付鵬宇

【摘要】目前，鍋爐的受熱面所采用的材料多為奧氏體不銹鋼或者新型鐵素體，一些剛才在高溫的作用之下，極易發(fā)生氧化皮大量剝落的事故，給發(fā)電機組的安全、高效運行帶來了極大的威脅。為此，本文結(jié)合某超臨界機組對氧化皮的產(chǎn)生機理及防治措施進行了具體地分析和總結(jié)，期望對同行業(yè)相應(yīng)運行人員具有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】超臨界機組；氧化皮；措施

1、設(shè)備概況

該660MW超臨界鍋爐，末級過熱器選材以T91為主，僅管屏外圈選用TP347H，總重量比為30∶1；高溫再熱器選材以T91和TP347H為主，總重量比為3.4∶1。

2、氧化皮產(chǎn)生及脫落機理

2.1 氧化皮產(chǎn)生的機理

對氧化物進行收集化驗得出的結(jié)論是外層氧化皮結(jié)構(gòu)主要成分是Fe3O4，在某些特殊情況下也會存在少量的Fe2O3，內(nèi)層的機構(gòu)比較復(fù)雜，主要組成成分是（FeCr）3O4，其中Cr的含量受鋼中Cr含量的影響很大，基本是隨著鋼中含量的增長而增長。外表皮的氧化物疏松多孔，通過顯微鏡進行細致的觀察發(fā)現(xiàn)，基本上呈粗大柱狀晶體結(jié)構(gòu)。內(nèi)層的氧化物相對而言要緊實致密一些，主要以尖狀的晶石結(jié)構(gòu)。在內(nèi)層和外層氧化皮的表面界面上，都大量分布著平行于表面的孔洞。

2.2 氧化皮脫落的機理

造成氧化皮的剝離條件主要由兩個方面組成，一方面是氧化層的厚度達到一定的累計程度。另一方面是溫度變化大、速度快、頻度大所造成的影響。由于承載材料與氧化層之間的膨脹系數(shù)存在差異，當氧化層沉積達到一定的厚度時，加之溫度不穩(wěn)定，發(fā)生反復(fù)劇烈的變化，就會造成氧化皮與金屬本體發(fā)生剝離現(xiàn)象。

2.3 氧化皮存在的危害

氧化皮問題危害巨大，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）氧化皮在管系彎頭處易發(fā)生堵塞，引起相應(yīng)的受熱面管璧金屬超溫，最終導(dǎo)致機組強迫停機。

（2）長期的氧化皮脫落，使管壁變薄，強度變差，直至爆管。

（3）鍋爐過熱器、再熱器、主蒸汽管道及再熱蒸汽管內(nèi)脫落下來的氧化皮，是堅硬的固體顆粒，嚴重損傷汽輪機通流部分高/中壓級的噴嘴、動葉片及主汽閥、旁路閥等，導(dǎo)致葉片沖蝕，損傷嚴重時甚至必須更換葉片。

（4）進入主汽閥和調(diào)節(jié)閥，使閥門的調(diào)節(jié)特性改變和惡化，甚至卡死。

（5）檢修周期縮短，維護費用上升。

（6）一些機組為了減緩氧化皮脫落，采用降參數(shù)運行，犧牲了機組的效率。

上述各種情況導(dǎo)致機組運行的安全性、可靠性及經(jīng)濟性均大幅度降低。

3、氧化皮防治措施分析

在機組運行過程中，對于氧化皮的生成速率和異常脫落的控制要求更加嚴格，控制氧化皮的生成速率、防止氧化皮脫落是防治鍋爐中沉積氧化皮的主要手段。

3.1 氧化皮防控原則

（1）嚴格控制汽水品質(zhì)。

（2）鍋爐啟停，汽溫汽壓按規(guī)程規(guī)定控制，避免溫度、壓力波動過大，停爐過程應(yīng)避免進行強制快速冷卻。

（3）鍋爐啟動中，在汽機沖轉(zhuǎn)前，應(yīng)利用旁路進行低壓大流量的蒸汽吹掃。

（4）運行過程中減溫水操作時，其停投和調(diào)節(jié)應(yīng)盡量平穩(wěn)和小幅度操作，避免出現(xiàn)減溫水大增大收的脈沖式變化，另外避免在蒸汽流量很低的情況下投用減溫水。

（5）嚴格控制鍋爐啟、停速度，同時控制鍋爐升降負荷期間汽溫、汽壓的變化速率。

3.2 氧化皮生成速率的控制

（1）嚴格控制給水品質(zhì)，保證給水的總硬度、溶解氧、鐵、銅、二氧化硅、PH值、電導(dǎo)率在合理的區(qū)間之內(nèi)。

（2）鍋爐上水、點火及升溫升壓

1）嚴格控制入爐水質(zhì)，上水時的環(huán)境溫度不低于5℃，鍋爐上水溫度20～90℃，且高于螺旋水冷壁外壁溫20℃以上，用給水旁路調(diào)整門控制上水速度在5%BMCR左右，上水初期各放水門開啟沖洗1小時后關(guān)閉。鍋爐冷態(tài)沖洗過程中緩慢提升除氧器水溫，以≤20℃/h速度加熱到110℃以上，鍋爐冷態(tài)沖洗水質(zhì)合格后方可進行鍋爐點火。

2）爐水鐵離子≤500μg/l，確認爐水循環(huán)泵過冷管電動門關(guān)閉后啟動爐水循環(huán)泵沖洗。

3）爐水泵啟動后，注意檢查爐水泵振動情況。當分離器出口壓力0.15MPa以上，且出水溫度高于省煤器入口溫度20℃以上時，爐水泵過冷水電動門解鎖。

4）在升壓開始階段，監(jiān)視爐膛出口煙溫應(yīng)緩慢上升，煙氣溫度升高速度不超過2℃/min，應(yīng)該小心控制熱輸入，以使爐膛出口的煙溫探針在任何時候都不超過540℃。當煙氣溫度升高到540℃時，必須控制熱輸入量。

（2）鍋爐正常運行階段。

1）對于管壁內(nèi)表面溫度的控制需要電廠在運行期間盡量消除壁溫偏差，使每根管子受熱均勻。

2）正常運行時，機組負荷50%BMCR以上時升降負荷速率不超過1.5%BMCR/min，負荷小于50%BMCR時升降負荷速率不超過1%BMCR/min。

3）負荷調(diào)整的過程中，應(yīng)保持鍋爐的負荷與水煤比的對應(yīng)關(guān)系，防止水煤比失調(diào)造成蒸汽參數(shù)的大幅度波動。

4）制粉系統(tǒng)啟停時維持一次風(fēng)母管壓力穩(wěn)定，及時調(diào)整給水量，同時調(diào)整其他磨煤機出力，防止負荷大幅波動。

（5）過、再熱器壁溫高低點的偏差最好控制在30℃以內(nèi)，同時再熱器盡量少投或不投減溫水，在調(diào)整減溫水調(diào)門過程中要根據(jù)汽溫偏離的大小及減溫器后溫度變化趨勢進行調(diào)整，減溫水調(diào)門操作要緩慢，防止出現(xiàn)減溫水調(diào)門大幅開關(guān)，每次操作幅度不超過10%。任何工況下減溫器后溫度大于飽和溫度20℃。

3.3 氧化皮異常脫落控制

（1）運行過程中避免大的負荷波動

受熱管壁內(nèi)附著氧化皮的熱膨脹率遠小于金屬管的熱膨脹率，運行中如果負荷有較大的波動，會使受熱管道的溫度產(chǎn)生劇烈變化，由于膨脹量不一樣，氧化皮從壁面脫落下來。當脫落的氧化皮過多時，容易堵塞管道，導(dǎo)致爆管。所以在運行過程中應(yīng)當盡量避免大的負荷波動，在300MW以下負荷時控制升降負荷速率為2MW/min，300MW以上負荷時控制升降負荷速率不超過3MW/min。

（2）應(yīng)控制汽溫平穩(wěn)變化，防止溫度突變

在500-600℃這一區(qū)間內(nèi)溫度突變，極易造成大量氧化皮脫落，危害運行安全，因此要注意汽溫控制，盡量使其變化平穩(wěn)緩慢。水減溫器應(yīng)避免噴水量大幅度變化和周期波動，噴水量變化大，會造成減溫后汽溫大幅變化，引起氧化皮脫落。

（3）停爐時，嚴格控制停爐速度

1）停爐過程中，應(yīng)當嚴格控制停爐速度。設(shè)定降負荷速度。若升降負荷速度過快，爐內(nèi)溫度變化較劇烈，除了對爐本體設(shè)備會造成損壞外，還容易形成大量氧化皮脫落，堵塞管道。

2）直流鍋爐停爐后應(yīng)采用自然冷卻方式，并嚴格監(jiān)視分離器和水冷壁的降溫、降壓速率。鍋爐滅火后將給水流量保持5%，監(jiān)視啟動分離器的汽水和金屬降溫速度（不得高于1℃/min），內(nèi)外壁溫度偏差不得高于50℃。

3）機組故障緊急停機時，爐膛通風(fēng)10分鐘后立即停止送、引風(fēng)機，并關(guān)閉送風(fēng)機出口和引風(fēng)機進、出口擋板，進行燜爐6小時以上，防止受熱面溫度快速降低。控制高溫過熱器、再熱器蒸汽溫度和金屬壁溫降溫速率不大于1℃/min，主、再熱壓力降低速率不大于0.1MPa/min。降壓結(jié)束后，水冷壁可以上水冷卻，通風(fēng)冷卻要控制低溫段入口煙溫降低速率，尤其是金屬壁溫在200-300℃之間是氧化皮脫落的最危險期。

4、結(jié)論

在現(xiàn)有材料和技術(shù)水平下，超臨界鍋爐高溫受熱面氧化皮生成與剝落是不可避免的，通過對高溫受熱面管材選型、受熱面壁溫的控制、規(guī)范鍋爐啟停操作，可以減緩氧化皮生成和剝落，同時通過對金屬壽命評估檢驗、停爐檢修維護，能夠有效地避免或減少氧化皮集中剝落導(dǎo)致的停機事故。

參考文獻：

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