2．2．3氧化层剥离机理

　　高温蒸汽管内壁生成氧化膜是个自然的过程，在开始时膜形成很快，一旦膜形成后氧化便慢了，与时间呈抛物线关系。但在某些不利运行条件下，如超温(大于570℃)、温度压力波动等，金属表面的双层膜就会变成多层膜的结构，这时氧化和时间又变成直线关系，双层膜先是变成多层膜，再进一步发展成为多个多层膜的多层氧化层结构，然后便会发生剥离，FeO在低于570℃时不稳定，会分解为Fe3O4和Fe，亦易造成氧化层脱落。

　　氧化层剥离有两个主要条件：一是多层氧化层达到一定厚度(不锈钢0.1mm、铬钼钢0.2mm-0.5mm)，二是温度变化频繁、幅度大、变化率高。过热器或再热器钢材的热胀系数一般在(16-20)×10-6／℃，而氧化铁的热胀系数一般在9.1×10-6／℃，由于热胀系数的差异，在氧化层达到一定厚度后，在温度发生变化尤其是剧烈或反复变化，氧化皮很容易从金属本体剥离，铬钼钢管的氧化皮内外层同时剥离，剥离厚度达0.2mm，而不锈钢只剥离0.05mm的外层。

　　2．32000t／h锅炉高温过热器爆管原因分析

　　2．3．1高温过热器氧化皮的形成原因

　　扬二电两台机组自调试投入运行后，锅炉存在三个主要问题：过热器减温喷水偏大、水冷壁及炉膛出口受热面的结焦及高过高再部分管屏超温。满负荷时过热器减温喷水量达250t／h(设计值仅为85.65t／h)；仅仅运行两年时间，就已在#2机组首次爆管时发现大量氧化皮。理论和试验均表明汽侧氧化皮的厚度与温度、材料及运行时间关联，按此思路分析主要原因有以下方面：

　　1)高过管壁温度偏高形成不致密的多层氧化膜

　　1999年一2000年受热面管壁温度情况，见表2。

　　高过的出口管段选用SA213T22／580℃，仅出口段中上部至联箱Ф50.8×6.9mm管段选用SA213T91／650℃(有一根T22)，若按国内经验考虑炉外测点测量偏低30℃～60℃,表2中各工况的不仅最高壁温已超出，平均壁温亦在许用温度左右(CRT画面报警值564℃偏高)，管壁超温现象较严重；壁温最高点基本集中在中间偏两侧的管排。在与美国B&W的交涉中，其认为炉外测点测量偏低约15℃。即使按此标准高过管壁亦已局部超温。查相关资料，无论是ASME、CE或RILEY设计标准．SA一213T22钢材管子金属许可温度均为580℃，但B&W设计标准为602℃，可见美国B&W在高过受热面选材方面裕量很小甚至无裕量

　　经过运行优化调整，增加水冷壁吹灰器等改进措施后，高过管壁温超温现象有所减缓．但仍存在部分高过管壁温在高负荷或启停磨时高于5700C(考虑15℃偏差)，会在高过管内(特别是出口段)形成不致密的多层氧化膜。

　　美国B&W在锅炉的设计时，对扬二电设计煤种神府煤灰渣特性、制粉系统均匀性差等认识不足，炉膛设计偏小。受热面布置不合理导致炉膛出口烟温(FEGT)高、受热面管壁温高：而FEGT是锅炉设计特别重要的参数，控制FEGT可保证炉膛和对流受热面吸热的平衡。通过比较减温水量的实际值(250t／h)与设计值(85.65t／h)进行的计算表明炉膛的吸热能力比设计低10，相应的炉膛出口烟温(FEGT)增加了至少50℃；

　　目前正在调试的浙江嘉兴电厂两台600MW机组，配置锅炉由北京B&W制造，是在扬二电锅炉运行经验的基础上进行优化设计得到的方案．炉膛尺寸的选取更保守、更加安全可靠；该锅炉炉膛的断面及高度均比扬二电锅炉大，炉膛断面热负荷、容积热负荷更小，这有利于煤粉燃烬及防止炉内结渣和高温腐蚀。(数据比较，见表3)

　　扬二电两台锅炉实际运行中，特别是高负荷时，高过甚至高再受热面部位有火星冲刷．省煤器灰斗灰粒较大且燃烧不充分，取样灰中常有不完全燃烧的炭粒，极易燃烬的煤种为何有此现象?除了没有足够的燃烬高度外，磨煤机出口一次风粉不均匀亦是主要原因之一。经在#1炉综合测试分析，6台磨中B、C、E、F磨煤机各煤粉管道存在较大偏差，其中最大粉量偏差高达±27(热态偏差不大于10)，一次风速均存在较大偏差，有的一次风速甚至高达36m／s(正常22m／s-25m／s)。D磨煤机因煤粉管道走向好粉量分布情况相对较好，将原有静态分离器已改装为动态分离器的A磨煤机各煤粉管道的粉量分布情况最好，粉量偏差均在5以内：但从A磨动态分离器分离特性试验结果分析，当动态分离器转速仅在85rpm-100rpm范围内有效可调且煤粉细度R90变化幅度很大，分离效果对其转速的变化特别敏感，该特性不便运行人员通过调整动态分离器转速来调整煤粉细度，有待进一步完善。

　　2)存在一定的热负荷偏差，引起局部管屏超温

　　第31、34屏由于特殊的管屏结构，即每屏12根管子中有8根管子接在出口三通的引出导汽管上。由于在该区域存在涡流区．导致同屏各管流量存在很大的差异。在稳定运行工况时。这一差异还不至于引起超温问题。但由于两级过热器中联结有小集箱，当负荷变动较大时，同屏各管圈发生"抢汽"现象，流量较小的管圈上很容易出现超温，而这些小流量的管圈处于受热较强烈的外圈和第二圈，易发生超温爆管。

　　高过第10至17屏、47至54屏超温主要是由于烟气侧热负荷分布和蒸汽侧流量分布不匹配造成的，加之两级过热器没有中间混合，焓增较大，对热偏差特别敏感。根据扬州二电运行数据分析，前后墙对冲锅炉炉膛出口热负荷分布基本呈"馒头"状，两侧墙附近由于烟气流速和水冷壁吸热的缘故热负荷较低，中间热负荷分布较为平缓，见图5。高过蒸汽侧引入引出方式为T型，见图6。流量呈现中间高两侧低的分布，见图7。两项叠加后管内蒸汽焓增(用热偏差表示)呈不均匀分布，见图8。第10屏至第17屏的热偏差系数大于1.1，这与现场超温情况是相符的。

　　2．3．2高温过热器氧化皮剥离和堵塞的综合原因

　　以上分析表明导致爆管的主要原因是管内氧化皮剥离并在管道下弯头处堵塞引起短期过热爆管，过热器氧化皮剥离和堵塞的因素有：

　　1)部分管屏长期超温，形成含FeO成分的易剥离的多层氧化膜。

　　2)在锅炉启停过程中，管子温度变化幅度较大，使得管内氧化皮容易剥离。这解释了为什么所有的爆管均发生在机组的启动阶段。启动初期剥离的氧化皮在小流量的流场中脉动，一般易在管道弯头、变径管处停滞，首先是尺寸大、强度高的氧化皮在管内堵塞形成桥架，小尺寸的氧化皮会不断积聚在桥架上。从而形成恶性循环，直至大流量时很难对其产生扰动并带走，被堵塞管的管壁温就会异常升高(一般在启动第二套制粉系统后270MW负荷前)，如发现不及时并采取有效措施，将会导致管子短期超温爆管。

　　3)两台机组均为调峰机组，每天的负荷变化范围为240MW-600MW，从而过热器管会产生频繁的温度变化。

　　4)形成堵塞最关键的因素是氧化皮尺寸和管内径比例，扬二电高过管弯头处管道内径仅为26.4mm。为管圈的最小尺寸，过小的弯曲半径利于脱落物的阻塞和堆积。