摘要：随着我国国民经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，对发电量的需求日益剧增，推动了电力建设行业和发电设备制造业的迅猛发展。在电力行业中火力发电又占相当大的比例。电站锅炉是火力发电的重要组成部件。本文通过分析火电厂锅炉金属氧化皮剥落问题的原因，以针对性的提出相关建议以供解决和防范。
关键词：金属氧化皮；火电发电；锅炉；防范措施
一、氧化皮的形成与脱落机制
1、氧化皮的形成机制
随着目前机组超临界发电技术的发展，特别是锅炉内部温度参数的显著提高，因为氧化皮脱落造成的机组爆管事故越来越多。那么氧化皮的形成到底有哪些步骤呢？我们可以进行一个有趣地描述，当超临界机组蒸汽参数高，主蒸汽温度均在570℃，如果在此温度之下，水蒸汽自身的氧化性较强，锅炉内壁上产生蒸汽氧化是一种必然的现象。然后水与铁产生化学反应生成氢氧化亚铁，然后氢氧化亚铁进行饱和后在一定温度下形成氢氧化铁，并分解出部分氢气。这种氧化膜的成长遵循着塔曼法则，意思既是指氧化膜的生长与整个锅炉内的温度和氧化膜所生长时间有关。一般来说，金属温度对整个氧化速度的影响效应不大，并且锅炉内的蒸汽压力的影响相对较小，整体温度对于不同金属种类的影响方向和影响程度也是不尽相同的。
2、氧化皮的脱落机制
如果机组内的过热器与再热器长期处于一种高温运行环境之下，其中过热器与再热器管的子内壁就会被高温蒸汽这一现象不断地氧化，从而形成了连续的氧化皮，这些氧化皮附在两种器件的管壁上。氧化皮的脱落也存在一定的条件，第一：氧化皮需要达到一定的厚度，一般情况下不锈钢应当达到0.1毫米左右。第二：整体高温蒸汽管道的内部温度变化幅度与其温度变化的频繁性存在较大的不稳定性。因此，由于在温度变化的同时容易引起氧化皮破裂并容易从金属表面脱落，故管内的氧化皮大面积脱落机制一般形成在整个机组启动与停止过后，或者温度在发生变化的时候。
二、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0.05～0.1mm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、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。
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。
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。
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三、防范氧化皮脱落的技术措施
1、运行中防止氧化皮脱落的措施
（1）严禁锅炉超温、超负荷运行，严格按照运行规程控制锅炉各部受热面的温度，并纳入运行绩效考核。
（2）保证锅炉热负荷均匀，避免锅炉烟气侧形成热偏差。通过二次风配风、燃尽风调整等手段，控制锅炉末级再热器A、B侧出口烟温偏差小于100℃，控制锅炉前屏过热器A、B侧出口蒸汽温度偏差小于20℃。
（3）避免汽温大幅波动。升降负荷期间，通过煤水比调整、减温水调整等手段，控制好锅炉各部受热面的温度。合理使用减温水量，避免汽温骤升骤降。
（4）严格执行发电部的《锅炉吹灰技术措施》，防止锅炉大量结焦，造成锅炉受热面局部过热。
2、启动中防止氧化皮脱落的措施
（1）机组整体启动过程中，加强汽水品质监督。严格按照运行规程要求控制汽水各项指标，汽水指标不合格严禁锅炉点火。
（2）锅炉采用等离子点火方式，在点火初期，控制磨煤机煤量不超过20t/h；主汽压力在1MPa时，控制磨煤机煤量不超过30t/h，防止点火初期，锅炉温升过快。
（4）汽机旁路调整要缓慢进行，防止高、低压旁路大幅度的开关，造成受热面壁温的波动。
（5）加强机组水质监督，保证受热面内表面清洁稳定。
3、加强对高温的管理与监测工作
要加强对高温的管理与监测工作，在运行机组时要做好超温预防与控制措施的落实与研究，切实对金属超温情况做好分析、统计以及研究工作。同时，在机组内部应当加强内部管道壁的温度监测的维护，在保证运行人员安全的基础上，进一步对机组与锅炉内部进行温度监测工作。与此同时在锅炉运行的过程中，运行人员应当密切地关注锅炉受热面氧化皮脱落的金属温度变化趋势，一旦锅炉出现温度超温的报警标识，应当及时采取措施并且进行问题解决。
4、加强对锅炉内部氧化皮堵塞的检查
通过加强对锅炉内部氧化皮堵塞的检查，可以及时有效地进行氧化皮的清理工作。在整体原则上，应当将对氧化皮监测纳入整体的防磨爆体系，只要是面对高温受热面的问题，必须要做到有点必查，只要具备一定的检查条件，都可以进入锅炉炉膛内部进行检查与监测。同时，在原有的检查基础上，还应当积极加强对超温管子的检查。一旦发现在无损检查过程中，氧化皮堆积较多的管段进行切割管道清理。建议在清理机组过程中可以采用氧化皮检测仪器进行较为仔细地检测，还可以采用射线检验的方式进行检测。
总结
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。在实际工作中，工程技术人员应当加强技术创新与实践，不断总结经验，统筹兼顾，不断创新现有技术，为解决锅炉受热面氧化皮脱落问题进行深入地分析与研究，并要总结出相应的方式与措施，从而实现发电厂经济效益的提高。
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论文作者:李海兵,毕虎才,张钰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签：锅炉论文; 温度论文; 炉管论文; 机组论文; 高温论文; 蒸汽论文; 金属论文; 《电力设备》2018年第26期论文;