超临界机组的合金管蒸汽侧氧化膜生长与剥落研究进展

超临界机组高温合金管氧化膜剥落问题是困扰机组安全与经济运行的难题,严重制约了机组蒸汽参数和效率的提高。特别是,在超临界机组采用给水加氧处理方式(OT)后,奥氏体不锈钢管内壁氧化膜大面积剥落事故屡见不鲜,尤以TP347H合金管为甚。本文总结了近年来国内外针对超临界机组合金管氧化膜研究的进展及相关成果,首先介绍了超临界蒸汽环境中合金管氧化机理和原子迁移机制,综述了铁素体和奥氏体合金表面氧化膜的形貌特征,分析了蒸汽溶氧对氧化膜生长速率、形貌和缺陷的影响。氧化膜完整性是决定合金抗腐蚀性能的重要因素,但在机组运行过程中氧化膜应力破坏了氧化膜完整性。进一步总结了国内外氧化膜应力和剥落研究的数值分析及实验研究情况,为我国超临界机组氧化膜剥落故障诊断研究提供参考。     

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.     

超临界压力区倾斜上升光管壁温分布与传热特性的试验研究

在超临界压力下,对倾角α=20°的25×2.5(mm)不锈钢倾斜上升光管内水的传热特性及管壁温分布进行了试验研究。试验参数范围:p=23~28MPa,质量流速G=600~1200kg/(m2s),平均内壁热流密度q=300~600kW/m2。试验结果表明:倾斜管壁温及传热系数沿周向分布不均匀;不均匀分布特性在不同焓值区不同;在略低于拟临界焓值区,管壁面换热系数有一个峰值;提高质量流速可减小不均匀性,压力对拟临界焓值区的传热特性和不均匀性影响较明显;内壁平均热流密度对不均匀性和传热的影响大,在较低热流密度时,上母线温度最高,下母线的温度最低,而在高热流密度时,侧面的温度最高。并研究了因为浮力引起的自然对流对不均匀性的影响。图6参9     

国产S30432钢和T92异种钢焊接接头力学性能和显微组织分析

研究了国产奥氏体S30432钢和马氏体T92异种钢焊接接头的力学性能、各微区的显微组织、硬度分布以及T92钢化学成分变化对焊接接头微观组织的影响,并与进口S30432钢和T92异种钢焊接接头的性能进行了对比.结果表明:国产S30432钢和T92异种钢焊接接头与进口同类型钢焊接接头的力学性能相当,硬度分布情况相同,T92钢侧熔合区的硬度最高,但国产S30432钢和T92异种钢焊接接头的硬度稍低于进口钢.在异种钢焊接接头的T92钢侧熔合区出现块状铁素体带,且发现T92钢不同的Creq当量会影响块状铁素体生成的数量和尺寸.     

低温渗铝涂层对P92钢650℃饱和蒸汽氧化行为的影响

利用低温粉末包埋渗法在P92钢服役温度下制备了铝化物涂层,并结合氧化增重法、扫描电镜观察及X射线衍射分析,研究了P92钢及其铝化物涂层在650℃下的饱和蒸汽氧化行为。结果表明:P92钢抗蒸汽氧化性能不足,350 h前氧化动力学遵循抛物线规律,外层疏松层氧化物Fe_3O_4+Fe_2O_3与内层氧化物FeCr_2O_4呈双层结构,氧化700 h后外层氧化膜发生严重剥落;低温包埋渗铝后,试样表面形成保护性Al_2O_3氧化膜,可显著提升P92钢抗蒸汽氧化性能;Al_2O_3氧化膜具有较慢的生长速度,因此铝化物涂层的耗损并不是继续形成Al_2O_3带来的消耗,而是Al向内扩散形成AlN相以及Fe向铝化物涂层扩散形成Fe_3Al相,从而降低Al浓度梯度。     

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.     

600MW超临界锅炉机组螺旋管圈水冷壁管壁温度

超临界锅炉水冷壁尤其是燃烧器区水冷壁的温度场计算对水冷壁的安全运行有重要意义。本文采用分区段热力计算方法计算了向火侧的热流密度。依据水冷壁入口和出口工质的实际温度和压力确定了管内工质温度及管内的对流换热系数。基于有限元法对某电厂600MW发电机组锅炉在100％BMCR工况条件下螺旋管圈水冷壁温度场进行了分析计算。     

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.     

超超临界火电机组低低温省煤器的优化改造

针对超超临界火电机组锅炉低低温省煤器在原设计、安装、维护、运行存在的问题及其导致的受热面腐蚀、磨损等问题进行分析,对原低低温省煤器边界参数的选取、管板密封结构、烟气流场、吹灰系统等进行了优化。改造投运后设备运行优良,本文可为同类型机组低低温省煤器的优化改造提供参考。     

660MW超超临界机组受热面超温优化策略研究

本文通过试验研究,分析了660MW超超临界机组锅炉在运行过程中出现受热面管壁超温的原因,并总结了经济可行的优化策略。根据该策略进行调整优化后,可使锅炉在主再热汽温升至额定参数时,受热面管壁温度仍然低于超温报警值较多,彻底解决了受热面管壁超温的难题。该炉型是同样技术百万机组的缩小版,因此本文研究成果对同炉型的660MW和1000MW机组的锅炉运行具有很强的指导意义。     

氧化膜的生长对管壁温度和氧化膜温度的影响

管壁温度是评估电站锅炉受热面的热效率和锅炉安全运行的重要参数,根据传热学理论并利用L-M经验公式对管道的传热过程进行了研究,建立了具有氧化膜的受热面管道传热的数值模型,并对某再热器管道的传热过程进行计算,得到了管道各个界面温度与氧化膜厚度随着管道运行时间的变化趋势,定量地解释了管道各个界面温度随时间增长的原因,提出了氧化膜增长的敏感系数.     

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.     

超临界锅炉过热器炉内外壁温对比试验及分析

在600 MW超临界锅炉机组上进行了过热器炉内外壁温测量对比试验,目的是为了全面掌握超临界锅炉过热器炉内壁温状况。试验中实时采集了炉内壁温及炉外壁温的实时数据,并将采集的各种数据分析对比,从而对过热器的炉内壁温分布、炉内外壁温关联规律等进行了分析研究,得到了600 MW超临界锅炉过热器炉内外温度特性即炉外与炉内的管壁温度波动趋势、过热器炉内外负荷、水煤比、主汽温度的波动与炉内外管壁温差波动趋势相同的规律,对于研究600 MW超临界锅炉过热器管壁壁温监测以及寿命诊断具有重要的意义。     

超临界锅炉末级过热器爆管原因的分析

为研究超临界锅炉末级过热器爆管的原因,对1台600MW超临界锅炉末级过热器爆管上游管和相关管样的内壁氧化物的宏观形态、微观结构,脱落氧化皮的微观结构、物相、各区域的微观形态和成分等进行了分析.结果表明:堵塞末级过热器下弯头造成过热器爆管的脱落氧化皮来自于T23/T91钢管的T23管段内壁,而非T91管段内壁;T23钢管内壁氧化皮为二层结构,外层为粗大柱状晶的纯磁铁矿(Fe3O4),内层为等轴细晶的含W和Cr的尖晶石;原生氧化皮内层存在一条或多条沿圆周方向排列的孔洞链,氧化皮容易沿孔洞链分离,从而造成氧化皮脱落.     

350 MW超临界机组锅炉氧化皮防治技术研究

为减少350 MW超临界机组因锅炉氧化皮脱落而引起的堵塞爆管问题,针对某电力公司8台超临界煤粉锅炉的结构型式及运行工况展开调查研究,分析结构设计对锅炉高温受热面蒸汽侧氧化皮的影响,发现烟温偏差的叠加效应是引起高温再热器汽温偏差大和局部氧化皮生成过快的主要原因,针对锅炉高温受热面的SA-213TP347H不锈钢管材的金属壁温适用范围进行对比,确定其最佳金属壁温报警值为600℃;通过对锅炉给水加氧设备进行改造,控制给水含氧量在10~20μg/L范围内,确保高温受热面蒸汽侧含氧量为零。实践证明,采取上述氧化皮防治措施后,锅炉氧化皮堆积数量同比减少85%以上。     

电站锅炉高温对流受热面管壁温度的校核算法

提出了一种计算高温对流受热面管壁最高温度的校核算法，该方法基于局部能量和质量平衡的热力约束条件，与以往算法的主要区别是具有可校验性，因此计算结果更接近实际情况。文中叙述了该算法的原理，并以一实例说明其计算步骤，对计算的结果进行了讨论。该算法对改进高温对流受热面的壁温设计方法以及运行中壁温监测具有重要的实际价值。图3表3参5