超臨界直流鍋爐氧化皮脫落原因及預防措施分析

摘 要：隨著電力技術的不斷發展，越來越多大容量、高參數的發電機組應用到電力系統中，超臨界直流鍋爐是主要的機型。在超臨界鍋爐運行過程中，高溫受熱面氧化皮的生成和脫落問題，會對鍋爐設備本身產生嚴重的影響，如果處理不當，會引起鍋爐傳熱惡化、汽輪機運行下降等問題，嚴重影響超臨界直流鍋爐的性能。文章就主要針對超臨界直流鍋爐氧化皮脫落原因以及預防措施進行簡單的分析。

關鍵詞：超臨界鍋爐；氧化皮；脫落；預防措施

超臨界直流鍋爐高溫受熱面氧化皮的生成和脫落是普遍存在的現象，如果沒有對其給予足夠的認識和重視，采取有效的預防措施，就會使鍋爐爐管的母材在長期高溫運行條件下發生裂縫，導致管材內部金屬暴露下氧化環境下，容易使爐管發生爆裂，不僅影響鍋爐設備的正常運行，而且也會造成一定的經濟損失，甚至是人員傷亡，所以對超臨界直流鍋爐氧化皮脫落的問題進行研究是十分必要的。

1 鍋爐氧化皮的脫落原因

超臨界直流鍋爐運行過程中，過熱器和再熱器受到持續高溫環境的影響會在管壁表面形成氧化皮，并且附著在管壁上，當氧化皮達到一定厚度，加之爐管的溫度頻繁發生變化，氧化皮就會由于膨脹系數的變化而發生表面剝落，隨著高溫運行環境的持續，金屬管的氧化作用會不斷的持續，加之水蒸氣等溫度因素的影響，管內的部分金屬也會由于氧化作用而大面積脫落，嚴重時會堵塞爐管，造成爐管爆炸。具體的說，鍋爐氧化皮脫落的原因，主要與以下幾個因素有關：

1.1 爐管材質

超臨界直流鍋爐爐管大多以合金為主，其中Cr的含量不同決定了不同爐管的耐熱性和抗氧化性也存在較大的差異，如果在使用爐管時，需要根據不同的Cr含量要求安排不同的使用環境。如果沒有根據爐管的使用環境進行合理的設計，就會使爐管在運行過程中發生溫度過高、氧化過快等問題，加速氧化皮的生成，進而造成氧化皮脫落。

1.2 管壁溫度

很多已經生成氧化皮或者氧化皮脫落的爐管仍然被應用，可能會導致爐管局部溫度過高，加速氧化反應的發生，當爐內溫度過高時，爐管的溫度也會在短時間內持續升高，氧化皮的厚度也會隨之增加，當達到一定厚度時便會脫落。

1.3 鍋爐機組啟停時形成的熱應力

在鍋爐啟動和停止的過程中都需要較大的熱負荷，才能使水循環達到鍋爐啟停所需要的流量標準，在熱負荷的作用下爐管會有一短時間處在高溫、干燒的狀態，這種情況下就容易導致爐管溫度在瞬間升高，所以一般在鍋爐啟停時會配合相應的降溫方法，使爐管的溫度保持在穩定的狀態，與此同時也會產生較大的熱應力，加速氧化皮的生成和脫落。從目前超臨界直流鍋爐氧化皮的生成和脫落情況來看，大部分的氧化皮脫落都是由于熱應力作用引起的。鍋爐機組停止運行時，爐壁內部的溫度降低，各項參數隨即降低，使得熱負荷瞬間降低，與機組運行的熱負荷之間形成較大的落差，由此而產生的熱應力就會加速氧化皮的生成和脫落。

2 超臨界直流鍋爐氧化皮脫落的預防

2.1 設計方面

鍋爐氧化皮的生成與脫落與鍋爐材質有密切的關系，所以在鍋爐設計時應當考慮到材質的問題，應當采用晶粒度等級相對較高的鋼材。我國國內的超臨界直流鍋爐受熱面的材質一般使用的奧氏體不銹鋼，這些鋼材大多是國內企業生產，但是從鋼材的材質方面來看，與進口鋼材還存在著一些差距，因為我國國內生產的剛材在晶粒度等級方面始終沒有達到國際水平，這使得鍋爐的受熱面更容易發生氧化皮脫落的問題。除了晶粒度等級，在鍋爐的抗氧化性能和抗腐蝕性能方面也應當采用具有高標準的鋼材。鍋爐制造企業在鋼材的選擇方面，應當積極做好相應的試驗和研究工作，并且積極引入國外先進技術，提高我國鋼材質量，使其更加符合超臨界鍋爐的運行需要。另外，在鍋爐制造過程中要加強對其質量的控制，對于鍋爐制造工藝中的缺陷要嚴格控制，尤其是管壁厚度不均勻、焊接縫等問題必須在制造過程中有效控制，如果鍋爐的制造工藝不高，在運行的過程中很容易產生偏差過大、局部溫度過高、受熱面受熱不均勻等問題，而這些問題都是導致鍋爐氧化皮快速生成和脫落的主要原因。總之，必須要從設計方面加強鍋爐選材和制造質量控制，才能為鍋爐的安全運行提供基礎。

2.2 安裝方面

首先，在鍋爐安裝之前，要保證安裝人員熟悉鍋爐安裝工藝，尤其是容易出現偏差的過熱器、再熱器，如果鍋爐安裝出現偏差，則會導致其在運行過程中受熱不均，加速氧化皮生成。同時，在安裝之前要對鍋爐爐體的質量、爐管內是否有雜物、鍋爐安裝環境進行嚴格檢查，安裝完成后要對爐管、疏水管等設備進行檢驗，確保其穩定性。其次，嚴格控制焊接質量。在鍋爐安裝時不可避免要應用到鋼材的焊接工藝，需要注意的是，避免將異種鋼材進行對接，受到焊接條件、設備以及工藝的影響，異種鋼對接的質量很難得到保證，而且異種鋼技能對接之后容易產生受熱不均、應力不均等狀況，尤其是在焊接位置容易生成更大的附加應力，造成氧化皮的脫落。最后，對于爐管要進行定期檢查。每次停爐時對爐管的受熱情況、彎曲情況進行檢查，尤其注意對高溫段的爐管進行檢查和化驗，檢查管壁表面的氧化皮厚度，對脫落的氧化皮進行清理，并且做好詳細的記錄。

2.3 運行方面

超臨界鍋爐運行控制的過程中，需要注意以下幾點問題：第一，要重視運行管理工作的開展。氧化皮的生成和脫落對鍋爐運行會產生很大的危害，但并不是氧化皮生成之后馬上就會影響鍋爐運轉，其具有一定的潛伏期，所以要通過日常的管理活動，掌握氧化皮的生成和脫落情況，并且對其脫落原因進行分析，采取有效的預防和控制策略，可以降低氧化皮脫落為鍋爐運行帶來的危害。第二，加強對鍋爐汽水品質的監督。根據鍋爐運行的要求，在啟動之前需要使用除鹽水，并且保證水質合格才能開啟鍋爐。所以，要對鍋爐汽水品質進行嚴格監督，不合格的汽水應當禁止加入到機組內，只有合格的除鹽水，才能達到減少鍋爐內部熔鹽沉積的目的，減少氧化皮的堆積。第三，優化鍋爐運行方式。為了保證鍋爐的健康運行，要定期開展吹灰工作，確保鍋爐機組的清潔，可以減少由于局部煙溫值過高而導致的氧化皮脫落問題。同時，要調整鍋爐的煤質和氧量，保證燃煤的充分燃燒，可以保證受熱面的均勻受熱，不會由于局部溫度過高而加速氧化皮的生成和脫落。另外，在鍋爐運行中要對二次風門開度進行合理的控制，確保兩側的煙溫偏差處在合理的范圍內；對鍋爐運行中的煤水比也要進行合理控制，盡可能不用減溫水，只有合理的煤水比才能保證鍋爐運行的穩定性；機組自動裝置投入率、高加投入率要達到100%，電網進行調峰時，廠內機組間采用經濟負荷調度，盡可能做到鍋爐負荷、燃燒、蒸汽參數相對穩定。

3 結束語

綜上所述，超臨界直流鍋爐運行機組經常處在高溫運行環境下，額定負荷的頻繁變化容易導致鍋爐氧化皮的生成和脫落，對鍋爐機組運行的安全性和穩定性產生嚴重影響，因而需要從設計、安裝以及運行控制等幾個方面采取有效的預防措施，對氧化皮的生成和脫落進行有效的控制，提高超臨界直流鍋爐運行的效率，促進其作用得充分發揮。

參考文獻

[1]朱全利.鍋爐設備及系統[M].中國電力出版社，2006.

[2]章德龍.華東六省一市電機工程（電力）學會，鍋爐設備及其系統[M].中國電力出版社，2005.

[3]萬朝暉，陳俊.火電廠鍋爐氧化皮脫落的原因分析與預防措施[J].科技資訊，2013.

[4]謝建文，孫平，李濤，等.基于氧化膜生成速度和剝落厚度的600MW超臨界鍋爐高溫過熱器安全性分析[J].中國電機工程學報，2011（26）.

[5]梁百華，劉玉柱.600MW超臨界直流鍋爐氧化皮脫落原因分析及預防[J].中國電力教育，2011.

[6]陳良峰.600MW超臨界鍋爐末過氧化皮脫落爆管原因分析及對策[J].電力技術，2010.