超超临界机组锅炉氧化皮剥落爆管及水冷壁高温腐蚀案例分析
锅炉爆管典型事故案例及分析

锅炉爆管典型事故案例及分析第一节锅炉承压部件泄露或爆破事故大型火力发电机组的非停事故大部分是由锅炉引起的。
随着锅炉机组容量增大,“四管”爆泄事故呈现增多趋势,严重影响锅炉的安全性,对机组运行的经济性影响也很大。
有的电厂因过热器、再热器管壁长期超温爆管,不得不降低汽温5~10℃运行;而主汽温度和再热汽温度每降低10℃,机组的供电煤耗将增加0.7~1.1g/kWh;主蒸汽压力每降低1MPa,将影响供电煤耗2g/kWh。
为了防止锅炉承压部件爆泄事故,必须严格执行《实施细则》中关于防止承压部件爆泄的措施及相关规程制度。
一.锅炉承压部件泄露或爆破的现象及原因(一)“四管”爆泄的现象水冷壁、过热器、再热器、省煤器在承受压力条件下破损,称为爆管。
受热面泄露时,炉膛或烟道内有爆破或泄露声,烟气温度降低、两侧烟温偏差增大,排烟温度降低,引风机出力增大,炉膛负压指示偏正。
省煤器泄露时,在省煤器灰斗中可以看到湿灰甚至灰水渗出,给水流量不正常地大于蒸汽流量,泄露侧空预器热风温度降低;过热器和再热器泄露时蒸汽压力下降,蒸汽温度不稳定,泄露处由明显泄露声;水冷壁爆破时,炉膛内发出强烈响声,炉膛向外冒烟、冒火和冒汽,燃烧不稳定甚至发生锅炉灭火,锅炉炉膛出口温度降低,主汽压、主汽温下降较快,给水量大量增加。
受热面炉管泄露后,发现或停炉不及时往往会冲刷其他管段,造成事故扩大。
(二)锅炉爆管原因(1)锅炉运行中操作不当,炉管受热或冷却不均匀,产生较大的应力。
1)冷炉进水时,水温或上水速度不符合规定;启动时,升温升压或升负荷速度过快;停炉时冷却过快。
2)机组在启停或变工况运行时,工作压力周期性变化导致机械应力周期性变化;同时,高温蒸汽管道和部件由于温度交变产生热应力,两者共同作用造成承压部件发生疲劳破坏。
(2)运行中汽温超限,使管子过热,蠕变速度加快1)超温与过热。
超温是指金属超过额定温度运行。
超温分为长期超温和短期超温,长期超温和短期超温是一个相对概念,没有严格时间限定。
超临界锅炉高温过热器氧化皮脱落导致爆管的原因分析及对策

00 2 ) 5 0 1
度 、 力剧 烈波 动等情 况 下 , 压 由于管 子母材 和氧化 膜
不 同的热膨 胀 能力 , 金属 表面 的氧化 膜会 产生 裂纹 ,
裂纹 的存在 使基 体 金 属 直接 暴 露 于 氧 化环 境 中 , 加
速 了氧化 的进程 , 氧化 层 也 开 始 向双 层 、 多层 发 展 。 氧化皮 的生 长 速 度 与 管 壁 金 属 温 度 有 着 密 切 的 关
力 弱化 , 管壁 金属 温 度 更 高 , 化皮 生 长 速 度更 氧 化 皮 脱 落 导 致 爆 管 的原 因分 析
过热 器 受 热 面长 期 高 温运 行 , 内壁 氧化 膜 的厚
度不 断增 加 , 在锅炉 的启 停 、 降 负荷及 其他异 常状 升
vea e gh tm p r u e s pe he t r i he upe c iia lm n ofhi e e at r u r a e n t s r rtc l
系 , 温运行 或者 运 行 中 金属 温 度 偏 高 是 氧化 皮 生 超 长 速度 过快 的主 要原 因 ; 氧化 皮 的增 厚 导致 换 热 能
Ca s a y i a d Co n e me s r s o p r t g Ca s d b ia in Velme u e An lss n u t r a u e n Pie Bu s i u e y Oxd t a n n o
Des u ma i g i p c ii al q a tn n Su er rtc Boi gh Te p a u e Su er e t l Hi m er t r p h a er er
Vo1 2 . . 9 NO 5 0c . O1 t2 0
超临界锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及改造措施

超临界锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及改造措施进入21世纪后,我国社会对电能的需求越来越强,而随着科学技术的不断发展,火力发电技术也日益成熟。
现阶段,我国在建火电厂项目主要采用超临界机组与亚临界机组。
超临界机组是一种较为先进的燃煤发电机组,具有环保性能好、煤耗低以及技术含量高的特点。
在超临界锅炉实际应用过程中,人们发现锅炉的水冷壁易受到高温的破坏,从而导致锅炉无法正常工作。
笔者结合工作经验与相关理论知识,在本文中探讨了超临界锅炉水冷壁高温腐蚀问题与技术改造措施,供读者参考借鉴。
标签:超临界锅炉;水冷壁;高温腐蚀超临界锅炉技术始源于20世纪90年代,其由欧洲工程家发明,至今仍在发电领域发挥着不可或缺的作用。
超临界锅炉是一种锅炉内工质的压力处于临界点之上的锅炉。
超临界锅炉经长时间使用后可能产生高温腐蚀问题,而高温腐蚀现象不仅无法会令锅炉无法正常工作,还可能引发安全事故。
本文以超临界锅炉水冷壁高温腐蚀现象为研究对象,对造成高温腐蚀现象的原因进行了分析,同时提出了针对超临界锅炉水冷壁高温腐蚀的技术改造建议1.对高温腐蚀予以分析国内在进行电厂锅炉的腐蚀事故调查发现,其腐蚀部分主要位于高温区域,具体来讲,在燃烧器的出口位置和中心线比较相近区域,发生容易腐蚀几率较高。
对于锅炉水冷壁的腐蚀区域来讲,其表面呈现黑褐色,此物质外表面松软,但内部比较坚硬。
在进行化学化验鉴定后,物质中硫量比例相对较高,且锅炉表面腐蚀区域比较脏,具有暗灰色特点,结合研究发现产生此现象的主要原因为:煤灰未充分燃烧,使其燃烧物和炉壁腐蚀产生混合物,当其黏附于锅炉水冷壁后即呈现以上状况。
在进行燃烧气体取样时,研究得出其成分包括:氧气、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫,其中一氧化碳含量约为10%,而氧气含量低于3%。
研究锅炉水冷壁垢状的化合物时,其成分包括:四氧化三铁、三氧化二铁、氧化亚铁、铁硫化物。
当进行腐蚀产物分析后,明确锅炉水冷壁出现高温腐蚀原因,即硫化物产生高温腐蚀时,其硫化物主要是由黄铁矿内硫元素所生产,在进行腐蚀机理的研究时,其主要包括以下几点。
超临界锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及改造措施

超临界锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及改造措施超临界锅炉采用高温高压工作状态,在运行过程中容易出现水冷壁高温腐蚀问题。
水冷壁高温腐蚀是指锅炉水冷壁在高温条件下与燃烧物质中的腐蚀性物质发生化学反应,导致水冷壁材料表面的腐蚀和损伤。
水冷壁高温腐蚀主要有火室侧和渣穴侧两种腐蚀形式。
火室侧高温腐蚀主要由固定在内部火室墙面上的眼镜体、硅酸盐等成分的高背渣和泥浆形成的粘结层、金属表面钙镁砂浆发生的化学反应而引起。
火室侧温度较高,氧气含量较低,硅酸盐和其他腐蚀性物质在高温下会与金属表面发生反应,产生腐蚀产物,从而导致水冷壁表面的腐蚀和材料损伤。
渣穴侧高温腐蚀主要是由与碱性渣浆反应生成电解质、生成高背渣所带入的渣浆、金属表面的氧化膜等因素共同作用形成的。
渣穴侧的高温腐蚀主要发生在锅炉的低温侧,渣浆中的高背渣与金属表面的化学反应可以导致水冷壁表面的腐蚀和损伤。
1. 改变炉膛结构:通过调整燃烧器布置、增加河底避流板、调整布风、增加保温层等措施,减少火室侧高温腐蚀。
2. 优化燃烧工艺:通过优化燃烧工艺参数,提高燃烧效率,减少可燃物质残留和产生的腐蚀性物质。
3. 加强渣穴清理:定期清理渣穴中的渣块和高背渣,防止其与金属表面发生反应。
4. 选择抗高温腐蚀材料:选择更高质量的材料,如合金材料,具有抗高温腐蚀性能,降低水冷壁的腐蚀程度。
5. 增强金属表面保护:在金属表面形成一层保护膜,防止腐蚀性物质直接与金属表面接触。
6. 加强水质管理:合理控制锅炉给水中的杂质含量,避免腐蚀物质进入水冷壁。
超临界锅炉水冷壁高温腐蚀主要由火室侧和渣穴侧两种腐蚀形式构成,并可能导致水冷壁表面的腐蚀和损伤。
针对这一问题,可以通过改变炉膛结构、优化燃烧过程、加强渣穴清理、选材和表面保护等措施来减轻腐蚀程度,提高水冷壁的使用寿命。
660MW超临界对冲火焰锅炉水冷壁高温腐蚀原因探究

660MW超临界对冲火焰锅炉水冷壁高温腐蚀原因探究发布时间:2021-12-31T07:50:51.086Z 来源:《电力设备》2021年第11期作者:冉江洋[导读] 预防高温腐蚀的措施几乎都是被动预防-喷涂防腐保护层,可以缓解、控制水冷壁管受高温腐蚀的侵害程度。
(中电(普安)发电有限责任公司贵州黔西南 561503)摘要:火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀普遍存在,严重影响安全生产。
高温腐蚀是金属管壁在高温烟气环境下发生的腐蚀,会造成水冷壁管壁变薄,强度下降,容易发生爆管、泄漏等事故,进而导致机组发生非停,严重影响机组安全和经济运行,对整个电网的安全性和稳定性造成影响。
为降低氮氧化物的排放,许多火电厂不仅增加脱硝系统,还在锅炉燃烧系统配置方面采取措施,一般在锅炉燃烧器上方增加燃尽风,维持还原性气氛。
但是,增加燃尽风后容易导致燃烧器结焦,引起水冷壁高温腐蚀。
国内锅炉水冷壁腐蚀中对冲燃烧方式的锅炉水冷壁高温腐蚀现象比较严重,尤其超超临界、超临界机组对冲燃烧方式的锅炉燃烧器区域两侧水冷壁引发高温腐蚀的可能性较大。
关键词:对冲火焰锅炉;水冷壁;高温腐蚀前言在火力发电厂中,锅炉水冷壁管高温腐蚀向来是燃煤电厂存在的重大问题,直接影响锅炉正常运行,成为电厂安全运行的重大隐患。
随着锅炉大容量、高参数及低NOx燃烧技术的应用,特别是以分离燃尽风(SOFA)为代表的低NOx燃烧技术的广泛应用,高温腐蚀问题占据了锅炉燃烧问题的首位。
目前,对冲燃烧锅炉主要采用旋流燃烧器,它可卷吸高温烟气,配风强烈,炉膛热负荷易控制均匀。
锅炉采用低NOx燃烧技术后,对于燃用含硫量高于1%的燃煤后高温腐蚀问题相当普遍。
避免水冷壁管高温腐蚀和磨损的方式主要有以下两种:非表面防护方法和表面防护方法。
非表面防护方法如炉衬防护等可在某种程度上降低水冷壁腐蚀,但不能根本避免其腐蚀。
表面防护方法即覆盖一层耐腐蚀的隔离层在水冷壁受腐蚀的表面上,主要有涂刷法,电镀、热渗度法以及热喷涂法。
超临界锅炉末级过热器高温氧化腐蚀爆管分析及措施

(1) 运行控制汽 温 低 于 设 计 值 。由 于对 同 类 型 电 厂 的 各类 高 温 氧 化 腐 蚀 爆管经验的吸取 ,机 组投产 1 年以来 ,锅 炉运 行 中 末 级 过 热 器出 口 蒸 汽 温 度 基 本控制在 565 ℃左右 图 4 末级过热器管内氧化皮
运行 ,略低于设计值 571 ℃,通过历史数据记录检 查 ,对于末级过热器超温的幅度和累积时间都很 小 ,很少有受热面的金属温度超过报警值 。
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2009 年第 2 期
上海电力
经验交流
3. 2 管材成分分析 经对 13 排第 4 根 、17 排第 1 根管样打磨预
超临界机组TP347H受热管内氧化皮堆积爆管分析与预防

超临界机组TP347H受热管内氧化皮堆积爆管分析与预防随着大容量超临界机组运行时间增加,TP347H不锈钢受热面管内氧化皮剥落造成管道堵塞、爆管的问题组较为常见。
为此,茂名臻能热电有限公司对本厂#7炉600MW超临界机组锅炉受热面氧化皮剥落造成管道堵塞爆管的问题非常重视。
在检测中发现#7炉高温受热面存在大面积氧化皮脱落堵塞现象,尤其屏式过热器、高温过热器和高温再热器都有个别弯头完全堵满,严重威胁锅炉的安全运行。
作者作为一位电厂基层生产人员,从运行及检修的角度提出一些浅见。
标签:氧化皮;堆积;爆管;预防1 基本情况茂名臻能热电有限公司#7锅炉为东方锅炉厂设计制造的超临界参数变压直流炉,型号为DG1920/25.4-Ⅱ2型,一次再热、单炉膛、尾部双烟道结构、采用烟气挡板调节再热汽温,固态排渣,全钢构架、全悬吊结构,平衡通风、露天布置,前后墙低NOx轴向旋流燃烧器对冲燃烧。
截至到2017年1月,累计运行时间约为13000小时。
屏式过热器布置在炉膛上部,沿烟气方向分前、后两组。
每一组沿炉宽反向布置15屏,共30屏,每屏由22根管子组成。
高温过热器位于折焰角上部,沿炉宽方向布置32屏,每屏由20根管子组成。
高温再热器位于水平烟道内,共64屏,每屏由13根管子组成。
上述管屏入口管段材质均为SA-213T91,出口段材质均为SA-213TP347H。
2016年5月4日,#7炉炉内屏式过热器有泄漏,检查发现后屏东往西数第四排北往南数第三根管子中上部爆漏。
2016年8月9日#7炉高温过热器西往东数第十屏北往南数第十根管爆漏,爆口位置大约在:入口侧离下部弯头1600mm处,焊口上100mm处,以上两起事故爆管原因均为:管内氧化皮脱落,造成堵塞,引起过热爆管。
为此,茂名臻能热电有限公司对本厂#7炉600MW超临界机组锅炉受热面氧化皮剥落造成管道堵塞爆管的问题非常重视。
在检测中发现#7炉高温受热面存在大面积氧化皮脱落堵塞现象,尤其屏式过热器、高温过热器和高温再热器都有个别弯头完全堵满,严重威胁锅炉的安全运行。
关于超临界发电锅炉水冷壁高温氧化腐蚀的原因分析及对策

关于超临界发电锅炉水冷壁高温氧化腐蚀的原因分析及对策近年来,我国发生了多次电站锅炉水冷壁高温氧化腐蚀事故。
例如,2008年某发电厂检修锅炉时,锅炉水冷壁严重遭受高温氧化腐蚀,其中129根水冷壁管的厚度减薄超标,最薄的水冷壁管厚度仅有3mm。
水冷壁管的变薄使锅炉的强度大大降低,最终导致泄漏事故的发生。
1 高温氧化腐蚀机理高温氧化腐蚀是一个复杂的物理化学过程,目前该过程仍处于探索阶段,一般认为主要与下列因素有关:(1)炉膛中火焰的温度;(2)燃煤的含硫量;(3)烟气与灰颗粒的冲蚀。
在发电锅炉运行过程中,炉温可达1600℃以上,由于燃煤中存有硫和其它有害杂质,水冷壁一般会受到高温氧化腐蚀,参与高温氧化腐蚀的危害物有燃烧过程中产生的SO2、SO3、H2S、HCl等,它们在各种温度下可共同对管壁进行复杂的动态腐蚀,其中,硫化物是锅炉高温氧化腐蚀的主要因素。
黄铁矿粉末与一些未燃尽的煤粉进入冷水壁区域,受热分解:Fe S2→FeS+[s] (1)硫原子也可以由H2S和SO2反应生成:2H2S+SO2→2H2O+3[s] (2)高温条件下,游离态的硫原子与锅炉壁中的铁产生反应:Fe+[s]→FeS (3)而且这种反应速度随着壁温的升高迅速加快。
该发电厂在锅炉大修检查中发现:在水冷壁上存在这种单质硫,而且具有一定厚度,可进一步判断该高温氧化腐蚀为还原性气体生成的硫化物型高温氧化腐蚀。
根据以上机理可看出,当发电炉内空气动力场不良时,极有可能发生高温氧化腐蚀现象,而前后墙对冲的锅炉,往往前后墙腐蚀程度要比侧墙轻很多,或者基本不发生腐蚀。
2 高温氧化腐蝕原因分析2.1 煤种的原因高温氧化腐蚀的最根本原因是硫元素,而硫元素主要来源于煤。
因此,煤种是导致锅炉高温氧化腐蚀的最根本原因之一。
高含硫量煤种的燃烧是发生氧化腐蚀性的主要原因。
同时,我国电厂燃烧的贫煤燃烧性能较差,使得燃料在燃烧过程中生成部分还原气体,催化了锅炉的硫化,加快了高温氧化腐蚀作用。
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控制氧化皮脱落可采取的运行措施
启动阶段,并网前减温水的投停对壁温影响很大,壁温变化速率可达30℃/min;带负荷 后,金属管壁温度变化率明显降低。
3、氧化皮生成、生长速度及脱落与温度及其变化幅度有很大关系。蒸汽温度
控制在540 ℃以内基本不发生氧化皮脱落。 由此可见,氧化皮是高参数(超临界以上)机组独有的副产物。
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影响氧化皮生成的主要因素
管壁温度和 材质抗氧化性
同一材质钢材在不同温度下,管壁温度越高,氧化速度越快。 不同钢材在相同温度下,钢材的抗氧化性能越好,氧化速度越慢。
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1.2 氧化皮剥落机理
1、高温水分子分解H质子作用机理
水蒸气在氧化金属的过程中释放的H质子,除了产生氢气外, 还可以导致氧化膜中出现缺陷,从而为氧化层下部的金属基地进一 步反应提供了条件,并导致金属、氧化膜界面处产生很高的氢压, 促进氧化膜的生长和脱落。 2、氧化层与母材膨胀系数差异作用机理
材质 SA-213T22 SA-213T91 TP304 TP347H Fe3O4 Fe2O3 不同材质的线膨胀系数(与20度,x10-6,℃-1) 100℃ 9.36~10.8 10.9 17.1 17.3 200℃ 10.25~12.35 11.3 17.4 17.5 300℃ 11~13.35 11.7 17.8 17.7 14.3 11.9 400℃ 11.38~13.6 12 18.3 18.2 500℃ 12.45~14.15 12.3 18.9 18.6 600℃ 12.8~14.6 12.6 19.1 18.9 16.5 12.9 700℃ 12.9~14.86 12.8 19.4 19.3
受热面金属与氧化皮之间的线膨胀系数相差越大,越易脱落。
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超(超)临界锅炉氧化皮问题控制原则
氧化皮生成和脱落是不可避免的,可做的是减缓其生成速率,控
制其剥落的时机。 现实可行的技术路线:
减缓生成→控制剥落→加强检查→及时清理
减缓生成:控制金属管壁温度是控制氧化皮生成速率的关键,可通过 燃烧调整降低高温受热面屏间热偏差,防止局部超温。
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1.4 避免氧化皮大面积剥落技术措施
1、启动过程中,加强冷、热态清洗。
2、启停以及升降负荷时,严格控制升温升压或降温降压的速率, 严格控制减温水的喷入时机和喷入量。 3、转干态后,大流量冲洗。 4、减少启停次数,尤其是短时间内。 5、热偏差过大等工况时,可采取降温运行。 6、跳机、停炉后,减缓锅炉降温速度。
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减小热偏差燃烧调整试验
各管排12号管氧化皮重量分布
一、割管检查证明:氧 化皮堆积数量与壁温的 高低分布相吻合。
各管排12号管温度分布
二、通过运行方式优 化调整,使受热面壁 温分布均匀,降低壁 温峰值,减缓氧化皮 生成。
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减小热偏差燃烧调整试验
1、改变SOFA风门开度
末级过热器(炉外)壁温分布图
(1)不锈钢0.1mm; (2)铬钼钢0.2~0.5mm。
氧化皮厚度与应力之间关系
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影响氧化皮剥落的主要因素
金属材质与氧化膜或氧化膜层间应力达到临界值
温度变化幅度大、速度快、频率大,是导致氧化皮层间应力加大而剥落主要原因。 温度导致膨胀,膨胀系数不同导致应力,应力达到临界导致氧化皮剥落。
氧化层的主要成分Fe3O4和少量的Fe2O3与母材膨胀系数存在较 大的差异。当氧化层达到一定厚度时,管壁温度发生变化时,两者 发生膨胀,由于膨胀系数不同,导致氧化层与母材之间产生应力, 当应力超过临界值时即发生氧化层剥落。
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影响氧化皮剥落的主要因素
氧化皮层达到一定厚度
氧化皮越厚,导致其脱落所需要的 应力越小。管壁金属与氧化皮温度 差越大,应力余越大。
4、加强炉膛吹灰,定期清洁炉膛,改善受热面传热。
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减小热偏差燃烧调整试验
各管排12号管氧化皮重量分布
一、割管检查证明:氧 化皮堆积数量与壁温的 高低分布相吻合。
各管排12号管温度分布
二、通过运行方式优 化调整,使受热面壁 温分布均匀,降低壁 温峰值,减缓氧化皮 生成。
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SOFA开度为60%时,末过左右侧出口壁温偏差最小; SOFA开度为20%时,偏差最大; SOFA开度超过60%时,壁温向右高左低方向发展; SOFA风开度40%~60%较为合理。 13
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减小热偏差燃烧调整试验
2、改变COFA风门开度
末级过热器(炉外)壁温分布图
COFA风开度在50%最佳,偏差较小; COFA风开度为70%时,右侧壁温高于左侧; COFA风开度30%~50%较为合理。
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第1部分 超超临界锅炉氧化皮生成、剥落及预防
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1.1 氧化皮生成机理
水蒸汽在高温下分解产生H2和O2,受热面金属在高温水蒸汽中发生氧化。
高温 2H2 O 2H2 +O2
特
点:
3Fe+4H2 O Fe3O4 +4H2
1、高温水蒸汽从400 ℃以上就开始具有将强的氧化性,500~700 ℃之间氧化性 最强,在600 ℃以上氧化性加速。 2、氧化生成的氧化皮膨胀与碳钢和低合金钢相似,但奥氏体钢的膨胀系数远 大于氧化皮。
超(超)临界机组锅炉防止氧 化皮剥落爆管及水冷壁高温腐 蚀案例分析
目
录
超(超)临界锅炉氧化皮的剥落及预防
(1)氧化皮的生成及剥落机理 (2)减缓氧化皮生长的措施 (3)避免氧化皮大面积剥落措施
低氮改造后炉内高温腐蚀及结焦问题
(1)低氮燃烧对炉内结焦、高温腐蚀影响 (2)防治水冷壁高温腐蚀技术措施
控制剥落:减小受热面温度波动,防止产生热应力是控制氧化皮剥落
的关键,可通过加强启停炉、升降负荷及减温水的使用管理,尽可能 防止受热面温度出现大幅度波动。
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1.3 减缓氧化皮生成的技术措施
1、严禁锅炉超温、超负荷运行。
2、控制热偏差,加强受热面热偏差监视,改善温度场分布及受 热面吸热均匀性,防止局部超温。 3、燃烧调整作为调温的主要手段,尽量减少或避免使用减温水, 减温水调温切忌大开大关。