超临界锅炉氧化皮生成与脱落的防控郭志江

超临界锅炉氧化皮生成与脱落的防控郭志江

郭志江

（内蒙古京能康巴什热电有限公司内蒙古鄂尔多斯市017000）

摘要：在当前进行超临界锅炉运行操作时锅炉钢结构易发生氧化作用生成铁氧化物在锅炉钢结构外边形成氧化皮，这些氧化皮积累后慧聪金属本体上剥脱，一旦流入受热面管道就可能堵塞管道引起爆管等等问题，本文就超临界锅炉氧化皮产生与脱落的原因进行了探讨，并提出了锅炉氧化皮生成与脱落的防控措施。

关键词：超临界；锅炉；氧化皮；生成与脱落；防控

引言

超临界锅炉是指运行中锅炉内工质的压力超过临界值的锅炉，通常锅炉所用钢材在高温状态下较于发生氧化，氧化作用所形成的氧化皮对锅炉运行状态会产生影响，我们针对超临界锅炉进行氧化皮生成与脱落机制的了解后发现，锅炉结构温度差与启停操作不规范会造成锅炉氧化皮生成与脱落速度增快。

1锅炉氧化皮形成原因

根据奥氏体不锈钢在超临界以上参数锅炉中的使用特性，其抗氧化性较弱，温度越高，高温氧化的速度就会越快，氧化高峰期到来得越早，在实际运行中越容易造成受热面氧化皮的大面积脱落堵塞爆管的事故。有的厂由于受热面运行超温，以及锅炉启停时温度升降过大，锅炉保养不好，不足10000小时就会发生氧化物大面积快速脱落并堵塞爆管的事故（国内机组高峰期最早的在2700小时左右）。超临界锅炉高温受热面采用马氏体钢、铁素体钢和奥氏体钢材料后，管道内壁在高温高压水蒸汽作用下生成氧化皮是不可避免的。氧化皮的主要成分是大量Fe3O4和少量Fe2O3。而铁氧化物Fe3O4与奥氏体不锈钢母材晶格形式、热膨胀系数之间有较大差异。运行中，管内壁产生氧化皮生长到一定厚度时，在机组启停过程中，在管道温度变化较大时，由于氧化皮与受热面热膨胀系数相差较大，氧化皮就很容易从金属本体剥落。当剥落物堆积到管排下部弯头部位时，将导致受热面管路堵塞而引发超温爆管；当剥落物随主蒸汽进入主汽阀会造成主汽阀卡涩；当剥落物进入汽轮机通流部分将发生固体颗粒冲蚀。防止氧化皮脱落对亚/超(超)临界机组安全、稳定、经济运行具有十分重要的意义。氧化皮产生的主要原因是高温氧化。其他原因为：锅炉长时间运行、汽水品质、运行操作习惯、锅炉构造及其他因素。

2氧化皮的脱落

2.1停炉时

因为不锈钢的线膨胀系数为2.1×10-5，氧化物的线膨胀系数为0.9×10-6，膨胀系数不同，氧化物脱落无法避免。由于不锈钢在运行时内壁已有大量的氧化物存在，不锈钢和氧化物的膨胀系数又相差较大，而在冷却时不锈钢收缩快，氧化物收缩慢，因此造成氧化物-挤碎-脱落-沉积。

2.2启炉时

由于不锈钢在运行时内壁已经有了大量的氧化物存在，在停炉时已经破碎，不锈钢和氧化物的膨胀系数相差较大，但不锈钢的膨胀速度快，氧化物的膨胀速度慢，氧化物破碎量小，一般不会造成氧化物的大面积脱落。氧化物脱落量小，一般不会造成堵塞爆管。

3防止氧化皮生成与剥落的具体措施

3.1控制受热面超温减缓氧化皮的生成

由于运行温度越高氧化皮的生长速度越快，并且运行温度超过某一临界值，氧化皮的生长呈现加速现象，因此通过控制受热面超温运行可有效减缓氧化皮的生成。通常锅炉厂提供的高温受热面金属报警温度是根据相应压力按照管材强度的计算值，而考虑管材高温氧化的问题较少，因此需要更保守的设置受热面金属报警温度来限制受热面出口的蒸汽温度。

3.1.1通过燃烧调整控制管壁超温

运行人员加强受热面金属管壁温度的监视。由于测量值为大包内壁温，炉内的实际壁温要在此基础上加30℃～50℃，若出现金属管壁温度报警，及时调整锅炉配风并降低主、再热蒸汽温度运行；若温度降至550℃后，金属管壁温度还是超限，则应申请调度降低机组负荷，直至金属管壁温度恢复正常，汇报设备管理员进行分析调整。

3.1.2减少炉膛出口烟温偏差

运行中可增加SOFA反切风门开度、利用两侧CCOFA风门开度偏置，进一步减小炉膛出口烟温偏差，防止分隔屏出口蒸汽温度偏差过大，必要时尽量降低火焰中心高度，减小高温受热面的“温压”(降低烟气和蒸汽温度差，保证相同蒸汽温度的条件下降低受热面的金属温度)。

3.1.3重点抓好管壁超温管理

适当降低壁温和蒸汽温度限定值。后屏出口壁温可控制在535℃，末级过热器和末级再热器壁温可控制在600℃。建议末级过热器和末级再热器出口蒸汽温度超过设计值5℃开始进行考核，至于后屏，考虑到设计计算与实际运行存在差异性，蒸汽温度考核限定值可适当放宽，建议超过设计值10℃开始进行考核。

3.2规范锅炉启动和停运操作

由于氧化皮的剥落影响因素复杂，既与氧化皮的厚度有关，也与受热面的温变速率有关，不同的材料和运行环境生成的氧化皮形态和结构也存在比较大的差异。在锅炉启动过程中尽量平稳的控制锅炉的温升，停炉后尽可能降低锅炉的降温速率，可有效缓解氧化皮在危险阶段的剥落。

3.2.1加强锅炉启动过程中的大流量冲洗

(1)机组达到冲车参数后稳定锅炉热负荷，利用机组高、低压旁路系统进行大流量冲洗。

(2)解除旁路系统自动，将低压旁路全开，高压旁路迅速全开至100％，冲洗5～10min后再逐渐关闭高压旁路调节门至主汽压力8MPa。重复操作5～10次。

3.2.2控制好锅炉启动过程中的温升速率

启动过程中严格按照锅炉启动曲线进行升温升压，启动过程中加强受热面金属管壁温度监视，控制金属壁温均匀上升；发现管壁温度异常升高时，稳定燃烧工况运行，停止升温、升压。

3.2.3严格控制停炉过程中的冷却速度

(1)机组采用正常方式停机时，将机组负荷降至200MW后，锅炉稳定负荷，机组通过开启高、低压旁路降负荷至100Mw以下后，即请示调度同意，手动MFT打闸停机；吹扫5min后，停止送引风机运行，关闭风、烟系统挡板进行保温、保压。

(2)如非工作必须，尽可能避免采用滑参数(温度)方式停机；必须采用滑参数方式停机时，整个停机过程中严格控制主蒸汽和再热蒸汽的降温速率小于1．2℃／min。

(3)待主蒸汽压力降至1.8MPa时，锅炉迅速开启疏水门进行热炉放水，待分离器压力降至0.2MPa时开启锅炉排空气门，开启水冷壁入口联箱疏水至无压放水。待锅炉主汽压力降至OMPa、水冷壁入口联箱疏水至无压放水手动门无水后，关闭排空气门、疏水门。

4结束语

总之，在运行锅炉时要严格按照规范进行操作，以降低操作中出现升降温速度过快的情况，同时在锅炉停炉后要强化检查，贯彻逢停必查的检查原则，针对金属本体与管道进行氧化皮状态检查与清理，降低锅炉运行中由于氧化皮存在造成的事故概率。

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