直流爐氧化皮控制措施

白晶 李欣

【摘要】介紹了直流爐氧化皮的危害及田集電廠鍋爐因為氧化皮脫落引起爆管的情況。分析了直流爐在制造加工階段和投運后氧化皮生成及脫落的具體原因。通過田集電廠的多次操作經(jīng)驗，總結(jié)了一套運行人員在正常運行中控制氧化皮生成與脫落的主要措施。

【關(guān)鍵詞】氧化皮 壁溫 超溫 堵塞 爆管

1直流爐氧化皮的危害

超臨界直流鍋爐，受熱面超溫將引起金屬組織老化，產(chǎn)生蠕變爆管，受熱面高溫氧化腐蝕將導(dǎo)致管壁減薄或堵塞而爆管。田集電廠就因為氧化皮脫落的原因，連續(xù)爆管，在安全經(jīng)濟生產(chǎn)方面，受到很大的影響。其具體危害有：氧化皮堵塞管道，引起相應(yīng)的受熱面管璧金屬超溫爆管；長期的氧化皮脫落，使管壁變薄，強度變差，直至爆管；鍋爐過熱器、再熱器、主蒸汽管道及再熱蒸汽管道內(nèi)剝落下來的氧化皮，是堅硬的固體顆粒，嚴(yán)重?fù)p傷汽輪機通流部分高/中壓級的噴嘴、動葉片及主汽閥、旁路閥等，導(dǎo)致汽輪機通流部分效率降低，損傷嚴(yán)重時甚至必須更換葉片。

2直流爐氧化皮形成及脫落原因

過熱蒸汽管道內(nèi)氧化膜的形成原因分為制造加工和運行后兩個階段。

2.1制造加工階段氧化膜的形成

過熱蒸汽管道制造加工過程中氧化膜的形成是在570℃以上的高溫制造條件下，由空氣中的氧和金屬結(jié)合形成的。該氧化膜分三層，由鋼表面起向外依次為FeO﹑Fe3O4﹑Fe2O3，見圖1所示。試驗表明：與金屬基體相連的FeO層結(jié)構(gòu)疏松，晶格缺陷多，當(dāng)溫度低于570℃時結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，容易脫落，或在半脫落層部位發(fā)生腐蝕。

因此，在新鍋爐投產(chǎn)前，一定要對鍋爐進(jìn)行酸洗，全部去除制造加工時形成的易脫落氧化層，然后重新鈍化，以利于在機組運行時形成良好的氧化層。

2.2直流爐投運后氧化皮的形成

在450℃以上，水蒸汽與純鐵發(fā)生氧化反應(yīng)，生成的氧化膜由Fe2O3和Fe3O4組成，F(xiàn)e2O3和Fe3O4都比較致密，可以保護或減緩鋼材的進(jìn)一步氧化，見圖2所示。

在570℃以上，水蒸汽與純鐵發(fā)生氧化反應(yīng)，生成的氧化膜由Fe2O3、Fe3O4、FeO三層組成，F(xiàn)eO在最內(nèi)層，F(xiàn)eO是不致密的，破壞了整個氧化膜的穩(wěn)定性，氧化膜易于脫落，見圖1所示。

因此，過熱蒸汽管道內(nèi)壁在運行后所形成的氧化膜可分為兩種情況：

2.2.1投運之前酸洗和吹管過關(guān)

如果在鍋爐投運之前，通過嚴(yán)格的酸洗和吹管兩個環(huán)節(jié)，將金屬管道內(nèi)壁易脫落氧化層徹底清除干凈，吹掃過程中或整機調(diào)試的初期，當(dāng)鍋爐運行在亞臨界低參數(shù)工況下（此時溫度不會超過570℃），使管道內(nèi)壁形成致密的、不易脫落的氧化膜（由Fe2O3和Fe3O4組成）。當(dāng)日后機組運行于超臨界工況下，溫度超過570℃時，這種氧化膜可以防止或減緩鋼材的進(jìn)一步氧化，同時自身也可以相對長期地保留。

2.2.2投運之前酸洗和吹管不過關(guān)

如果在鍋爐投運之前，酸洗和吹管兩個環(huán)節(jié)不過關(guān)，未將金屬管道內(nèi)壁易脫落氧化層徹底清除干凈，則投運后很難形成致密的﹑不易脫落的氧化膜。這種易脫落的氧化膜在機組投運后產(chǎn)生惡性循環(huán)：脫落→氧化→再脫落→再氧化，最終形成大量的氧化皮。

3控制措施

3.1將T23管更換為T91管

下圖（圖3）為田集電廠將T23管更換為T91管前后溫差對比運行記錄。

從運行記錄上看，田集電廠1號鍋爐末級過熱器屏間壁溫值為明顯的雙駝峰曲線，偏差達(dá)到5O℃以上，因此從經(jīng)濟上考慮可以將處在高溫區(qū)的T23管更換為T91管。此方案相對節(jié)省投資，是最徹底的解決辦法，但更換工期較長，仍需要在運行中采取措施控制壁溫，避免超溫。

3.2加強受熱面的熱偏差監(jiān)視和調(diào)整，嚴(yán)格控制受熱面蒸汽和金屬溫度，防止受熱面局部長期超溫運行

鍋爐運行中受熱面出口蒸汽溫度左右偏差不超過10℃。運行中發(fā)現(xiàn)受熱面蒸汽溫度偏差大要積極查找原因并進(jìn)行處理。檢查兩側(cè)送、引風(fēng)機出力是否合適，各層二次風(fēng)擋板和燃盡風(fēng)擋板開度是否一致，爐膛的熱工況是否均勻。

3.3盡量抑制受熱面溫度周期性波動和溫度變化速率，減緩氧化皮剝落

機組啟動期間加強疏水的回收和排放管理，防止不合格的疏水進(jìn)入主系統(tǒng)，防止前級系統(tǒng)產(chǎn)生的氧化皮進(jìn)入后級系統(tǒng)。

3.4加強運行金屬溫度監(jiān)督和停爐后受熱面的檢查

完善受熱面金屬溫度測點并加強受熱面金屬溫度測點的維護，運行中利用SIS加強受熱面金屬溫度的趨勢監(jiān)測。停爐后要對受熱面管進(jìn)行抽樣檢查和對金屬溫度高的管屏割管檢查，氧化皮沉積嚴(yán)重及時進(jìn)行清理。

4結(jié)語

總之，當(dāng)前運行的超臨界鍋爐的主要問題之一就是氧化皮脫落導(dǎo)致的超溫爆管。運行人員運行調(diào)整中能采取的主要控制措施通常從兩方面考慮：通過控制汽溫不超限來控制受熱面氧化皮的生成速度；通過控制溫度變化速率來控制氧化皮發(fā)生集中脫落。

參考文獻(xiàn)：

[1]范從振.鍋爐原理EM1.北京：水利電力出版社，1986.

[2]齊慧濱等.燃煤火電廠鍋爐“四管”的高溫腐蝕EJ1.腐蝕科學(xué)與防護技術(shù)，2002，（2）：l13一l16.

[3]陳紅菊等.火電廠鍋爐水冷壁熱腐蝕機理的研究現(xiàn)狀[J].電力建設(shè)，2000，（2）：17—19.

[4]羅偉光等.火電廠鍋爐水冷壁高溫腐蝕及防護[J].電力建設(shè)，2000，（11）：57—58.

[5]李瑞欣等.電弧噴涂在電廠鍋爐水冷壁防護的應(yīng)用研究[J].中國電力，2002：（12），70—72.