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660MW 超临界机组高温受热面氧化皮脱落的问题探讨

发表时间：2020/3/14 来源：《福光技术》2019年32期作者：王宁

[导读] 但是我们可以通过运行手段，控制氧化皮的生成速率、防止氧化皮大量脱落，保证机组的运行安全。

神华国能宁夏煤电有限公司宁夏银川 750410
        摘要：虽然超临界机组锅炉氧化皮的产生不可避免，但是我们可以通过运行手段，控制氧化皮的生成速率、防止氧化皮大量脱落，保证机组的运行安全。
        关键词：超临界机组；高温受热面；氧化皮脱落


        氧化皮生成机理及剥落条件
        氧化皮生成机理
        在高温环境下，管道内水蒸汽中内水分子中的氧与金属元素发生氧化反应，称为蒸汽氧化。其化学反应方程式如下：
        ３Ｆｅ→Ｆｅ２＋＋２Ｆｅ３＋＋８ｅ－（１）
        ４Ｈ２Ｏ→４ＯＨ－＋４Ｈ＋（２）Ｆｅ２＋＋２Ｆｅ３＋＋４ＯＨ－→Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ＋（３）４Ｈ＋＋４Ｈ＋＋８ｅ－→４Ｈ２（４）
        ３Ｆｅ＋４Ｈ２Ｏ→Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ２（５）高温受热管子内表面在高温高压蒸汽下形成氧化皮（膜）是一个自然过程。最初形成的Ｆｅ３Ｏ４较为致密和富有韧性，对基体金属起着一定的保护作用。随着时间的延长，此氧化膜分成多层，内层是蒸汽中的氧离子对铁直接氧化而成，外层为延伸膜，是蒸汽中的氧离子向里扩散，铁离子向外扩散而形成。
        氧化皮的剥落条件
        起初氧化膜形成速度很快，生成氧化膜后氧化速度减慢下来。氧化膜的生长厚度与时间呈抛物线关系（塔曼法则）：
        ｄ２＝Ｋｔ（６）
        ｄ—氧化皮的厚度，ｍｍ；Ｋ—与温度有关的塔曼系数；ｔ—时间，ｍｉｎ当温度在５６０℃～５７０℃以下时，内壁氧化膜的主要成分为Ｆｅ３Ｏ４和Ｆｅ２Ｏ３，都比较致密，尤其是Ｆｅ３Ｏ４可以保护钢材不被进一步氧化。当温度在５６０℃～５７０℃及以上时．生成的氧化物则含有较多的ＦｅＯ，该层氧化物结构较为疏松，晶格缺陷多。当氧化皮的厚度达到某一临界值时，就开始剥落。如果氧化皮剥落数量较多，随蒸汽在锅炉内循环，聚集在弯管处堆积，就容易造成堵管，从而引发锅炉爆管。
        由此氧化皮的剥落通常决定于两个主要条件：
        ① 氧化皮达到一定厚度。 ② 应力变化，比如温度变化频繁、幅度大、变化速率高。
        2控制氧化皮的生成速率、防止氧化皮大量脱落具体措施
        2.1启动阶段
        1、严格按机组运行规程规定进行锅炉上水，控制上水速度 150t/ h 左右，上水温度与汽水分离器壁温差＜ 110℃，启动初期，利用辅汽提升除氧器给水温度，尽量保证上水温度达到   110℃，加强水质监督。 2、机组启动过程中严格按照规程要求进行冷态、热态冲洗，冷态冲洗水质不合格不允许锅炉点火，热态冲洗水质不合格不允许锅炉升温升压。
        3、机组启动时，利用旁路将氧化皮吹扫到排汽装置，同时监测凝结水的含铁量≤500μg/L（如果时间允许应达到 200μg/L），可以投入精处理，凝结水回收。要求做到冷态冲洗不合格，锅炉不允许点火，热态冲洗不合格，不允许汽轮机冲转。
        4、冷态冲洗合格后，投入辅汽至 2 号高加蒸汽，将锅炉水冷壁温度逐渐加热至 160℃左右。
        5、锅炉点火前 2 小时 , 进行辅汽至再热器供汽系统暖管，点火1 小时前进行通汽。再热系统通汽后，监视再热器金属壁温温升率＜ 1.5℃ /min，根据烟再热器处烟气温度逐渐加大供汽量，控制烟气与再热器壁温差。

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        6、机组启动时，燃料量投入不可过快，尽量维持磨煤机最小给煤量，按启动曲线进行升温升压，在饱和温度＜ 100℃时，温升速率≯ 1.0℃ /min，汽机冲转前温升速率≯ 1.5℃ /min，机组并网后升温速率控制≯ 2.0℃ /min。
        7、启动时保证主汽的压力和蒸汽流量，汽机冲转前一般维持主汽压力在 5.0MPa 以上，最小高旁流量 120t/h 以上，适当开大旁路系统，能有效吹扫过、再热蒸汽管道积存的氧化皮。
        8、机组冲转之前，利用旁路系统进行氧化皮吹扫，快速开启和关闭旁路，通过瞬间压力和流量的变化进行吹扫，吹扫期间密切关注排汽装置水质含铁情况的变化。
        9、机组冷、热态启动过程中严格按照不同状态的升温升压曲线控制蒸汽温度。在热态启动过程中，为防止受热面金属温度降低，锅炉的烟风系统要与其它系统同步启动。烟风系统启动后炉膛通风控制总风量为 35%，在炉膛通风 5 分钟结束立即点火，点火后要尽快投入燃料量，控制屏过、高过、高再的温升速率为≯ 3℃ /min，防止受热面金属温度降低。
        10、锅炉从点火启动至发电机并网带初期负荷阶段，除控制好升温升压速率外，要尽量避免主、再热汽温出现反复的现象，减小汽温变化幅度，防止氧化皮脱落。
        11、机组冲转前升温升压过程中，投用减温水时严密监视和控制各管壁温度波动情况，防止减温水投入后因受热面金属管材内形成的氧化皮与管材金属的膨胀系数不同造成氧化皮的大幅开裂及脱。
        12、干湿态转换过程是锅炉受热面氧化皮脱落的高峰时期，此时应尽量保持给水流量稳定，缓慢增加燃料量，使锅炉平稳过渡到干态运行，不要在临界区域停留，避免锅炉干湿态反复转换造成汽温大幅波动。
        2.2正常运行                                  1、严格控制受热面蒸汽和金属温度，严禁锅炉超温超压运行。
        2、受热面蒸汽和金属温度按要求进行控制。由于受热面可能存在较大的热偏差，受热面蒸汽温度的控制要服从金属温度，金属温度超温要视情况降低蒸汽温度运行。
        3、锅炉运行过程中，过热器出口蒸汽温度偏差左右两侧≯ 5℃，屏过出口温差≯ 10℃，高再出口偏差≯ 10℃，且运行中按温度高点控制蒸汽温度，发现异常时及时采取措施处理。
        4、机组加减负荷控制负荷变化率≯ 6MW/min，温度波动≯ 2℃ / min 。
        5、制粉系统启停及切换过程中要平稳，不要扰动过大。燃料量、风量调整不能波动太大，尽可能的缓慢操作。
        6、运行中发现金属温度超过允许值，通过降低蒸汽温度和运行方式调整，
        2.3停机阶段
        1、按规程规定控制汽温、汽压，严禁温度、压力波动过大，监视主蒸汽温、再热汽温降温率及金属温降率应在允许范围内，主汽温降
        <1.5℃ /min，再热汽温降 <2.5℃ /min，金属温降在 1 ～ 1.5℃ /min。
        2、机组滑停过程中降温、降压不应有回升现象。注意汽温、汽缸壁温下降速度，汽温下降速度严格符合滑停曲线要求。汽温在 10min内急剧下降 50℃，应打闸停机。
        3、分离器压力 1Mpa，进行锅炉带压放水，使过热器、再热器管处于蒸干状态。
        4、锅炉停炉之后必须按要求及规程规定，不可以进行强制通风换水冷却，应采用闷炉处理，以防止氧化皮脱落。
        结束语
        超临界机组运行的高参数，在带来更好的经济性的同时，对运行条件要求也越来越高。在高温高压条件下，水蒸汽与铁的反应速率明显增加，因此高温受热面氧化皮的形成是一种必然的结果。
        参考文献
        杨丰收 . 超超临界锅炉高温受热面氧化皮脱落与治理 [J]. 中小企业管理与科技( 上旬刊),2019(10):154-155.
        武东森 , 郭文海 , 李传荣 . 超临界锅炉高温受热面内壁氧化皮的形成及剥落机理研究[J]. 工业锅炉,2018(06):1-