超臨界鍋爐啟動階段控制氧化皮生成的措施研究

摘 要：超臨界鍋爐在啟停過程中由于受熱面溫升率控制不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐裳趸ど膳c剝落，造成鍋爐被迫停運(yùn)的事件。為避免鍋爐爆管事件的發(fā)生，文章從生成氧化皮的主因入手，通過優(yōu)化規(guī)范鍋爐啟動階段的操作事項，提出鍋爐啟動階段控制氧化皮生成的針對性措施。

關(guān)鍵詞：鍋爐;氧化皮;措施;吹掃

隨著國內(nèi)超臨界鍋爐過熱器、再熱汽堵塞爆管等問題頻繁發(fā)生，致機(jī)組可用率降低，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。氧化皮的生成和剝落主要集中在機(jī)組啟停過程中，所以如何通過有效的抑制鍋爐啟動階段氧化皮的生成，對鍋爐的長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

1 氧化皮生成原因及影響

氧化皮的生成主要原因有：管材選用、水質(zhì)控制、運(yùn)行控制等方面問題。

在高溫環(huán)境下，水蒸汽管道內(nèi)會出現(xiàn)水分子中的氧與金屬元素反應(yīng)，稱為蒸汽氧化。其化學(xué)方程式如下：3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2↑;Fe3O4+Fe→4FeO;3FeO+H2O→Fe3O4+H2。超臨界直流鍋爐在啟動過程中由于受熱面溫升率控制不當(dāng)?shù)纫蛩匾自斐裳趸ど膳c剝落，氧化皮沉積在受熱面管內(nèi)造成管內(nèi)蒸汽流量減少，使金屬加速蠕變脹粗，最終發(fā)生爆管泄漏。

2 啟動階段控制措施

2.1 鍋爐上水要求

（1）超臨界機(jī)組運(yùn)行中，因直流爐沒有排污，雜質(zhì)將直接進(jìn)入鍋爐高溫受熱面，直至進(jìn)入汽機(jī)通流部分，無論是汽輪機(jī)還是鍋爐，對水質(zhì)的要求標(biāo)準(zhǔn)極高，如果水質(zhì)達(dá)不到要求將有可能導(dǎo)致鍋爐損壞，如鼓包，管板裂紋，變形，爆管，嚴(yán)重腐蝕等，也有可能造成腐蝕、結(jié)垢、積鹽的可能性，影響汽輪機(jī)的工作效率和安全運(yùn)行。

（2）鍋爐上水前應(yīng)嚴(yán)格控制除氧器出口水質(zhì)含鐵量<100μg/l時才能向鍋爐上水，鍋爐上水時必須投運(yùn)精處理混床。同時應(yīng)利用輔汽至除氧器加熱，結(jié)合鍋爐水冷壁管壁溫度，控制上水溫度與爐內(nèi)厚壁金屬的溫差≯50℃，同時注意進(jìn)入鍋爐水溫不超過100℃，防止熱水汽化，在鍋爐未點(diǎn)火之前水蒸汽進(jìn)入過熱器。

（3）鍋爐上水時應(yīng)嚴(yán)格控制上水流量和上水速度，上水流量應(yīng)不大于5%BMCR，為方便小流量的上水要求，建議利用汽動給水泵前置泵控制上水速度，夏季上水時間不少于2小時，冬季不小于4小時，如水冷壁管壁金屬溫度<38℃且給水溫度較高時，上水速率應(yīng)盡可能小。待汽水分離器見水后，應(yīng)對鍋爐水循環(huán)管路沿程放水管逐一沖洗，建議至少5分鐘，然后關(guān)閉放水一、二次門，關(guān)閉省煤器出口放氣閥，上水結(jié)束。

2.2 冷態(tài)清洗

（1）鍋爐進(jìn)入冷態(tài)清洗程序：循環(huán)清洗期間，保持給水流量為10%BMCR左右，具體決定于清洗速度。鍋爐開始冷態(tài)開式?jīng)_洗：流程為：凝汽器→除氧器→給水泵→省煤器→分離器→貯水箱、疏水?dāng)U容器→冷凝水箱→循環(huán)水出水。

（2）為了加強(qiáng)沖洗效果，冷態(tài)開式清洗時給水量采取變流量、大流量進(jìn)行沖洗。當(dāng)鍋爐分離器水質(zhì)Fe<200μg/l時，啟動爐循泵，進(jìn)行鍋爐冷態(tài)循環(huán)沖洗，當(dāng)省煤器入口水質(zhì)含鐵量Fe<50PPb，分離器出口含鐵量Fe<100PPb時，冷態(tài)沖洗結(jié)束。

（3）調(diào)整鍋爐水冷壁給水流量在30%BMCR左右，打開水冷壁、省煤器放水一、二次門，放水時確認(rèn)管路是否通暢，每路至少放水5分鐘，保證各放水管內(nèi)充分排污。

2.3 點(diǎn)火階段控制措施

（1）點(diǎn)火前應(yīng)可能提升水冷壁出口溫度，盡量控制在高值（一般90℃左右），以便點(diǎn)火后能有效控制鍋爐內(nèi)管壁的溫升速度，降低鍋爐金屬管熱應(yīng)力變化，這一點(diǎn)尤為重要。

（2）控制首臺磨煤機(jī)啟動應(yīng)盡量選擇高揮發(fā)分、低熱值的煤種作為點(diǎn)火煤種。點(diǎn)火（等離子）前，盡量提高煤粉細(xì)度，保證燃燒效率。鍋爐點(diǎn)火、3分鐘著火穩(wěn)定后，應(yīng)立即降低燃料量至12t/h最低煤量，及時調(diào)整磨煤機(jī)風(fēng)量在較低風(fēng)煤比約58t/h，維持燃燒穩(wěn)定。

（3）點(diǎn)火后應(yīng)保持爐內(nèi)各金屬管壁平穩(wěn)緩慢升高，結(jié)合溫升速度逐步調(diào)節(jié)煤量控制升溫升壓率：升溫過程中，主、再汽溫稍快于汽水分離器升溫速度，但應(yīng)控制不大于1.5℃/min。控制升壓速率為0.15MPa/min以內(nèi)。升溫升壓期間，應(yīng)控制爐膛出口煙溫不大于540℃。

（4）汽水分離器起壓后，緩慢開啟高旁、低旁壓力控制閥門開度，保證過熱器、再熱器的通流量，防止干燒，同時檢查高旁、低旁閥后溫度正常。

（5）當(dāng)分離器壓力達(dá)到0.2MPa，關(guān)閉分離器空氣門、過熱器區(qū)所有空氣門，保持省煤器入口給水流量在600t/h左右。全面檢查主、再熱蒸汽管道疏水暢通，注意自動主汽門、中聯(lián)門、高排逆止門、各級抽汽逆止閥等嚴(yán)密情況。

（6）當(dāng)分離器壓力升至0.5MPa，確認(rèn)過熱器各疏水管暢通。逐一開啟水冷壁、省煤器各放水門進(jìn)行一次排污，分別排污5min后關(guān)閉。根據(jù)爐水水質(zhì)情況，決定排污次數(shù)。當(dāng)汽水分離器壓力高于0.5MPa，蒸汽流量建立后，相應(yīng)的過熱器、再熱器受熱面管壁溫度高于相應(yīng)壓力下的飽和溫度30℃～50℃且壁溫趨勢相對穩(wěn)定時，關(guān)閉過熱器、再熱器所有疏水二次門。

（7）再熱汽起壓后達(dá)0.2MPa，再熱器蒸汽流量建立，關(guān)閉再熱器系統(tǒng)放氣一、二次門，當(dāng)發(fā)現(xiàn)蒸汽量產(chǎn)氣量低，過熱器、再熱器壁溫上漲過快時，可通過適當(dāng)降低給水流量，提高鍋爐產(chǎn)氣量，控制壁溫變化過快。

2.4 熱態(tài)清洗

（1）當(dāng)分離器入口溫度在190℃左右時對鍋爐進(jìn)行熱態(tài)沖洗（通過給水、燃料量及高低旁開度的調(diào)節(jié)，控制主汽壓力進(jìn)而控制爐水溫度），熱態(tài)沖洗期間應(yīng)注意控制鍋爐內(nèi)各受熱面金屬溫度，通過調(diào)整燃料輸入量，使?fàn)t膛出口的煙溫探針不超過540℃。

（2）在汽水分離器壓力達(dá)5MPa前，根據(jù)過熱器沿程蒸汽過熱度，適當(dāng)開關(guān)疏水門進(jìn)行疏水。當(dāng)分離器的疏水中Fe<50μg/L，SiO2<30μg/L，電導(dǎo)率<0.65μS/cm，熱態(tài)沖洗結(jié)束。

（3）點(diǎn)火初期，為防止噴水不能全部被蒸發(fā)而積在過熱器管內(nèi)，不采用噴水減溫。在鍋爐啟動升溫升壓的過程中，主要采取通過燃燒調(diào)整和控制高、低旁開度等手段調(diào)節(jié)汽溫汽壓。

（4）鍋爐升溫升壓期間，加強(qiáng)受熱面金屬管壁溫度的監(jiān)視，控制金屬壁溫均勻上升;發(fā)現(xiàn)管壁溫度異常時，應(yīng)及時分析原因、穩(wěn)定燃燒并停止升溫升壓。

（5）熱態(tài)清洗結(jié)束后，應(yīng)加強(qiáng)對鍋爐給水流量的調(diào)節(jié)，保證汽水分離器溢流閥開度15%以內(nèi)，避免工質(zhì)浪費(fèi)的基礎(chǔ)上，增大過、再熱器蒸汽流量。

（6）啟動過程高、低壓旁路盡可能開大運(yùn)行，保持高旁開度不小于55%，低旁開度不小于60%，使過熱器、再熱器保持較大的通流量，防止溫升速度過快。

3 過熱器、再熱器系統(tǒng)的氧化皮吹掃

機(jī)組升溫升壓期間可利用汽輪機(jī)啟動旁路系統(tǒng)對鍋爐氧化皮進(jìn)行吹掃。在鍋爐點(diǎn)火后升溫升壓階段，應(yīng)在控制汽溫汽壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，通過汽機(jī)的高、低旁路閥開度對通過鍋爐過熱器、再熱器進(jìn)行蒸汽吹管，并實(shí)時監(jiān)測凝結(jié)水含鐵量的變化，判斷氧化皮脫落脫落情況。

條件：當(dāng)主蒸汽壓力升高至4.5～5.0MPa，進(jìn)行過熱器、再熱器系統(tǒng)的吹掃。吹掃順序：再熱器吹掃→過熱器吹掃→再熱器吹掃。

3.1 再熱器吹掃步驟

（1）當(dāng)主蒸汽壓力升高至5MPa，解除高旁自動，逐漸關(guān)小低旁閥，調(diào)整再熱蒸汽壓力1.1MPa，準(zhǔn)備進(jìn)行試吹掃。

（2）將低旁開度指令置95%，檢查低旁快速開啟（注意：易發(fā)故障信號），就地檢查管道振動情況。期間通過高旁調(diào)整再熱蒸汽壓力1.1MPa穩(wěn)定，保持10min后，恢復(fù)高旁開度。

（3）試吹掃期間摸索分離器水位以及給水流量控制方法，如系統(tǒng)運(yùn)行正常，無管道異常振動現(xiàn)象，待主蒸汽壓力升至5MPa時進(jìn)行正式吹掃。

（4）逐漸關(guān)小低旁閥，調(diào)整再熱蒸汽壓力2.5MPa;如此時低旁開度大于50%，則通過關(guān)小高旁，使低旁開度小于50%，但控制主汽壓力不大于7MPa。

（5）將低旁開度指令置95%，檢查低旁快速開啟，期間通過高旁調(diào)整再熱蒸汽壓力2.5MPa穩(wěn)定。保持30min后，逐步恢復(fù)高、低旁原始開度，調(diào)整主汽壓力5.0MPa，再熱蒸汽壓力2.5MPa。

（6）視水質(zhì)變化情況，重復(fù)第5項操作數(shù)次。

3.2 過熱器吹掃步驟

（1）當(dāng)主蒸汽壓力升高至5MPa，準(zhǔn)備進(jìn)行試吹掃。

（2）解除高旁自動，逐漸關(guān)小高旁閥至10%開度，然后將高旁開度指令置95%，檢查高旁快速開啟，就地檢查管道振動情況。吹掃10分鐘后，將高旁閥關(guān)至初始開度（高旁解除自動前的開度）。

（3）試吹掃期間摸索分離器水位以及給水流量控制方法，如系統(tǒng)運(yùn)行正常，無管道異常振動現(xiàn)象，待主蒸汽壓力升至5MPa時進(jìn)行正式吹掃。

（4）逐漸關(guān)小高旁閥至10%開度（記錄當(dāng)前壓力），然后將高旁開度指令置95%，檢查高旁快速開啟，吹掃20分鐘，然后逐步將高旁閥關(guān)至10%開度。

（5）待主汽壓力升至初始值（高旁10%開度時記錄的壓力），重復(fù)第4項操作。

3.3 吹掃注意事項

吹掃期間應(yīng)保持鍋爐熱負(fù)荷不變，并保證高、低旁開度不得過小，操作旁路時，本著先關(guān)高旁再關(guān)低旁，先開低旁再開高旁的原則，防止再熱器系統(tǒng)超壓，在高低旁開關(guān)時，要加強(qiáng)對給水壓力、啟動分離器參數(shù)的監(jiān)視，防止給水波動大，同時控制爐膛出口煙溫探針溫度小于540℃，保證再熱器的通流量，防止干燒。

4 結(jié)語

當(dāng)前，國內(nèi)火電廠鍋爐頻繁發(fā)生過熱器、再熱汽堵塞爆管、鍋爐汽水系統(tǒng)節(jié)流管圈堵塞等問題，造成機(jī)組可用率降低。所以，采取合理必要的措施，利用機(jī)組啟動階段抑制氧化皮生成及剝落，將會大幅減少氧化皮造成的危害。

參考文獻(xiàn)：

[1]張英主編.超（超）臨界機(jī)組高溫氧化檢測及防護(hù)技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2018-01-01.

[2]張磊，李廣華.鍋爐設(shè)備與運(yùn)行[M].中國電力出版社，2008.

作者簡介：馮磊（1986— ），男，蒙古族，遼寧錦州義縣人，本科，中級工程師，畢業(yè)于沈陽工程學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)，現(xiàn)就職于福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司，任發(fā)電部值長，研究方向：火電廠集控運(yùn)行。