鄭潤輝

（遼寧調(diào)兵山煤矸石發(fā)電有限責任公司，遼寧 鐵嶺 112700）

現(xiàn)在隨著火電技術(shù)水平的發(fā)展，一大批大容量、高參數(shù)機組大量投入運行，但是在運行過程中或多或少會產(chǎn)生一定的氧化皮，在高參數(shù)下，爐管的焊件受到不同擴張力的影響會產(chǎn)生裂紋，使金屬直接暴露在氧化環(huán)境中，導(dǎo)致爐管氧化速度進一步加速，產(chǎn)生的氧化皮會附著在爐管表面，如果鍋爐管壁長期存在過熱現(xiàn)象，便可能容易發(fā)生爆管事故[1]，以及汽輪機主、調(diào)閥卡澀事故，威脅機組安全運行。通過討論火電廠金屬氧化皮產(chǎn)生的機理并制定相應(yīng)的安全措施，對火電廠的安全運行具有很大的指導(dǎo)意義。

1 氧化皮產(chǎn)生機理

氧化皮生產(chǎn)原因、蒸汽氧化主要機理，其電化學(xué)過程如下：

在火電鍋爐熱力系統(tǒng)的環(huán)境溫度要求范圍內(nèi)，鐵、給水、氧氣指標體系的吸附反應(yīng)依照環(huán)境溫度區(qū)間及作用基本原理的區(qū)別，可以分為電化學(xué)變化及化學(xué)變化。在運行低溫區(qū)是電化學(xué)反應(yīng)，金屬通過氧氣之間的一系列化學(xué)反應(yīng)最終變成穩(wěn)定的Fe3O4。隨著溫度的升高，高溫氧化的化學(xué)反應(yīng)速度極速加快，F(xiàn)e3O4氧化層呈現(xiàn)1%-15%的孔隙，由于孔隙的存在使Fe2+發(fā)生氧化，生成Fe2O3沉淀在Fe3O4層的縫隙里，堵住了Fe3O4膜的縫隙，進而使Fe2+氧化的速度變慢，在金屬表面生成穩(wěn)定的雙層保護膜，高溫段的氧化膜一般統(tǒng)一叫做氧化膜[2]。

高溫蒸汽管內(nèi)壁氧化薄膜應(yīng)是個自然的過程，蒸汽水溫大于450℃才進入氧化范圍，開始時氧化薄膜演變很快，當氧化膜形成后反應(yīng)速率變慢，但隨著運行工況的劇烈變化，以及管子母材和氧化膜各異的擴張能力，金屬表面的氧化膜能產(chǎn)生裂縫，裂縫的存在致使機體金屬直接暴露于氧化環(huán)境之中，加快了氧化的速度，隨著高溫高壓的持續(xù)，金屬管壁能持續(xù)被氧化，最終產(chǎn)生大量的氧化皮，氧化層亦開始向雙層、多層發(fā)展。

2 氧化皮脫落原因

2.1 影響鍋爐氧化皮脫落的因素

火電廠在運行過程中，蒸汽的溫度最高可以達到550℃～600℃，但是它的氧化范圍只為450℃～700℃，正好在機組運行參數(shù)范圍內(nèi)，蒸汽通過分解變成氫氧原子以及氧原子，進而與鍋爐內(nèi)壁金屬原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成金屬氧化皮，在機組運行的高參數(shù)下，當金屬氧化膜生成到0.05～0.1mm，即達到臨界值時，氧化皮會出現(xiàn)自然脫落現(xiàn)象，堵塞鍋爐爐管，嚴重時會發(fā)生爆管事件。通過對火電廠運行過程中金屬氧化皮產(chǎn)生的機理和脫落原因進行分析，進一步對機組運行過程中氧化皮的環(huán)境因素展開以下分析。

2.2 爐管材質(zhì)因素

鍋爐爐管材質(zhì)成分多且含量各異，T23、T91、TP347以及Super304H 的抗氧化性和抗氧化溫度也存在差異，在進行設(shè)計時要充分考慮實際情況，預(yù)留好富裕度，否則在運行過程中就會超過設(shè)計值，鍋爐爐管長時間溫度高于抗氧化溫度，進而在短時間內(nèi)快速發(fā)生氧化現(xiàn)象，氧化皮超過臨界值，出現(xiàn)氧化皮脫落[3]。

表1

2.3 管壁溫度因素

對于已經(jīng)脫落的氧化皮，一般通過查閱運行記錄，檢查蒸汽溫度是否超溫來驗證金屬氧化皮的生成，當運行工況溫度超過設(shè)計值時，就會在短時間內(nèi)加快氧化速度，另一方面爐管氧化皮厚度變大，迅速達到臨界厚度，極易引起氧化皮掉落。

2.4 機組啟停時熱應(yīng)力因素

鍋爐啟動時，一般熱負荷很大，水循環(huán)不能達到正常的流量規(guī)范，這時鍋爐管壁處于干燒工況，在這種情況下，應(yīng)該及時噴減溫水來降低溫度，同時由于減溫水的應(yīng)用，盡管降低了爐管溫度，但也會同步產(chǎn)生大量的熱應(yīng)力，促進了金屬氧化皮的脫落。在汽輪機組停機時，容易出現(xiàn)參數(shù)波動大，鍋爐燃燒情況不穩(wěn)定等問題，這些問題出現(xiàn)后，容易導(dǎo)致主再熱汽溫迅速下降，進而使金屬產(chǎn)生巨大的熱應(yīng)力，在熱應(yīng)力下使氧化皮脫落。綜上所述，火電廠機組在啟停過程中，主再熱汽溫變化大、溫升變化率大導(dǎo)致金屬內(nèi)壁產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，是引起爐管金屬氧化皮脫落的因素之一。

2.5 鍋爐BT 壓火，停爐不停機的影響

循環(huán)流化床鍋爐蓄熱量大，可以實現(xiàn)這種工況。調(diào)兵山電廠至2 號機組投產(chǎn)以來，每年都有不止一次的鍋爐BT 或壓火處理缺陷而短時間停爐不停機的運行工況。這種停爐不停機的短時間運行工況，為了不使汽溫、汽壓下降過快，汽輪機需要快速將負荷減到最低，并且旁路要保持關(guān)閉狀態(tài)。這樣通過爐管的蒸汽流量非常少，很有可能在爐管局部出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，而這種超溫現(xiàn)象又無法監(jiān)視到，在短時間內(nèi)加劇爐管氧化的速度。

3 氧化皮脫落產(chǎn)生的問題

2010 年5 月遼寧調(diào)兵山煤矸石發(fā)電有限責任公司2 號機組投產(chǎn)運行，至X 年11 月高壓主汽門未發(fā)生過因爐管氧化皮脫落引起的卡澀，X 年12 月1 日機組發(fā)生事故造成全廠停電，機組雙停期間，機組跳閘后，由于循環(huán)流化床鍋爐雖然BT 跳閘，但由于其蓄熱能力強、過熱蒸汽減溫水失去、高壓旁路開度不夠（高壓旁路減溫水失去，開度過大時高旁后溫度超溫），導(dǎo)致高溫過熱器超溫（超過545℃）56 分鐘，最高溫度達到571℃，這樣加劇了高溫過熱器的氧化皮的形成、脫落，隨后在機組啟動后的運行過程中，1 號高壓主汽門在做定期試驗時多次出現(xiàn)輕微卡澀現(xiàn)象，在次年6 月2 日的定期活動試驗時1 號高壓主汽門卡澀嚴重，無法開至正常位置。在其后的機組小修中，將1 號高壓主汽門解體后獲取的卡澀物質(zhì)送遼寧電科院檢查，證明是管壁脫落的氧化皮。

4 防止氧化皮減緩、脫落的技術(shù)措施

4.1 給水處理方式

當前國內(nèi)給水處理方法主要有三種方法，分別是還原性全揮發(fā)處理AVT（R）、弱氧化性全揮發(fā)處理AVT（O）和加氧處理OT[4]，在實際運行過程中，根據(jù)機組型式、材料特性等制定相應(yīng)的運行規(guī)范。

4.2 調(diào)兵山電廠給水處理方式

調(diào)兵山電廠采用[AVT（O）]即機組給水只加氨的處理，機組爐水采用爐水固體堿化劑處理，根據(jù)運行情況來看，機組基本無腐蝕情況發(fā)生，通過檢修期間對兩臺機組水冷壁割管檢測情況，我廠均屬一類情況。

4.3 機組啟動

1.確認除氧器水質(zhì)符合要求，鍋爐可以進行上水。鍋爐上水過程中控制上水量80～120t/h，夏季不小于2小時，冬季上水時間不小于4 小時，上至點火水位。

2.啟動煙風系統(tǒng)，檢查機組具備點火條件。

3.根據(jù)要求投入風道燃燒器運行，控制出口煙溫不大于900℃，鍋爐的床溫升溫速率不得超過100 ℃/h。逐漸增加油量，原則上控制升溫速度不大于1.5℃/min，升壓速度：4.0MPa以下0.01MPa/min-0.03MPa/min；4.0MPa以上0.02MPa/min-0.05MPa/min。具體按升溫升壓曲線進行。

4.床溫380℃檢查給煤線，床溫400℃對稱投入2、3 號給煤線（前給煤口），1、4 號給煤線（后給煤口）點動給煤，燃燒后逐漸升溫至520℃，逐漸減少油量。床壓不再繼續(xù)下降時二次風量改為上小下大，控制高過入口溫度500℃。投煤燃燒穩(wěn)定后，根據(jù)需要緩慢投入高再低過外置床各風室流化風量，緩慢暖外置床，定期開灰控閥。

5.汽壓升至4.2MPa，過熱汽溫340℃，再熱汽壓力：0.8MPa 再熱汽溫260℃，蒸汽品質(zhì)合匯報值長，具備沖轉(zhuǎn)條件，利用高低旁路控制機組壓力。

6.暖機時中壓主汽門前蒸汽溫度達260℃時，開始計算暖機時間 ≮ 3 小時，原則上控制主汽溫升溫速度≯0.25℃/min，再熱汽溫≯0.2℃/min，但主汽溫度不得超過427℃，再熱汽溫不得低于260℃。

7.暖機后結(jié)束后升速定速緩慢增加給煤，高旁仍保持80%以上，低旁60%以上，保持壓力穩(wěn)定，緩慢投入中過外置床。

8.并網(wǎng)立即關(guān)閉減溫水門氣溫逐漸上升，關(guān)高低旁控制壓力上升，帶初負荷15MW 維持10 分鐘，緩慢增加機組負荷。

4.4 機組停運

1.機組主蒸氣、再熱蒸氣的降溫速率：＜1℃/min。

2.機組主蒸氣、再熱蒸氣的降壓速度：＜0.098 MPa/min。

3.汽輪機缸體金屬的溫度下降率：＜1℃/min。

4.機組主蒸氣、再熱蒸氣的過熱度：＞56℃。

5.機組主蒸氣、再熱蒸氣的溫度差值小于30℃。

6.負荷下降速度：＜3 MW/min。

7.汽輪機調(diào)節(jié)級后面的蒸汽溫度，不得低于高壓內(nèi)缸金屬溫度30℃，若低于則暫時停止降溫。

8.按照機組滑參數(shù)停機的要求控制床溫不大于100℃/h，床溫490℃以下停止風機運行，關(guān)閉送風引風機進出口擋板封閉爐膛進行悶爐，防止受熱面快速冷卻。六小時后，開啟兩臺二次風機和兩臺引風機出入口擋板，全開上二次風風量擋板，然后根據(jù)汽包壁溫差調(diào)整上二次風擋板開度。

9.如果遇到特殊情況，當床溫降至200℃左右時，可執(zhí)行快速冷卻措施。

4.5 機組正常運行汽溫變化規(guī)定及異常處理

嚴格執(zhí)行主、再熱蒸汽溫度異常的運行規(guī)定，不斷完善熱工自動控制系統(tǒng)，對給水、一、二級減溫水、再熱器溫度自動、負荷控制邏輯不斷進行改進，減輕系統(tǒng)溫度的周期性波動幅度和速率。

1.正?？刂浦髌麥囟龋?41+5 或-10℃，再熱汽溫：541+5 或-10℃。

2.主、再熱蒸汽汽溫上升至551℃，應(yīng)匯報值長，鍋爐盡快恢復(fù)必須立即采取一切手段進行調(diào)整降溫，且異常升高至546℃～551℃之間全年累計運行時間不得超過400 小時。

3.主、再熱蒸汽汽溫上升至565℃，連續(xù)運行時間不得超過15 分鐘，否則應(yīng)匯報值長不破壞真空故障停機，并且異常升高至551℃～565℃之間全年累計運行時間不得超過80 小時。

4.主、再熱蒸汽汽溫上升超過565℃，應(yīng)立即匯報值長不破壞真空故障停機處理。

5.主、再熱蒸汽汽溫下降至525℃，應(yīng)及時進行調(diào)整恢復(fù)；下降至510℃，應(yīng)按相應(yīng)的規(guī)定進行減負荷，并適當降低汽壓，保證蒸汽過熱度不低于120℃，并匯報值長；下降至460℃，雖經(jīng)減負荷至零仍不能恢復(fù)并繼續(xù)下降至454℃時，應(yīng)匯報值長不破壞真空故障停機處理。

6.主、再熱蒸汽溫度異常時，應(yīng)迅速采取措施恢復(fù)汽溫至正常，在處理過程中，若汽溫在10 分鐘內(nèi)急速下降超過50℃，應(yīng)立即匯報值長，按不破壞真空故障停機處理。

7.汽溫下降減負荷過程中，應(yīng)適當降低主汽壓力以保持蒸汽過熱度不小于56℃，否則立即匯報值長按不破壞真空故障停機。

5 結(jié)語

總之，在機組運行過程中，應(yīng)加強鍋爐爐管金屬氧化皮的監(jiān)管，在運行過程中要嚴格按照規(guī)范操作，及時調(diào)整汽溫、汽壓，防止溫度超過規(guī)定值，加速金屬氧化皮的生成，同時，在運行過程中，應(yīng)該避免鍋爐熱負荷短時間內(nèi)大幅度波動、負荷大幅度波動；在機組停運后，要堅持逢停必檢的原則，針對鍋爐本體及高溫蒸氣管道進行氧化皮狀態(tài)檢查、清理，降低機組運行過程中由于氧化皮的存在造成事故發(fā)生的概率。