超臨界機組氧化皮脫落防治的運行策略

唐文杰

摘要：近年來我國電力行業保持了高速發展態勢，電力設備設計與制造水平不斷提高，越來越多的超臨界與超超臨界機組投入運行，逐漸替代了傳統低參數機組，這也使我國電力生產效率得到明顯提高，機組發電能耗持續降低，機組經濟性得到了充分保障。與此同時，超臨界機組由于汽水壓力和溫度都在持續提升，這也對鍋爐材料及鍋爐運行水平提出了更高要求。鍋爐受熱面在高溫高壓條件下，鋼管與水冷壁之間發生了更高的發硬速率，特別是高溫受熱面很容易在管內形成氧化皮，而升降符合階段氧化皮很容易因速率控制不當出現脫落現象，這不僅僅會導致受熱面彎管處容易出現堵塞，進而導致爆管，同時也可能會對汽輪機和電機等設備產生不良影響。本文基于氧化皮形成原因及異常脫落原因提出防治運行策略，為超臨界機組的運行提供借鑒與參考。

關鍵詞：超臨界鍋爐;氧化皮;生成;脫落;防治;運行策略

超臨界及超超臨界機組具有參數較高、鍋爐材料特殊等特點，這也使得氧化皮生成與脫落的幾率大大增加，我們在長期運行過程中對氧化皮控制的運行控制策略進行了總結，同時借鑒制造企業與其它電廠的相關運行規范總結了一套行之有效的運行控制策略。氧化皮生成速率控制能夠有效降低氧化皮的生成速度，避免氧化皮在短時間內大量生成，通過前文分析我們能夠確定氧化皮生成速率的最根本影響因素是水質、啟停過程、負荷升降等幾個方面：

1 給水品質控制

目前我國大部分超臨界機組均為引進技術，根據設計與制造企業的鍋爐說明書來看，鍋爐給水品質控制具有非常嚴格的要求，PH值、溶解氧、電導率等等因素均會對鍋爐的氧化皮生成產生根本性影響，因此在運行過程中應該嚴格按照設計要求控制水質。鍋爐水處理能夠有效保證鍋爐水質達到要求，氧化皮生成的最終原因是鍋爐內水蒸汽與鐵發生了氧化反應，鍋爐給水的PH值、氧濃度、導電率等因素都會對氧化皮生成產生根本性影響。因此我們要嚴格控制給水品質，按照設計要求進行給水控制，定期對給水品質進行化驗，嚴格避免水質不合格現象發生。

2 鍋爐啟動期間的運行控制

1）鍋爐上水溫度與管子溫度之間差異要盡量減小，控制給水溫度在20至80℃之間開始上水，同時避免環境溫度低于5℃。在上水初期利用旁路調門對上水速度進行控制，確保速率保持在5%BMCR左右。鍋爐上水期間要進行冷態沖洗，同時提升除氧器水溫，注意溫度提升速度不超過20℃/h，對沖洗后的水質進行化驗，確保水質合格后開始點火。

2）利用爐水循環泵進行沖洗，控制鍋爐水質的鐵離子含量，當水質化驗結果顯示鐵離子含量<100 ug/L，同時PH值控制在9.2至9.5之間后，鍋爐水沖洗達到合格標準后則說明冷態沖洗已經完成，鍋爐具備了沖轉條件。

3）機組在升壓過程中運行人員要密切關注爐膛出口的煙溫，煙溫升溫速率要控制在2℃/min之內，避免煙溫溫升過快影響到受熱面的壁溫變化情況。同時運行人員要嚴格控制升溫升壓速率，貯水箱內外壁溫度變化情況，特別是要重點關注各級受熱面的溫升情況，嚴格遵照溫升不超過0.7℃/min的控制要求，如果壁溫升溫速率超過了這個標準則要及時減少燃料投入，有效控制壁溫升溫速率。

4）鍋爐啟動初期即單臺磨運行時要盡量避免減溫水的投入，如果遇到特殊情況必須投入減溫水時要采取手動控制的方式投入減溫水，同時控制減溫水的投入量與開度控制速率。這能夠有效避免因減溫水調節幅度過大或流量調節過大而出現受熱面壁溫波動過大的情況，減溫水控制能夠有效減少氧化皮脫落現象出現。

5）制粉系統的異常波動很容易導致鍋爐汽溫、壓力和壁溫等參數受到煤量變化出現異常波動，這種快速變化會導致鍋爐升溫和升壓速率受到明顯影響，因此運行人員一方面要進行重點監控，檢修人員要對制粉系統展開重點巡查，另一方面則要及時控制油槍的投入和退出，確保鍋爐熱負荷保持整體穩定。

6）機組在并網后要嚴格按照運行規程所提供的曲線進行溫度壓力控制和升負荷控制，同時繼續保持對壁溫升溫速率的控制，負荷的升降速率要注意在50%BMCR以下時控制在0.3% BMCR/min以內，超過50%BMCR以后控制在0.5% BMCR/min以內，逐漸調節主汽溫度和再熱器溫度，機組負荷穩定后再提升主再熱汽溫至額定值。

3 鍋爐正常運行階段的氧化皮生成控制

1）有效控制統一受熱面的管壁溫度差。鍋爐在運行過程中的管壁間如果存在較大溫差在說明管子的受熱并不均勻，這很容易導致部分管子內出現氧化皮，因此運行人員要通過燃燒側的燃燒調整對壁溫差進行控制，盡量保證所有管子均勻受熱。

2）嚴格控制負荷升降速率。機組在投入正式運行后會經常面對負荷變化需求，而機組負荷變化要嚴格遵照相關運行要求，即50%BMCR以上的機組符合升降速率在1.5%BMCR/min以內，50%BMCR以下的機組負荷升降速率在1%BMCR/min以內，這能夠有效避免負荷升降速率過快所導致的氧化皮生成。

3）盡量減少減溫水使用。鍋爐減溫水的投入會導致鍋爐受熱面在短時間受到低溫沖擊，導致管內氧化皮生成的風險增加，因此在常規運行狀態下要盡量減少減溫水使用，盡量通過風門、煙氣擋板、擺角等方式對溫度進行調節，在其它調整手段用盡或緊急事故時再投入減溫水，同時每一級減溫水的投入量不超過當前負荷下主蒸汽流量的3%。

4）關注壁溫情況，重點調節壁溫。鍋爐受熱面壁溫的變化應該成為運行人員控制調整時關注的重點，盡量降低火焰中心，避免受熱面壁溫超溫現象，同時要控制過熱器壁溫、再熱器壁溫的最高點與最低點之間的差距，盡量保持在30℃以內，減少溫度偏差對氧化皮生成產生的影響。

4 氧化皮脫落的控制策略

1）避免負荷波動過大。鍋爐受熱面的管壁內側附著的氧化皮本身熱膨脹率較小，遠低于管子本身的熱膨脹率，當負荷波動幅度較大時，氧化皮很容易從管內脫落，進而導致氧化皮在管子內部特別是彎頭等區域聚集，導致管內工質流動不暢，引發爆管問題。因此運行人員要對機組的負荷波動保持重點關注，嚴格按照機組運行要求控制負荷升降速率。

2）有效控制汽溫變化

鍋爐汽溫在500至600℃之間時的溫度突變很容易導致氧化皮大量脫落，因此在此溫度范圍內要注意控制汽溫，避免汽溫出現異常波動而導致氧化皮大量脫落。同時也要盡量減少使用減溫水，減溫水的噴水量及噴水周期變化都會導致氧化皮脫落增加。

3）注意鍋爐啟動與停爐速度

鍋爐在啟動和停爐期間的溫度變化不僅僅會對鍋爐本身造成一定影響，更會導致受熱面內出現氧化皮脫落。因此啟動與停機時都要嚴格按照控制要求維持速率變化的穩定性，盡量采用自然冷卻方式，因故障停機時要在通風10分鐘后立刻進行燜爐，燜爐時間要至少達到4小時。

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