火电厂锅炉氧化皮脱落的原因分析与预防措施

摘 要：在超临界和超超临界火电机组中，炉管氧化皮脱落是一个比较普遍的问题，因氧化皮脱落堵塞而造成的锅炉爆管事故是火电厂锅炉运行发生概率最高的事故类型，为了控制此类事故发生，减少火电厂经济损失，本文主要对机组运行中引发炉管氧化皮脱落的原因进行具体分析，并在此基础上提出有预见性的策略。

关键词：火电厂 锅炉氧化皮脱落 负面影响 预防措施

中图分类号：TK228 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（b）-0114-01

随着发电技术的发展，大容量、高参数火电机组近年来大量投入电网，现在超（超超）临界机组已成为中国电力生产市场的主力机型。然而在大机组中氧化皮脱落是一个普遍存在的问题，在高温、高压状态下，炉管的母材会受不同膨胀力的影响产生裂纹，使基体金属直接暴露于氧化环境中，加快炉管氧化速度，形成的氧化皮随着温度和介质变化，会脱落并附着在弯管处，若管壁长期过热，便可能导致弯管爆破事故，致使火电厂机组无法安全有序运行。探讨锅炉氧化皮脱落的原因并提出针对性的预防措施，对提高电厂运行的安全经济性有极大意义。

1 影响锅炉氧化皮脱落的因素

火电厂超（超超）临界直流锅炉运行过程中，蒸汽温度最高可达550 ℃～600 ℃，而蒸汽强氧化范围为450 ℃～700℃，恰好处于锅炉运行温度范围内，水蒸气这一温度范围内分解成为氢氧原子和氧原子，易与炉管内壁金属离子发生反应所生成产物即为氧化皮（以Fe2O3、Fe3O4、FeO为主要成分），随着高温高压氛围的持续，金属管壁会持续被氧化，最终形成大量的氧化皮。当不锈钢炉管内氧化膜积累到0.05～0.1 mm厚度，达到临界厚度，或母材基体与氧化膜之间的应力达到临界值时，氧化皮会自然脱落，甚至堵塞炉管，造成炉管爆炸。基于锅炉氧化皮形成和脱落原因，对影响锅炉氧化皮脱落的因素进行以下分析。

1.1 炉管材质因素

炉管材质合金成分较多，Cr含量各异，T23、T91、TP347和Super304H耐热钢抗氧化性和抗氧化温度也不同，如果不根据这些成分实际状况进行设计，炉管实际运行中就可能会使温度裕度不足，甚至使炉管运行温度长时间高于抗氧化温度，致使短时间内快速氧化，氧化皮厚度超过临界标准，最终导致氧化皮脱落。

1.2 管壁温度因素

对于已经脱落的氧化皮或炉管爆炸事故，一般是可以通过查找运行记录来检查温度是否超标的方法进行验证。当锅炉金属在超过设计温度或超过钢的最高氧化温度运行时，短时间内氧化速度会加快，同时炉管氧化皮厚度随之加厚，迅速达到临界厚度，易引起氧化皮脱落。

1.3 机组启停时热应力因素

机组启动时，一般热负荷较大，水循环不能达到正常的流量标准时，会使炉管处于超高温干烧状态，甚至会在短时间内加剧氧化速度。这种情况下，会采用炉管内添加减温水方法来降低炉管温度，而在加减温水过程中虽然可以使炉管温度下降，但却容易产生大量的热应力，从而使氧化皮脱落。目前很多氧化皮脱落问题都是由这一原因引起的；当机组停机时，容易出现滑落参数相对较低、热负荷波动较大，燃烧不稳或停机前低负荷工况依靠减温水来维持蒸汽的温度等问题，出现这些问题后会使温度迅速下降，并产生较大的热应力，最终使氧化皮脱落。从上面叙述来看，机组启停过程中的温度变化率过高会引起较大的热应力，是造成氧化皮脱落的因素之一。

2 锅炉氧化皮脱落预防措施

综合以上分析，氧化皮生成是必然的，无法遏止，控制氧化皮过早脱落是我们研究的目标，针对前述氧化皮脱落的影响因素分析，提出以下防止锅炉氧化皮脱落的措施

2.1 提高材料抗氧化性

炉管材质造成的锅炉氧化皮脱落，在含有T23成分的钢炉管中比较严重，如果锅炉运行中因这类钢管而造成氧化皮脱落，可以通过更换耐热等级较高的T91耐热钢材质。因钢氧化性与钢的晶粒度、光洁度、喷完处理及α或β相等组织状态有关，也可以通过对晶粒细化处理和喷丸处理来提高钢的氧化性，来减少锅炉氧化皮脱落问题。

2.2 控制管壁温度，避免超温

锅炉正常运行过程中，需要对主、再热汽温度及相应的金属壁温进行控制，确保其在设计温度以下，同时关注锅炉受热面的偏差，做好燃烧调整，控制主、再热汽温两侧偏差在许可范围内（一般控制偏差不大于10 ℃），避免锅炉局部受热而长期处于超温运行状态。运行过程中如果发现有壁温超过临界值，应迅速分析原因，采取措施，降低蒸汽温度。

2.3 严格控制机组启停期间的温升（降）率

2.3.1 启动温度控制

启停锅炉时，需要根据锅炉类型严格控制机组温度，冷态启动时，锅炉点火起压后按照步骤缓慢开组汽机旁路来冷却过热器，将升温速度控制在每分钟1.5 ℃以下，主汽升压速度每分钟0.1 MPa。当汽压及蒸汽流量满足要求，可以通过大幅度快速开启高、低旁对过热器和再热器系统进行吹扫，把沉积在过热器中的氧化皮全部吹干净。热态启动时，需对金属温度进行控制，避免冷却，可提高升温生压速率，尽快过渡到停机前的温度水平。同时启动过程中在低负荷阶段应尽量少用减温水，缩短锅炉干、湿态转换时间，避免金属温度大幅波动锅炉。

2.3.2 停运温度控制

锅炉机组正常停机时，一般选择滑停方法，滑停过程中，需将屏过、高过和高再的出口蒸汽降温速率控制在每分钟2 ℃以下，主汽压降压速率每分钟0.1 MPa，以确保滑停时个出口温度和汽压在临界值范围内。如果锅炉突然熄火后或突然停机，必须在锅炉通风5 min后，立即停止送、引风机，进行焖炉，直至金属壁温符合要求，才能进行自然通风。

3 结语

综上所述，我国火电机组的发电技术虽然在不断的完善中，但实际运行中却容易受炉管材质、运行环境温度和启停机热应力的影响，而造成锅炉氧化皮过早脱落，不利于机组安全稳定运行。氧化皮脱落的原因分析与防治措施探讨，对于大型现代化火电厂有着极其重大的意义，同时也是一个非常有挑战性的课题，本文所提出的的针对性措施是在某大型电厂经过实际运行验证的，希望能作为他山之石，聊以借鉴。

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