660MW超超临界锅炉高温氧化皮问题分析与防治

660MW超超临界锅炉高温氧化皮问题分析与防治

臧文杰

苏晋保德煤电有限公司 030000

摘要：目前，超临界锅炉和超超临界锅炉的大面积投入使用，锅炉高温受热面极易产生养护皮，而且氧化皮质脆，没有延展性，很容易膨胀龟裂甚至脱落，从而引起锅炉钢体本身的腐蚀和破坏。鉴于此，本文对660MW超临界锅炉高温受热面氧化皮产生机理和剥落速度进行详细分析，并提出了科学有效的解决措施。

关键词：660MW超临界锅炉；受热面；氧化皮；防治

引言

　近几年来，高参数的超（超）临界机组相继投运。超（超）临界机组运行的高参数，在带来更好的经济性的同时，对材料及运行条件要求也越来越高。在高温高压条件下，水蒸汽与铁的反应速率明显增加，因此高温受热面氧化皮的形成是一种必然的结果。随蒸汽在锅炉内循环，尤其是升降负荷阶段，形成的氧化皮异常剥落后，极易在弯管处堆积后堵管，造成爆管。

1氧化皮的生成机制

研究表明，超超临界机组蒸汽温度很高，在570℃时水蒸汽的氧化能力很强，高温受热面管内壁就会与水反应生成Fe（OH）₂，其饱和后在一定温度范围内转化为Fe₃O₄。而当温度高于570℃时，内部氧化物的分布就变为FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃这3层物质组成（FeO在最内层），其厚度比约为100∶10∶1。因FeO致密性差，结构疏松，破坏了整个氧化皮的稳定性，使氧化皮容易脱落堵塞管道。氧化皮的生成与温度、时间、氧量、压力、流速、钢材成分等有关。通常认为，温度越高、流速越快，生成速度越快。国内外的研究表明，金属表面的氧化膜并不是由生蒸汽中的溶解氧和铁反应形成的，而是由水汽本身的氧原子氧化表面的铁所形成。在570℃以上，水分子会分解为氢、氧原子，这充分满足了氧化反应的需要。

2氧化皮的脱落及影响因素

通过上述对氧化皮形成机理的分析可以得知，温度是导致氧化皮发生脱落现象的关键性因素。为进一步证实这一点，在实际工作中对超超临界锅炉机组当中的对屏式过热器和高温过热器进行细致的观察，观察发现，底部弯头的位置的氧化皮堆积现象不是非常严重，经过测量管内的蒸汽温度始终保持在550℃之下，而高温再热器的一些管屏当中氧化皮脱落的现象较为严重，经过测量温度始终在600℃之上，这样就进一步证实了温度对氧化皮脱落的决定性作用。为了对氧化皮脱落的原因进行深度剖析，对屏式和高温过热器管道、高温再热器管道进行了压力对比测试，经过测试发现，屏式及高温过热器的管道压力数值为24MPa，高温再热器的管道压力为4MPa，高温再热器当中脱落的氧化皮数量更多。因此，压力过低同样会导致再热器管道当中出现氧化皮脱落现象，温度和压力可以说是影响氧化皮脱落的两大重要因素，在实际处理工作中也要从这两方面因素出发进行综合性治理。

3氧化皮防治措施

3.1高温氧化皮的清理技术

１）割管清理。割管清理是通过检测发现氧化皮超过危险程度割开受热面管进行清理。该方法最直观和可靠，但清理工作量大，对受热面管损害大。２）蒸汽吹管。蒸汽吹管是在停炉后将锅炉冷却，待氧化皮脱落后再点火，利用蒸汽通过旁路对受热面氧化皮进行吹扫后再停炉进行检查。或直接在下次启机冲车前通过旁路进行氧化皮吹扫。上述方法能减少割管检查的数量，但由于不能保证所有受热面内的氧化皮均能吹扫干净。前一种方法还需要消耗大量的燃油并且延长检修工期。后一种方法可靠性不高。３）压缩空气吹扫。在国外有应用，需要另外增加系统，初投资大。实际应用效果不详。

3.2氧化皮防治措施

（1）660MW超临界锅炉在日常冲洗过程中，排出的水质必须符合冷态冲洗和热态冲洗水质指标中的相关规定。如果使用冷态冲洗，启动锅炉水循环泵，打开冷水调节阀，保持一定流量进行分离器的冲洗，直到排水水质Fe含量小于100μg/L时，冷态循环冲洗完成；当热态冲洗时，需要控制燃料用量和水量，经分离器入口的温度控制在200℃的恒温状态，然后进行冲洗，直到分离器排水水质Fe含量小于100μg/L时，热态冲洗结束。（2）660MW超临界锅炉在加热过程中启动时，必须确保其内部不同热状态的物质的升温控制曲线对蒸汽温度的合理控制。通常情况下，为了杜绝660MW超临界锅炉高温受热面金属的温度骤降，需要在热启动环节中，将锅炉的烟风系统同步启动，并且实时监控锅炉内部的运行状态，将炉膛通风的总风量控制在为35%，持续通风5min左右进行点火，并且在同一时间投入燃料量，控制屏过、高过、高再烟气温度保持恒定，以便防止660MW超临界锅炉高温受热面的温度降低。（3）加强660MW超临界锅炉运行时的金属壁温和工质温度的有效控制，严禁出现超高温的工作状态。通过调整660MW超临界锅炉的燃烧、配风以及煤水比以外，还可以根据锅炉高温受热面的材质，选择与之相对应的温度、湿度报警检测系统，对锅炉内部的过热器和再热器运行过程中的管壁金属温度进行实时监控，并且加强对汽温超限运行状态的考核和管理，严格控制660MW超临界锅炉的超温幅度和时间。

3.3预防氧化皮脱落的措施

在锅炉运行人员的配合下，严格执行规定：停炉后闷炉72h，停炉降温速率不超过2℃/min。在停炉过程中，炉膛通风10min后立即停运送、引风机，并关闭送、引风机进出口挡板，防止锅炉受热面降温过快。控制高温过热器、屏式过热器、高温再热器出口蒸汽温度和受热面金属温度降温速率，确保不超过2℃/min；主、再热压降速率不大于0.3MPa/min；降压结束后水冷壁上水，控制启动分离器温度降低速率不高于2℃/min；启动分离器储水箱，见水后方可启动烟风系统进行通风冷却。根据环境温度，控制风机的出力，调整低过、低再入口烟温的降低速率不高于2℃/min，禁止强制冷却，执行闷炉时间大于72h，避免停炉时产生奥氏体不锈钢管氧化皮脱落现象。

结语

防止因氧化皮脱落造成高温受热面管堵塞而爆管的关键在于有效控制受热面管壁温度及温度变化速度。但由于管壁温度测点安装在锅炉顶棚罩壳内，并不能真实反映炉内管壁实际温度及启停炉和机组负荷变化时炉内管壁实际温度变化速度。但在炉内加装管壁温度测点，根据试验确定炉内、外管壁温度的差值数据，结合炉外壁温测点的测量结果，根据蒸汽出口端管壁温度，计算各屏受热面不同管材的最高运行温度。为提高计算精度，采用数值模拟计算的方法确定屏底和各级受热面入口烟气的温度场和速度场分布，为热偏差系数的选取提供依据，以便利用测量炉内管壁实际温度及其温度变化速度，修正现有温度测点的数值，更好地控制氧化皮的生成，有效控制因氧化皮脱落造成高温受热面管堵塞而爆管。

参考文献

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