火電廠鍋爐氧化皮脫落的原因分析與預防措施

摘 要：在超臨界和超超臨界火電機組中，爐管氧化皮脫落是一個比較普遍的問題，因氧化皮脫落堵塞而造成的鍋爐爆管事故是火電廠鍋爐運行發(fā)生概率最高的事故類型，為了控制此類事故發(fā)生，減少火電廠經濟損失，本文主要對機組運行中引發(fā)爐管氧化皮脫落的原因進行具體分析，并在此基礎上提出有預見性的策略。

關鍵詞：火電廠 鍋爐氧化皮脫落 負面影響 預防措施

中圖分類號：TK228 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（b）-0114-01

隨著發(fā)電技術的發(fā)展，大容量、高參數(shù)火電機組近年來大量投入電網(wǎng)，現(xiàn)在超（超超）臨界機組已成為中國電力生產市場的主力機型。然而在大機組中氧化皮脫落是一個普遍存在的問題，在高溫、高壓狀態(tài)下，爐管的母材會受不同膨脹力的影響產生裂紋，使基體金屬直接暴露于氧化環(huán)境中，加快爐管氧化速度，形成的氧化皮隨著溫度和介質變化，會脫落并附著在彎管處，若管壁長期過熱，便可能導致彎管爆破事故，致使火電廠機組無法安全有序運行。探討鍋爐氧化皮脫落的原因并提出針對性的預防措施，對提高電廠運行的安全經濟性有極大意義。

1 影響鍋爐氧化皮脫落的因素

火電廠超（超超）臨界直流鍋爐運行過程中，蒸汽溫度最高可達550 ℃～600 ℃，而蒸汽強氧化范圍為450 ℃～700℃，恰好處于鍋爐運行溫度范圍內，水蒸氣這一溫度范圍內分解成為氫氧原子和氧原子，易與爐管內壁金屬離子發(fā)生反應所生成產物即為氧化皮（以Fe2O3、Fe3O4、FeO為主要成分），隨著高溫高壓氛圍的持續(xù)，金屬管壁會持續(xù)被氧化，最終形成大量的氧化皮。當不銹鋼爐管內氧化膜積累到0.05～0.1 mm厚度，達到臨界厚度，或母材基體與氧化膜之間的應力達到臨界值時，氧化皮會自然脫落，甚至堵塞爐管，造成爐管爆炸。基于鍋爐氧化皮形成和脫落原因，對影響鍋爐氧化皮脫落的因素進行以下分析。

1.1 爐管材質因素

爐管材質合金成分較多，Cr含量各異，T23、T91、TP347和Super304H耐熱鋼抗氧化性和抗氧化溫度也不同，如果不根據(jù)這些成分實際狀況進行設計，爐管實際運行中就可能會使溫度裕度不足，甚至使爐管運行溫度長時間高于抗氧化溫度，致使短時間內快速氧化，氧化皮厚度超過臨界標準，最終導致氧化皮脫落。

1.2 管壁溫度因素

對于已經脫落的氧化皮或爐管爆炸事故，一般是可以通過查找運行記錄來檢查溫度是否超標的方法進行驗證。當鍋爐金屬在超過設計溫度或超過鋼的最高氧化溫度運行時，短時間內氧化速度會加快，同時爐管氧化皮厚度隨之加厚，迅速達到臨界厚度，易引起氧化皮脫落。

1.3 機組啟停時熱應力因素

機組啟動時，一般熱負荷較大，水循環(huán)不能達到正常的流量標準時，會使爐管處于超高溫干燒狀態(tài)，甚至會在短時間內加劇氧化速度。這種情況下，會采用爐管內添加減溫水方法來降低爐管溫度，而在加減溫水過程中雖然可以使爐管溫度下降，但卻容易產生大量的熱應力，從而使氧化皮脫落。目前很多氧化皮脫落問題都是由這一原因引起的；當機組停機時，容易出現(xiàn)滑落參數(shù)相對較低、熱負荷波動較大，燃燒不穩(wěn)或停機前低負荷工況依靠減溫水來維持蒸汽的溫度等問題，出現(xiàn)這些問題后會使溫度迅速下降，并產生較大的熱應力，最終使氧化皮脫落。從上面敘述來看，機組啟停過程中的溫度變化率過高會引起較大的熱應力，是造成氧化皮脫落的因素之一。

2 鍋爐氧化皮脫落預防措施

綜合以上分析，氧化皮生成是必然的，無法遏止，控制氧化皮過早脫落是我們研究的目標，針對前述氧化皮脫落的影響因素分析，提出以下防止鍋爐氧化皮脫落的措施

2.1 提高材料抗氧化性

爐管材質造成的鍋爐氧化皮脫落，在含有T23成分的鋼爐管中比較嚴重，如果鍋爐運行中因這類鋼管而造成氧化皮脫落，可以通過更換耐熱等級較高的T91耐熱鋼材質。因鋼氧化性與鋼的晶粒度、光潔度、噴完處理及α或β相等組織狀態(tài)有關，也可以通過對晶粒細化處理和噴丸處理來提高鋼的氧化性，來減少鍋爐氧化皮脫落問題。

2.2 控制管壁溫度，避免超溫

鍋爐正常運行過程中，需要對主、再熱汽溫度及相應的金屬壁溫進行控制，確保其在設計溫度以下，同時關注鍋爐受熱面的偏差，做好燃燒調整，控制主、再熱汽溫兩側偏差在許可范圍內（一般控制偏差不大于10 ℃），避免鍋爐局部受熱而長期處于超溫運行狀態(tài)。運行過程中如果發(fā)現(xiàn)有壁溫超過臨界值，應迅速分析原因，采取措施，降低蒸汽溫度。

2.3 嚴格控制機組啟停期間的溫升（降）率

2.3.1 啟動溫度控制

啟停鍋爐時，需要根據(jù)鍋爐類型嚴格控制機組溫度，冷態(tài)啟動時，鍋爐點火起壓后按照步驟緩慢開組汽機旁路來冷卻過熱器，將升溫速度控制在每分鐘1.5 ℃以下，主汽升壓速度每分鐘0.1 MPa。當汽壓及蒸汽流量滿足要求，可以通過大幅度快速開啟高、低旁對過熱器和再熱器系統(tǒng)進行吹掃，把沉積在過熱器中的氧化皮全部吹干凈。熱態(tài)啟動時，需對金屬溫度進行控制，避免冷卻，可提高升溫生壓速率，盡快過渡到停機前的溫度水平。同時啟動過程中在低負荷階段應盡量少用減溫水，縮短鍋爐干、濕態(tài)轉換時間，避免金屬溫度大幅波動鍋爐。

2.3.2 停運溫度控制

鍋爐機組正常停機時，一般選擇滑停方法，滑停過程中，需將屏過、高過和高再的出口蒸汽降溫速率控制在每分鐘2 ℃以下，主汽壓降壓速率每分鐘0.1 MPa，以確保滑停時個出口溫度和汽壓在臨界值范圍內。如果鍋爐突然熄火后或突然停機，必須在鍋爐通風5 min后，立即停止送、引風機，進行燜爐，直至金屬壁溫符合要求，才能進行自然通風。

3 結語

綜上所述，我國火電機組的發(fā)電技術雖然在不斷的完善中，但實際運行中卻容易受爐管材質、運行環(huán)境溫度和啟停機熱應力的影響，而造成鍋爐氧化皮過早脫落，不利于機組安全穩(wěn)定運行。氧化皮脫落的原因分析與防治措施探討，對于大型現(xiàn)代化火電廠有著極其重大的意義，同時也是一個非常有挑戰(zhàn)性的課題，本文所提出的的針對性措施是在某大型電廠經過實際運行驗證的，希望能作為他山之石，聊以借鑒。

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