超临界锅炉氧化皮脱落原因分析及防治措施

超临界锅炉氧化皮脱落原因分析及防治措施

程建华

(江苏利港电力有限公司214444)

摘要：超临界锅炉氧化皮脱落现象的出现比较常见，而且近年来锅炉爆管停运事故频发也是由此导致的，所以为了进一步的控制这类事故的出现，需要对其出现的原因进行具体分析，并且选择有效的防治措施来提高锅炉运行的稳定性。

关键词：超临界锅炉；氧化皮脱落；防治措施

前言：本文研究的是650MW上海锅炉厂生产的超临界锅炉，四角切圆燃烧方式、一次中间再热、露天布置的锅炉。在锅炉使用的过程中，经常出现氧化皮脱落的问题，所以需要结合运行人员的经验进行分析，明确出现氧化皮脱落的具体原因，选择有效的防治措施，减少安全隐患。

一、氧化皮形成机制和脱落机制

（一）氧化皮的形成机制

在超临界发电技术的发展过程中，随着温度参数的不断提高，氧化皮的脱落会造成机组爆管，从而会引发各种非计划停运的事故。因此为了降低超临界机组氧化皮脱落的速度，保证机组的安全运行，还需要进行深入的研究。由于超临界机组蒸汽参数比较高，而且在高温状态下水蒸气的氧化性增强，所以会引发锅炉管内壁出现蒸汽氧化的现象。随着氧化膜的产生，在蒸汽压力的作用下，较低的蒸汽压力会加快其生长速度，金属温度也会对其氧化速度产生影响。

（二）氧化皮脱落机制

由于过热器与再热器都处于高温的运行环境之中，所以其管子的内壁会受到蒸汽影响而形成氧化皮。一般造成氧化皮脱落的原因主要有两个，第一是氧化皮厚度达到一定要求，第二是高温蒸汽管道温度变化幅度过大。氧化皮的膨胀系数与不锈钢金属的线膨胀系数差别较大，所以一旦出现温度的明显变化，就会导致氧化皮的破裂和剥离。

二、氧化皮的危害以及导致其脱落的主要因素

（一）氧化皮的危害

超临界锅炉，其受热面如果超过标准温度将会引发金属组织老化等问题，导致蠕变爆管，受热面高温氧化腐蚀还会加剧关闭变薄或者是堵塞爆管。氧化皮的具体危害还体现在：氧堵塞管道，引发受热面关闭金属超温爆管；氧化皮不断脱落，管壁变薄，一直到爆管；锅炉过热器、再热器等氧化皮的剥落，呈现的是固体颗粒状态，容易导致汽轮机通流部分的喷嘴、动叶片等受损，如果损坏较为严重，需要更换新的叶片[1]。

（二）导致氧化皮脱落的主要因素

随着锅炉的运行，水蒸气温度不断升高，蒸汽强氧化的温度范围是450oC-700oC，水蒸汽温度最高也处于这一区间内，水蒸汽会分解为氢氧原子和氧原子，容易与管内壁的金属离子产生反应并且形成氧化皮，随着温度的升高，大量的氧化皮逐渐出现。导致氧化皮脱落的主要因素主要有以下几点。

1.炉管材质因素

由于炉管材质中包含了较多的合金成分，会导致炉管运行过程中的温度裕度不足，在长时间的高温状态下，会出现快速氧化的情况，当氧化皮的厚度达到一定的程度，就会出现脱落的问题，如果炉管材质是不锈钢，其氧化皮脱落问题更加严重。

2.壁管温度因素

目前验证温度超标的方式，主要是检查运行记录，如果锅炉金属超过了设计的最高温度，就会加速氧化，引发炉管氧化皮厚度的增加，造成氧化皮的脱落。

3.机组启停时热应力因素

在机组启动的时候，会因为负荷比较大而对水循环造成一定的影响，因此炉管内处于高温干烧的状态，因此氧化速度会增加。此时，可以利用炉管内喷水的方式来进行降温，但是会产生较大的热应力，导致氧化皮的脱落。

三、预防超临界锅炉氧化皮脱落的主要措施

（一）冷态冲洗

1.选择冷态冲洗的方式，需要在凝汽器和除氧器之间建立一种循环，而且需要投入凝结水泵出口加氨处理设备，控制好冲洗水的PH值在9.0-9.5之间，从而可以有效的减少腐蚀问题。随着凝结水和除氧器出口水的含铁量不断增加，此时需要采用排放冲洗的方式，如果含铁量不高，可以采用循环冲洗的方式，直至其含铁量满足要求，即可结束冲洗环节。

2.等待启动分离器建立循环，需要投入给水泵入口加氨处理设备。调节冲洗水的PH值在9.0-9.3之间，当启动分离器出口的Fe含量，Fe<100μg/L、Sio2<50μg/L时，可以结束冷态水的冲洗。

（二）热态冲洗

等待启动分离器出口的温度达到180-220oC之间时，维持稳定的燃烧状态，可以进行锅炉的热态清洗。启动分离器出口的水质Fe>100μg/L、Sio2>50μg/L时，可以将水排至循环水。等待启动分离器出口的水质Fe<50μg/L、Sio2<30μg/L时，可以结束锅炉热态清洗[2]。

（三）锅炉启动的过程

1.结合锅炉的特点进行分析，一般投入燃料的速度较快，因此其工质膨胀现象较为明显，一旦压力增加，这种膨胀现象会更加明显，因此分离器水位控制需要采用自动投入的方式，如果是人工投入的话，需要特别注意分离器疏水箱水位的变化。

2.在启动阶段需要引起重视，可以加强壁温监视，等待主蒸气温度达到300oC时，停止升温升压，对过热器以及再热器的温度进行检查如果所有的金属壁温与对应的气温差小于70oC，机组会继续升温升压。如果大于70oC，择要增加扰动，并且要观察温度变化情况，如果温度不降低，则是堵管问题，需要安排热控人员对其进行温度检验。

（四）锅炉运行过程控制

注意机组负荷的合理调配，同时要调整燃烧工况，加强对受热壁温的合理调整，避免其出现较大幅度的波动。可以采用吹灰的方式，避免吹灰区域受热面温度急剧夏季那个。合理控制煤水的比例，要避免煤水失调引发过热器和再热器短期超温，避免减温水导致管壁温度骤降而引起氧化皮脱落。注意见识锅炉高温受热面温度的变化情况，避免其温度过高，注意受热面蒸气温度需要控制在金属温度范围内，如果金属温度过高，则要降低蒸气温度运行。

（五）锅炉停炉过程控制

1.正常停炉控制要求

在接到减负荷命令时，要注意负荷变化率不应超过10MW/min。需要将给煤机的出力减少到80%，并且选择从上到下的方式减少磨煤机给煤量，并且逐台停用磨煤机。在减负荷的过程中，需要重点监视主蒸气温度、风量等因素。如果自动投入不能满足要求，则要立即进行手动调整。注意锅炉熄火后，需要关闭减温水隔绝门，避免过热器系统出现热聚冷而造成氧化皮脱落。

2.滑停方式

当必须采用滑停方式时，机组负荷180MW，需要采用逐步投入的方式，注意调节旁路开度逐步降低机组负荷至调度要求，发电机解列以及气机停机，锅炉不熄火，保持低旁全开，高旁开度80%对主汽、再热器系统吹扫要大于30分钟。注意及时监视，避免壁温出现异常情况。在停炉之后，吹扫结束需要立即进行炉膛封闭，汽水侧全部封闭并且自然降压。

（六）锅炉停炉后保养

一般的锅炉停炉后保养采用的是余热烘干法，其压力降至锅炉制造厂规定值时，需要立即放尽内存水，炉膛余热可以烘干受热面。在停炉过程中，要等待主汽压力降至1.0-1.5MPa时，锅炉迅速开启疏水门进行热炉放水，等待分离器的压力降低到0.2MPa，可以开启锅炉并且排空气门，开启水冷壁入口联箱输水至无压放水手动门。

（七）检修措施

在检修期间，可以利用磁力监测技术对管内尤其是底部的弯头进行氧化皮沉积量检测。还可以利用射线拍片，对管内的氧化皮沉积情况检查，注意对管内超标的氧化皮进行割管处理。结合以往多次经验，重点检查后屏、高再、高过等区域不锈钢，逢停必检的工作不能忽视。

结论：随着锅炉生产技术的不断发展，虽然其运行模式有一定的优势，但是不可避免的会遇到氧化皮脱落等问题，影响机组的安全运行。所以需要造成氧化皮脱落的原因进行分析，选择科学有效的预防措施，来提高锅炉运行的安全性。

参考文献:

[1]侯荣利.超临界锅炉氧化皮原因分析与防治措施探讨[J].中国高新科技,2017,1(08):93-96.

[2]李振华,张仁海.600MW超临界锅炉受热面氧化皮生成原因分析及防治措施[J].河北电力技术,2015,34(S1):54-55.