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生概率最高的事故類型，為了控制此類事故發生，減少火電廠經濟損失，本文主要對機組運行中引發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

隨著發電技術的發展，大容量、高參數火電機組近年來大量投入電網，現在超（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，金屬管壁會持續被氧化，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，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，容易出現滑落參數相對較低、熱負荷波動較大，燃燒不穩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。運行過程中如果發現有壁溫超過臨界值，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，需要根據鍋爐類型嚴格控制機組溫度，冷態啟動時，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進行吹掃，把沉積在過熱器中的氧化皮全部吹干凈。熱態啟動時，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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