计算得知,在启动期间,因蒸汽流量少,减温器内汽流速低,喷水未能有效雾化,产生汽水分层,形成较大的温差和热应力振荡所致。     

超临界锅炉SOFA对高温受热面吸热偏差影响的试验研究

针对某电厂600 MW超临界锅炉存在过热器和再热器管内生成氧化皮及超温爆管的现象,通过试验研究了该锅炉分离燃尽风(SOFA)喷嘴正切15°和反切15°情况下,不同的SOFA比例对高温受热面管屏间吸热偏差分布的影响,分析了炉膛出口和水平烟道烟气温度分布特性对过热器和再热器蒸汽温度分布的影响.结果表明:SOFA喷嘴反切对减小炉膛上部切圆直径、降低水平烟道内吸热偏差的作用明显;合理的配风能使高温过热器管壁温度分布更均衡,末级过热器左侧吸热峰值温度降低10K.     

自然循环锅炉蒸汽过热器工作可靠性

论述了在过渡和非稳定过程中TП－100型锅炉蒸汽过热器管子金属温度特征的变化，指出热传递过程改变惰性的方法并给出提高蒸气过热器管子金属可靠性的建议。     

喷丸不锈钢管长时抗蒸汽氧化能力

随着火电锅炉蒸汽温度增加，过热器（SH）和再热器（RH）的大部分均采用奥氏体不锈钢，特别是18-8不锈钢。经几年服役后，在管内表面形成的氧化膜将会非常厚并引发氧化膜剥落问题。众所周知，喷丸18-8不锈钢管有足够抗蒸汽氧化能力。因此，许多电厂在锅炉SH和RH上使用了喷丸钢管。对长期用于锅炉SH和RH上的钢管，研究了喷丸对其抗蒸汽氧化能力的影响。在538／566℃服役10年、593／593℃服役6年后，喷丸管子的氧化膜厚度非常薄。经750℃的蒸汽抗氧化性试验证实，喷丸效果是极其明显。     

工业锅炉过热器及汽温调节系统设计误区分析

采用锅炉给水的面式减温器过热蒸汽侧并非单相换热而是伴随凝结过程的双相换热.减温器应布置在高于过热器受热面之处且蒸汽应自上而下流动;带烟气调节挡板的过热器设计工况并非锅炉的额定工况而是保持过热蒸汽温度为额定值的锅炉最低工况;不要将低压锅炉过热器紧靠炉膛布置直接承受辐射热.