超(超)临界锅炉Super304H不锈钢氧化特性研究

作者
王江滨
摘要
随着经济的增长我国发电技术也在快速升级,环境保护问题的日益突出,在目前以火力发电为主的电力装机结构下,大型燃煤火电机组向着更高参数的超(超)临界技术升级成为必然选择。中国已经成为世界上先进超超临界技术机组的运行数量和新建数量最多的国家。超(超)临界技术的发展有力的支撑起我国电力生产结构向更高效、清洁的方向转型升级,但是在技术的推广应用过程中,也给我国发电设备的可靠、安全运行带来诸多问题。其中超(超)临界锅炉高温受热面氧化皮剥落造成的堵塞爆管和汽轮机固体颗粒冲蚀问题是最突出的问题之一。为了解决氧化皮问题对电厂运行安全的威胁,研究其生长剥落的机理,开展氧化皮综合治理的研究和实践对电力生产意义重大。
    论文在广泛借鉴国内外已有研究成果的基础上,结合B&W的领先超(超)临界锅炉技术,深入研究超(超)临界锅炉用高等级耐热钢材的高温蒸汽氧化特性。对当前主要采用的奥氏体不锈钢TP347HFG、Super304H、HR3C的材料特性及氧化皮生长剥落特性进行了详细的梳理研究。
    基于超临界水实验平台针对奥氏体钢Super304H进行了不同温度和溶氧超临界水环境实验。通过分析氧化增重,氧化物表面形貌,氧化物横截面EDS分析图以及XRD。探究了温度和溶解氧量变化对氧化膜生长速率以及氧化膜微观结构的影响。研究发现随着温度以及溶解氧量的升高,氧化速率逐渐增大。氧化膜为典型的三层结构,外层为富铁层、内层富铬、最内层为扩散层。随着温度和溶解氧量的升高,外层氧化膜内的孔洞量逐渐的增大。氧化初期会形成结节状氧化物,随着温度和时间的增加这些结节状氧化物最终完全覆盖在金属表面。在无氧环境中形成的氧化物主要为Fe3O4以及(Fe,Cr)3O4。而在含有2000ppb溶解氧环境最外层形成了一层Fe2O3。本文分析了导致氧化膜剥落的应力因素,说明了目前两种引起氧化膜剥落的压应力导致的楔入型和拉应力下屈曲剥落方式。并且论述了温度波动以及氧化膜厚度变化对其剥落有着显著的影响。
    结合本文实验结论,对某电厂的超临界锅炉氧化皮严重的管材进行高等级材料的升级改造。通过整体的技术经济可行性分析,该电厂对锅炉的TP347H钢全部升级为抗高温氧化性能更为优良的Super304H喷丸管材,解决了困扰电厂安全可靠运行的这一难题。
关键词
超超临界锅炉;奥氏体不锈钢;氧化皮;生长剥落;氧化特性
页数
65
出版日期
2020-02-26
学位授予单位
哈尔滨工业大学
学位年度
2016
学位
硕士
语言
chi
院系
动力工程
导师
吴少华;南向东;张秀华
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