何 誠，楊守偉，樊 旭

(河北省電力研究院，石家莊 050021)

近年來我國火力發(fā)電行業(yè)發(fā)展迅速，大批大容量、高參數(shù)超臨界機組相繼建成投產(chǎn)。從目前投入商業(yè)運行的超臨界機組的運行情況看，鍋爐高溫過熱器內(nèi)壁氧化皮脫落導(dǎo)致過熱器短期超溫爆管問題日益突出，嚴(yán)重影響機組運行可靠性。

1 氧化皮的生成機理

超臨界機組蒸汽參數(shù)高，主蒸汽溫度均在570 ℃左右，在該溫度下水蒸汽氧化性很強，氧化皮的生成是必然的[1]。開始時，過熱器管內(nèi)壁氧化膜形成速度很快，形成一層致密的氧化膜后，氧化皮的增厚速度會變緩。但隨著運行時間的增加，在超溫或溫度、壓力劇烈波動等情況下，由于管子母材和氧化膜不同的熱膨脹能力，金屬表面的氧化膜會產(chǎn)生裂紋，裂紋的存在使基體金屬直接暴露于氧化環(huán)境中，加速了氧化的進程，氧化層也開始向雙層、多層發(fā)展。氧化皮的生長速度與管壁金屬溫度有著密切的關(guān)系，超溫運行或者運行中金屬溫度偏高是氧化皮生長速度過快的主要原因；氧化皮的增厚導(dǎo)致?lián)Q熱能力弱化，管壁金屬溫度更高，氧化皮生長速度更快，形成惡性循環(huán)。

2 氧化皮脫落導(dǎo)致爆管的原因分析

過熱器受熱面長期高溫運行，內(nèi)壁氧化膜的厚度不斷增加，在鍋爐的啟停、升降負荷及其他異常狀況導(dǎo)致金屬溫度大幅變化的過程中，由于氧化皮的熱膨脹系數(shù)與基體材料的熱膨脹系數(shù)有較大差異，達到一定厚度的氧化皮在熱應(yīng)力的作用下就會脫落。氧化皮的脫落與氧化皮厚度、管道材質(zhì)及金屬溫度的變化率有關(guān)[2]。

從運行經(jīng)驗來看，過熱器受熱面由于氧化皮脫落堵塞管道導(dǎo)致過熱器超溫爆管現(xiàn)象往往發(fā)生在停爐后的再次啟動過程中。這主要是由于鍋爐長期運行形成了一定厚度的氧化皮，鍋爐停爐過程中由于受熱面的冷卻導(dǎo)致大量氧化皮的集中脫落，大塊的氧化皮沉積在U型彎的底部，蒸汽冷凝水也聚積于U型彎下部，淹沒了剝落的氧化皮，鍋爐啟動過程中冷凝水逐漸蒸干，氧化皮一層緊貼一層，聚積成核狀，堵塞了高溫過熱器流通截面。

同時,機組啟動過程中也會導(dǎo)致部分氧化皮脫落，由于啟動期間蒸汽流量較小，攜帶作用較差，進一步加劇了氧化皮的聚積。沉積在U型彎頭底部的氧化皮減小了蒸汽的流通面積，減弱了蒸汽對受熱面管的冷卻作用，從而可能導(dǎo)致過熱器的超溫爆管。

3 防止過熱器超溫爆管的措施

3.1 防止高溫過熱器受熱面超溫運行

a. 檢修過程中對過熱器受熱面內(nèi)氧化皮厚度分布情況進行統(tǒng)計，在氧化皮較厚的管段加裝金屬壁溫測點。在鍋爐運行過程中嚴(yán)格控制金屬受熱面壁溫不超限，增加壁溫超限報警裝置，在出現(xiàn)超限壁溫測點時及時提醒運行人員進行相應(yīng)調(diào)整，禁止受熱面超溫運行。由于熱偏差的存在，金屬溫度可能限制主蒸汽溫度的提高，運行中必須以壁溫不超限為準(zhǔn)，必要時可降低蒸汽運行溫度。

b. 加強鍋爐受熱面熱偏差的監(jiān)視與調(diào)整，防止受熱面局部超溫。結(jié)合蒸汽溫度及金屬壁溫分布情況，對鍋爐配風(fēng)、燃燒器投入方式、燃燒器擺角、減溫水等進行調(diào)整，確保鍋爐熱負荷分布均勻。

c. 加強爐膛出口煙氣溫度監(jiān)視，通過減少爐膛漏風(fēng)、增加下層燃燒器出力、使燃燒器擺角下擺、加強爐膛吹灰、適當(dāng)增加鍋爐含氧量、降低煤粉細度等措施來降低爐膛出口煙氣溫度，確保爐膛出口煙氣溫度不超限。

d. 運行中發(fā)現(xiàn)金屬溫度超過允許值時應(yīng)迅速通過調(diào)整運行方式、進行爐膛吹灰等措施來降低金屬溫度，調(diào)整無效時應(yīng)通過降低蒸汽溫度、降低機組負荷等手段確保金屬壁溫不超限。任何時候都不允許蒸汽參數(shù)和受熱面金屬溫度長時間超過允許值。

3.2 減小受熱面溫度周期性波動和溫度變化速度

a. 對給水控制、鍋爐負荷控制、汽溫控制等熱工自動控制系統(tǒng)進行完善，減小各級過熱蒸汽系統(tǒng)溫度的周期性波動幅度和速率。

b. 機組正常運行中，升、降負荷盡量平緩進行，避免造成鍋爐燃燒強度及給水量的大幅度波動，進而造成鍋爐中間點溫度、各級過熱器受熱面金屬溫度的大幅波動。進行汽溫調(diào)節(jié)時注意維持各級過熱器出入口汽溫的平穩(wěn)性，合理分配各級減溫水量，避免出現(xiàn)局部受熱面超溫。加強鍋爐各主要輔機的維護，避免機組RB、甩負荷等容易造成機組負荷、受熱面溫度急劇波動的工況發(fā)生。

c. 機組正常停機要采用滑參數(shù)停機方式，停機過程中各級過熱器出入口蒸汽溫度、各受熱面金屬溫度的變化率必須作為控制機組滑停速度的重要依據(jù)之一，控制好減弱燃燒強度的速率，并注意及時調(diào)整各級減溫水量。

d. 機組故障緊急停機，爐膛通風(fēng)吹掃程序完成后應(yīng)立即停止送、引風(fēng)機運行，關(guān)閉所有風(fēng)門、擋板及看火孔等，保證爐膛底部密封參數(shù)合格后進行悶爐，避免鍋爐受熱面快速冷卻。若緊急停爐后需要對鍋爐進行快速冷卻，需先通過旁路進行鍋爐降壓，控制主蒸汽降壓速率不大于0.3 MPa/min，并嚴(yán)密監(jiān)視高溫過熱器、屏式過熱器受熱面金屬溫度下降速度不超過3 ℃/min。降壓過程中除氧器加熱必須持續(xù)投入，維持鍋爐給水溫度，避免降壓結(jié)束后水冷壁上水過程中啟動分離器產(chǎn)生過大的降溫速率。啟動分離器儲水箱水位正常后方可啟動煙風(fēng)系統(tǒng)進行強制通風(fēng)冷卻，冷卻風(fēng)量的調(diào)整應(yīng)依據(jù)爐膛出口煙溫的下降速率來控制，避免由于各級過熱器受熱面受到大量冷風(fēng)的快速冷卻導(dǎo)致氧化皮集中脫落。

e. 機組冷態(tài)啟動過程中嚴(yán)格按照機組升溫控制曲線控制蒸汽溫度。在機組冷態(tài)啟動過程中機組并列前的溫升速率控制不高于3 ℃/min，機組并列后的升溫速率控制不高于2 ℃/min。鍋爐啟動過程中應(yīng)密切監(jiān)視各級受熱面金屬溫度，在各級金屬受熱面內(nèi)積水蒸干和過熱器內(nèi)建立起冷卻蒸汽流量以前，嚴(yán)格控制爐膛出口煙溫不超限，同時應(yīng)及時投入機組啟動旁路系統(tǒng)，加強各級受熱面的冷卻。

f. 鍋爐啟動中燃料投入應(yīng)均勻、緩慢，汽溫、受熱面金屬壁溫不發(fā)生突變。投粉時應(yīng)確保過熱器內(nèi)已建立起冷卻流量，各級減溫水具備投入條件，確保鍋爐啟動過程中升溫升壓速率不超限，減少啟動過程中氧化皮的脫落。

g. 機組熱態(tài)啟動過程中的工作安排必須緊湊，煙風(fēng)系統(tǒng)啟動前必須確保各級系統(tǒng)能有效投入，煙風(fēng)系統(tǒng)啟動后馬上進行點火準(zhǔn)備，爐膛吹掃完成后立即點火，隨后迅速增加燃料投入量進行升溫升壓，防止煙風(fēng)系統(tǒng)啟動后的長時間強制冷卻或者升溫升壓速度過慢導(dǎo)致受熱面金屬溫度發(fā)生一次周期性變化。

3.3 合理控制鍋爐啟停的操作工藝

a. 大修前停爐過程中可適當(dāng)增大蒸汽溫度波動幅度和速度，加速氧化皮的脫落，利用高蒸汽流量下的攜帶能力帶走脫落下來的氧化皮；同時根據(jù)管子內(nèi)壁氧化皮的厚度和狀態(tài)合理選擇停爐冷卻速度，以便控制氧化皮的剝落方式、剝落量及剝落氧化皮的尺寸。

b. 停爐過程中采用熱爐放水、余熱烘干的方式，同時利用汽輪機真空系統(tǒng)排盡受熱面內(nèi)的水蒸汽，使受熱面內(nèi)聚集的氧化皮保持干燥、松散狀態(tài)，有利于啟動過程中被蒸汽攜帶走。c. 鍋爐啟動過程中應(yīng)嚴(yán)格控制升溫升壓速率，并利用啟動旁路對受熱面進行變流量沖洗，利用大流量蒸汽將脫落的氧化皮帶走，防止啟動過程中產(chǎn)生氧化皮聚集。

3.4 及時檢測和清理相關(guān)部位的氧化皮

停爐期間進行現(xiàn)場快速無損檢測，檢查確認鍋爐過熱器受熱面底部彎頭部位氧化皮的堆積情況，必要時進行割管清理，并對容易造成氧化皮聚集的管道彎頭進行更換，增加彎管的彎曲半徑，避免氧化皮在該部位的再次聚集。

4 結(jié)束語

隨著河北省南部電網(wǎng)超臨界鍋爐機組的相繼建成投產(chǎn)，氧化皮脫落問題得到了相關(guān)電廠的高度重視，通過對氧化皮的生成機理進行分析，從生產(chǎn)運行管理的角度提出了若干防止氧化皮脫落導(dǎo)致鍋爐受熱面超溫爆管的措施，為超臨界機組的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行提供了重要的參考依據(jù)。

參考文獻：

[1] 岑可法，周 昊，池作和.大型電站鍋爐安全及優(yōu)化運行技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2003.

[2] 銀 龍，宋壽春,畢法森,等．超臨界機組氧化皮的產(chǎn)生與防范[J]．電力設(shè)備，2006，7(10):33-36.