火电厂锅炉金属氧化皮剥落问题研究及防范措施解小军

火电厂锅炉金属氧化皮剥落问题研究及防范措施解小军

解小军

（陕西华电榆横煤电有限责任公司榆横发电厂）

摘要：随着电力建设的快速发展，国内火电厂新引进的机组由以往的小容量、低参数转向为大容量、高参数，但是随着机组参数提升而来的还有锅炉氧化皮剥落问题，严重影响着锅炉乃至火电厂的安全运行。尤其是现下机组参数的提升以及电网要求机组频繁启停导致金属氧化腐蚀程度加剧，破坏更加严重，因此探究火电厂锅炉金属氧化皮剥落问题对于火电厂的运行和发展有着极其重要的意义。本文结合相关工作经验，分析火电厂锅炉金属氧化皮剥落问题形成的原因，并探究相应的防范措施，为火电厂相关工作人员防范锅炉金属氧化皮剥落提供相应的理论依据，以便于相关工作人员实施，促进国内火电厂更好地发展。

关键词：火电厂锅炉；金属氧化皮；防范措施

近些年来，国内电力发展十分迅猛，其中大容量机组具备燃煤效率高、排放污染物较少等优点，在国内火电厂已经普遍应用，现下更成为符合国内环保燃煤、提高能源利用率的重要设备。但是，随着设备容量的增加，相应的蒸汽参数也有了很大的提高，在长期运行过程中，锅炉受热面氧化皮剥落问题相对较为严重，严重危害机组的安全。火电厂锅炉金属氧化皮剥落会导致锅炉高温、高压管道的堵塞，还有可能导致超温和爆管现象，严重磨损蒸汽轮机的部件，并且还会影响水蒸汽的品质。下文分析锅炉金属氧化皮剥落原理、特征，从多个方面探究防范锅炉金属氧化皮剥落问题的措施。

1锅炉金属氧化皮形成机理及危害

1.1锅炉金属氧化皮形成和剥落机理

早在19世纪30年代，德国科学家就已经发现金属在高温水汽中会发生氧化反应，氧化反应中消耗的氧是水汽本身结合的氧，不是水汽中的溶解氧。相应的化学反应方程式为：3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2。在火电厂实际生产中，投产初期蒸汽中含氢量相对较高，符合上述反应方程式。前期锅炉蒸汽氢气含量较高，但是会很快降低，这是因为在运行过程中，锅炉金属表面已经形成了致密的氧化皮，在正常情况下这一反应需要较长的时间，但是在超温和温度压力大幅波动时，生成的Fe3O4不能形成致密的保护膜，使水蒸气和铁不断产生反应，当汽水温度超过570℃时，反应生成物为FeO，金属表面的双层膜就会变为疏松的多层膜结构，当氧化层生成到一定的厚度，氧化膜之间会产生大量裂纹，空洞，容易脱落。

氧化皮剥落主要来自受到的应力。由于形成氧化皮之后进一步氧化速率减慢，和其他部位金属材质存在一定的差异，各基体膨胀系数不同，在管壁温度发生变化时，氧化皮会受到附加应力，温度变化幅度大、速度快、频率大，氧化皮越容易脱落，同时氧化皮越厚越大受到的剥落应力越小，越易剥落。其中，锅炉受热面氧化皮最容易发生脱落的位置多为U型管道的上端，在出口端最为严重，因为在出口端水蒸气的温度相对较高，相应的氧化皮厚度大，当发生拉伸程度变化以及热胀冷缩情况时，很容易发生氧化皮剥落。

1.2影响锅炉金属氧化皮形成的主要因素

1.2.1锅炉金属材料

对于金属材质拥有着不同的氧化层抗剥落能力，在火电厂锅炉方面，选用的材料不同就会呈现不同的金属氧化皮剥落情况。其中，锅炉金属中铬含量决定着金属抗氧化性能，现下火电厂锅炉使用的钢材SA2132—TP347HFG和SA213-T91具备较高的抗氧化温度，而SA213-T23材质的钢材具备的抗氧化温度较低。

1.2.2锅炉金属超温运行

在火电厂正常运行过程中，锅炉金属受热面表面氧化层会随着时间的增加而增厚。尤其是在锅炉金属管壁处于超温状态时，再热器管和过热器管表面氧化层增厚的速度会增快，温度越高，氧化皮厚度增长速度越快。

1.3影响锅炉金属氧化皮剥落的因素

1.3.1金属氧化皮的厚度

在火电厂锅炉运行过程中，相应的金属氧化皮厚度在达到一定的量时，会由于温度等剧烈变化因素的影响，发生金属氧化皮剥落情况，据相关研究发现金属氧化皮剥落需要的弹性会随着锅炉金属氧化皮厚度上升而下降。

1.3.2温度变化

在机组启停或者机组处于超负荷、温度压力波动较大状态时，锅炉金属氧化皮很容易发生剥落现象，因为在启停机组中会有较大程度的拨动，振动力度会导致锅炉金属氧化皮剥落，当锅炉温度越高，金属氧化皮也越容易发生剥落。

1.4锅炉氧化皮剥落的危害

1.4.1卡涩主汽门

在火电厂运行系统中，为保证机组大闸停机不出现飞车事故，相应配备有汽机高压主汽阀，在正常运行过程中，如果在机组甩负荷停机时主汽阀不能正常的关闭，很容易发生汽轮机飞车等意外事故。主汽阀阀套和阀杆之间具备的间隙较小，当锅炉管壁内部发生氧化皮剥落，剥落下来的氧化皮进入间隙之后会导致主汽门的卡涩，开关不正常。

1.4.2发生爆管

火电厂锅炉金属氧化皮脱落之后，会将锅炉金属受热面管道堵塞，导致管道内蒸汽流量降低，很容易发生超温爆管现象。并且，超温爆管事故在国内一些电厂内都有发生，在发生之后为了降低事故损失，不得已需要利用化学清洗，随着国内氧化皮测厚技术的不断完善和成熟，现下基本上已经可以通过管理受热面状态进行锅炉受热面寿命的预测。

1.4.3损坏汽机相关部件

对于锅炉再热器和过热器金属氧化皮而言，大多数都会随着蒸汽到达汽机，在喷嘴的驱动下，速度逐渐加快获得较大的动能，在碰撞到汽机的动叶或者喷嘴之后，会导致相应叶片发生损坏，导致汽轮机级效率降低，也会导致叶片强度下降，甚至会导致汽机叶片断裂。

1.4.4导致水汽中铁含量增加

锅炉金属氧化物剥落物颗粒在经过高速蒸汽带出，在撞击到汽轮机叶片之后，会发生破碎，一些颗粒会变得更细、更小，并会导致叶片冲蚀产物飞入凝汽器。这些颗粒会随着水汽到达任何地方，成为组成热力设备结构的重要成分。

1.4.5导致锅炉受热面温度再度升高

对于锅炉氧化皮，在导热系数方面和金属木材相比相对较低，在锅炉受热面内壁生成氧化皮之后会导致管道导热热阻增加，从而会导致金属管道温度进一步升高。

2防范锅炉金属氧化皮形成及剥落的措施

2.1优化金属母材及结构

金属材质是导致金属氧化皮形成及剥落的重要因素，因此要进行锅炉金属母材及结构的优化。可以应用T22等具备较高抗氧化性能材质当作火电厂锅炉受热面材质，优化锅炉金属母材本身，更换和更新易超温的金属材质零件。一般高温受热面金属壁温低于570℃采用T23，高于570℃采用T91，高于595℃采用TP347HFG或HR3C。在处理金属氧化皮时，可以采用给水加氧处理方式，这种方式可以改变氧化膜的溶解度，促进氧化皮稳定性的增强，从而降低锅炉金属氧化皮剥落几率。比如可以对锅炉金属受热面实施镀铬处理，还可以调节和改进汽机主汽阀和喷嘴结构，从根本上减少氧化皮的形成。

2.2减少锅炉金属受热面超温情况

为优化锅炉燃烧条件，可以进行煤粉细度、锅炉变煤种、燃烧器结构的调整；另外，可以通过增加锅炉炉膛区域的吹灰器，实现对燃烧器的改进，增加火电厂锅炉的受热面，在再热器等部件上也可以实施相应的操作，减少和降低锅炉金属受热面超温情况的发生。

2.3优化锅炉启停过程控制参数

在锅炉启停过程中最容易导致锅炉金属氧化皮发生剥落，尽量避免滑参数停炉和紧急停炉，停炉后严禁采用强制通风方式进行冷却。因此，为减少这种情况的发生，要进行锅炉启停过程控制参数的优化，在实际操作中，可以通过带旁路启动或者提前投入旁路系统运行降低启动中固体颗粒冲蚀蒸汽轮机的程度，还可以将制粉系统投运时间推迟、启动过程中快速通过低负荷阶段等处理，实现氧化层生成速度的减缓。

2.4完善和优化相关检修管理制度

在所有的防范火电厂金属氧化皮剥落技术中，还没有办法阻止氧化皮的生成以及全面清除和杜绝，因此需要借助人力进行检修和监测，需加强相关检修管理。相关管理人员可以依据火电厂实际运行情况，建立抽检制度并进行定期检查，严格执行逢停必检，对高温过热器、高温再热器U型管排下部弯头处进行拍片或进行磁性氧化皮检测，测量管子蠕胀、胀粗、变色、变形、割管检查等方法认真检查，清理堆积的氧化皮，保证火电厂安全稳定运行。

3结束语

总而言之，火电厂锅炉金属氧化皮形成和剥落会对火力发电厂的相关设备造成严重的影响，在实际运行过程中，要分析锅炉金属氧化皮形成和剥落的机理，从本源上探究发生相应问题的原因，并针对相应的原因探究相应的防范措施，为火电厂的安全稳定运行提供良好的保障。

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