火力电站锅炉受热面氧化皮控制措施研究

火力电站锅炉受热面氧化皮控制措施研究

候金坤

神华国华孟津发电有限责任公司

摘要：目前在国内锅炉火力发电机组中，超临界锅炉高温受热面不锈钢管内壁受到蒸汽氧化，从而引发其内部氧化皮层产生堵塞爆管的现象。国内不少学者针对锅炉受热面氧化皮脱落的问题原因分析以及防治措施进行了一系列的研究与调查工作，目前已经寻找到可以在一定程度上积极应对氧化皮脱落问题的有效措施，但是目前技术领域还无法彻底解决氧化皮的形成与脱落的根本性问题。为此，我们应当首先了解氧化皮所产生的危害性作用。锅炉在运行的过程中，因为蒸汽侧氧化皮的形成与脱落造成的主要危害主要集中在如下四个方面：第一：在一定程度上阻碍锅炉内部蒸汽的流动，从而使得锅炉内壁温度大幅度升高，导致锅炉炉管泄漏。第二：氧化皮自身存在绝热的属性，这种属性容易引起受热面管内的金属壁的温度上升，从而影响了受热面管金属璧的使用寿命。第三：脱落的氧化皮容易被带入整个机组的汽机内，会损伤内部的一些器件。第四：由于氧化皮存在一定的污染，氧化皮在锅炉内壁的形成容易造成内部汽水的污染，从而影响锅炉内壁汽水的质量。

关键词：火电厂；锅炉氧化皮脱落；因素；预防措施

随着发电技术的发展，大容量、高参数火电机组近年来大量投入电网，现在超（超超）临界机组已成为中国电力生产市场的主力机型。然而在大机组中氧化皮脱落是一个普遍存在的问题，在高温、高压状态下，炉管的母材会受不同膨胀力的影响产生裂纹，使基体金属直接暴露于氧化环境中，加快炉管氧化速度，形成的氧化皮随着温度和介质变化，会脱落并附着在弯管处，若管壁长期过热，便可能导致弯管爆破事故，致使火电厂机组无法安全有序运行。探讨锅炉氧化皮脱落的原因并提出针对性的预防措施，对提高电厂运行的安全经济性有极大意义。

1影响锅炉氧化皮脱落的因素

火电厂超（超超）临界直流锅炉运行过程中，蒸汽温度最高可达550℃～600℃，而蒸汽强氧化范围为450℃～700℃，恰好处于锅炉运行温度范围内，水蒸气这一温度范围内分解成为氢氧原子和氧原子，易与炉管内壁金属离子发生反应所生成产物即为氧化皮（以Fe2O3、Fe3O4、FeO为主要成分），随着高温高压氛围的持续，金属管壁会持续被氧化，最终形成大量的氧化皮。当不锈钢炉管内氧化膜积累到0.05～0.1mm厚度，达到临界厚度，或母材基体与氧化膜之间的应力达到临界值时，氧化皮会自然脱落，甚至堵塞炉管，造成炉管爆炸。基于锅炉氧化皮形成和脱落原因，对影响锅炉氧化皮脱落的因素进行以下分析。

1.1炉管材质因素

炉管材质合金成分较多，Cr含量各异，T23、T91、TP347和Super304H耐热钢抗氧化性和抗氧化温度也不同，如果不根据这些成分实际状况进行设计，炉管实际运行中就可能会使温度裕度不足，甚至使炉管运行温度长时间高于抗氧化温度，致使短时间内快速氧化，氧化皮厚度超过临界标准，最终导致氧化皮脱落。

1.2管壁温度因素

对于已经脱落的氧化皮或炉管爆炸事故，一般是可以通过查找运行记录来检查温度是否超标的方法进行验证。当锅炉金属在超过设计温度或超过钢的最高氧化温度运行时，短时间内氧化速度会加快，同时炉管氧化皮厚度随之加厚，迅速达到临界厚度，易引起氧化皮脱落。

1.3机组启停时热应力因素

机组启动时，一般热负荷较大，水循环不能达到正常的流量标准时，会使炉管处于超高温干烧状态，甚至会在短时间内加剧氧化速度。这种情况下，会采用炉管内添加减温水方法来降低炉管温度，而在加减温水过程中虽然可以使炉管温度下降，但却容易产生大量的热应力，从而使氧化皮脱落。目前很多氧化皮脱落问题都是由这一原因引起的；当机组停机时，容易出现滑落参数相对较低、热负荷波动较大，燃烧不稳或停机前低负荷工况依靠减温水来维持蒸汽的温度等问题，出现这些问题后会使温度迅速下降，并产生较大的热应力，最终使氧化皮脱落。从上面叙述来看，机组启停过程中的温度变化率过高会引起较大的热应力，是造成氧化皮脱落的因素之一。

2锅炉氧化皮脱落预防措施

综合以上分析，氧化皮生成是必然的，无法遏止，控制氧化皮过早脱落是我们研究的目标，针对前述氧化皮脱落的影响因素分析，提出以下防止锅炉氧化皮脱落的措施

2.1提高材料抗氧化性

炉管材质造成的锅炉氧化皮脱落，在含有T23成分的钢炉管中比较严重，如果锅炉运行中因这类钢管而造成氧化皮脱落，可以通过更换耐热等级较高的T91耐热钢材质。因钢氧化性与钢的晶粒度、光洁度、喷完处理及α或β相等组织状态有关，也可以通过对晶粒细化处理和喷丸处理来提高钢的氧化性，来减少锅炉氧化皮脱落问题。

2.2控制管壁温度，避免超温

锅炉正常运行过程中，需要对主、再热汽温度及相应的金属壁温进行控制，确保其在设计温度以下，同时关注锅炉受热面的偏差，做好燃烧调整，控制主、再热汽温两侧偏差在许可范围内（一般控制偏差不大于10℃），避免锅炉局部受热而长期处于超温运行状态。运行过程中如果发现有壁温超过临界值，应迅速分析原因，采取措施，降低蒸汽温度。

2.3严格控制机组启停期间的温升（降）率

2.3.1启动温度控制

启停锅炉时，需要根据锅炉类型严格控制机组温度，冷态启动时，锅炉点火起压后按照步骤缓慢开组汽机旁路来冷却过热器，将升温速度控制在每分钟1.5℃以下，主汽升压速度每分钟0.1MPa。当汽压及蒸汽流量满足要求，可以通过大幅度快速开启高、低旁对过热器和再热器系统进行吹扫，把沉积在过热器中的氧化皮全部吹干净。热态启动时，需对金属温度进行控制，避免冷却，可提高升温生压速率，尽快过渡到停机前的温度水平。同时启动过程中在低负荷阶段应尽量少用减温水，缩短锅炉干、湿态转换时间，避免金属温度大幅波动锅炉。

2.3.2停运温度控制

锅炉机组正常停机时，一般选择滑停方法，滑停过程中，需将屏过、高过和高再的出口蒸汽降温速率控制在每分钟2℃以下，主汽压降压速率每分钟0.1MPa，以确保滑停时个出口温度和汽压在临界值范围内。如果锅炉突然熄火后或突然停机，必须在锅炉通风5min后，立即停止送、引风机，进行焖炉，直至金属壁温符合要求，才能进行自然通风。

3总结

本文通过对锅炉受热面氧化皮脱落原因的阐述性分析，对造成氧化皮脱落的原因进行了一定程度上的探究，在后续工作中提出了相应的防治措施，例如加强管道内部以及锅炉内部温度检测等一系列较为实际的措施，从而可以在一定程度上避免氧化皮脱落对锅炉或机组造成的危害。在实际工作中，工程技术人员应当加强技术创新与实践，不断总结经验，统筹兼顾，不断创新现有技术，为解决锅炉受热面氧化皮脱落问题进行深入地分析与研究，并要总结出相应的方式与措施，从而实现发电厂经济效益的提高。

参考文献：

[1]窦照英，周军.锅炉压力容器腐蚀失效与防护技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]郝景泰，于萍，周英.工业锅炉水处理技术[M].北京：气象出版社，2000.

[3}姚伟，何红光，刘家利等.煤灰沾污性能判别试验研究[J].热力发电，2010（3）.

[4]杨忠灿，刘家利，何红光.新疆准东煤特性研究及其锅炉选型[J].热力发电，2010（8）.