皖能马鞍山发电公司 安徽省马鞍山市
摘要：本文针对超临界直流锅炉的高温氧化皮脱落机理，以及停炉后金属监督数据，对皖马发电公司一号炉末级过热器氧化皮分析以及运行防控措施。
关键词：皖能马鞍山发电公司；超临界直流锅炉；氧化皮；防控措施
概况
锅炉四管泄漏是造成机组非计划停运的主要因素之一，而氧化皮脱落堵塞受热面管路造成爆管是其中的一个主要方面。上锅厂四角切圆锅炉存在此类问题较多，据查网上资料和咨询其它电厂了解，国华太仓电厂、沙洲电厂、高资电厂、华电贵港、江西丰城、安徽田集等电厂使用的锅炉与我公司一样为同类型锅炉，太仓电厂运行9000小时后末级过热器因氧化皮剥落堵塞造成爆管；沙洲电厂、高资电厂运行5000 h后末级过热器因氧化皮剥落造成爆管；华电贵港电厂运行13000小时后末级过热器因氧化皮剥落造成爆管；江西丰城电厂运行14000小时后末级过热器因氧化皮剥落造成爆管；田集电厂运行2年左右末级过热器因氧化皮剥落造成爆管。氧化皮形成和剥落主要发生在末级过热器（高温再热器也有发生），并具有普遍性、反复性和快速性等特点。
1、系统设备介绍
皖能马鞍山发电有限公司2×660MW超临界燃煤发电机组的锅炉，由上海锅炉厂有限公司设计制造。本锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，采用单炉膛四角切圆燃烧方式、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型燃煤锅炉。
#1锅炉型号为SG-2101/25.4-M988，蒸汽压力25.4MPa/4.53MPa，蒸汽温度571℃/569℃。
#1炉末级过热器布置于水平烟道，位于高温再热器后部，与烟气成逆流布置，共82排，为W型管圈，每排受热面由13根管子组成。末级过热器分冷段和热段，热段管屏材料采用SA213-T91和SA213-TP347H两种材质，其中热段从炉前数第一根管迎流面全部采用φ38.1×7.5的SA213-TP347H不锈钢管材，背流面采用φ38.1×7.5的SA213-TP347H不锈钢管材（小部分）和φ38×7的SA213-T91钢管（大部分）；热段从炉前数第二根管迎流面采用φ38×7的SA213-TP347H不锈钢管材（大部分）和φ38×7的SA213-T91钢管（小部分），背流面全部采用φ38×7的SA213-T91钢管。具体部位和尺寸见图。
#1炉末级过热器金属壁温共计92点，报警壁温619℃（见上锅厂说明书），布置在横向第1、4、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27、29、32、35、38、41、44、47、50、53、55、57、59、61、63、65、67、69、71、73、75、78、81排的#1管和#7管，以及横向第21、61排的第#2～6、#8～13管。
2、#1机组C修末级过热器氧化皮检查情况
3月23日～24日对#1炉末级过热器热段迎流面弯头进行拍片检查氧化皮情况，共拍片140张，检查情况见下表：
注：过热器片号编码方法是：第一位数字为管屏号（从南数），最后一位数字为炉管号（从炉前数）GGW为高过弯头。
从检查情况来看，末级过热器拍片140张，A、B侧各70张，检查未发现氧化皮的共60张（A侧21张，B侧39张），检查氧化皮在50%以下的（不含50%）共59张（A侧36张，B侧23张），检查氧化皮在50%及以上的共21张（A侧13张，B侧8张）；从50排后的58张拍片中50%及以上的只有2张，50%以下的有18张，无氧化皮的有38张。#1、2号管各拍片69张，氧化皮在50%及以上的#1管17张，#2管4张。
结果：末级过热器热段迎流面弯头，A侧氧化皮比B侧明显严重，从炉前数第1根管弯头氧化皮比第2根管弯头明显严重。
3、原因分析：
3.1 材质
末级过热器热段管屏材料采用SA213-T91和SA213-TP347H两种材质，根据上锅厂提供的资料，T91材质的抗氧化温度为650℃，TP347H材质的抗氧化温度为704℃。查阅2013年以来的末级过热器金属壁温记录，最高点610℃，未达到上述两种材料的抗氧化温度。虽然实际情况存在T91和TP347H材质在较低的温度下发生氧化，以及查阅2013年以来超温情况（主汽温度超温15次，576℃～577℃之间的11次，577℃～578℃之间的1次，578℃～579℃之间的3次，579℃～580℃之间的1次（2min）），超温情况不严重，但此次检查氧化皮较多，是否有材料本身材质有关，特别是#1管氧化皮较多，材质为TP347H不锈钢管。
注：1）在超临界锅炉里，材料内壁氧化皮的形成主要与压力、温度、材料壁厚及水质等有关。在奥氏体材料中，SA213-TP347H相较于其他材料，其在高压力、高温度的环境下形成氧化皮的速度较快，且易于脱落（不锈钢管氧化皮厚度超过0.1mm，易脱落），故在压力与温度均较高的末级过热器中易发生SA213-TP347H所形成的氧化皮脱落现象。为防止SA213-TP347H氧化皮脱落现象，可采用内壁喷丸或采用细晶粒度的SA213-TP347H材料。
2）查阅网上资料，有一种说法：TP347H钢管直接与超临界蒸汽接触，初期氧化是比较严重的，速度很快，这是正常现象，当氧化到一定程度后，高铬的致密氧化层形成后，阻断了氧与金属基体的直接接触，在很大程度上降低了氧化速度，随着运行时间的延长，其氧化速度会逐渐降低。
3.2 汽温及壁温控制
管壁温度越高，氧化速度越快。
查阅2013年以来的末级过热器金属壁温记录，最高点610℃，未超过上锅厂报警壁温619℃；查看热段迎流面第1根管壁温，最大值在600℃以上的有#29、32、35、38、41、44、47、50、53排，最高点610℃出现在44排，平均壁温高于580℃的有35、41、44、47、50、53排，平均壁温最高588.53℃出现在44排，上述管排均在末级过热器中间部位（末级过热器共82排）。从氧化皮检查情况来看，氧化皮较多的现象也多出现在末级过热器中间部位。
2013年以来超温情况：主汽温度超温15次，576℃～577℃之间的11次，577℃～578℃之间的1次，578℃～579℃之间的3次，579℃～580℃之间的1次（2min）。
从汽温及壁温控制情况来看，我公司#1炉控制情况良好，未发生严重超（壁）温现象。
从其它电厂了解：合肥电厂末级过热器报警值600℃，田集电厂末级过热器报警值608℃，太仓电厂末级过热器报警值600℃。
我公司目前末级过热器语音提示报警600℃，考核报警值619℃。
建议了解同类型电厂壁温报警情况及氧化皮情况，最终合理确定我公司受热面壁温报警值和考核值。
我公司受热面管壁温度测点布置在炉顶顶棚罩壳内，各温度测点测量的管壁温度不能真实反映炉内管壁实际温度及变化速率，可考虑在炉内加装管壁温度测点或增加壁温测点。另外机组投产以后，未对受热面管壁温度测点进行全面核对校验，建议进行全面核对校验，保证管壁温度测量的对应性和准确性。
3.3 燃烧情况
锅炉热偏差会影响氧化皮的生成速度。
对于上海锅炉厂采用四角切圆燃烧系统的锅炉，在炉膛内组织煤粉和空气形成强烈的切向旋转并螺旋向上的流场模式，对强化风粉混合燃烧是非常有利的，但旋转的流场到炉膛出口会仍然存在，即所谓的残余旋转。残余旋转会导致整个烟气流不均匀的流入水平烟道，而在水平烟道布置的过、再热器以对流吸热为主，因此，烟速不均对吸热量影响较大，从而形成传热偏差。
我公司两台锅炉目前存在明显热偏差（A侧大于B侧），集中反映在两侧烟温差大，两侧减温水流量明显偏差大，两侧壁温有偏差，主要就是由于上锅厂四角切圆锅炉残余旋转导致热偏差产生，而且减温水投退，特别是低负荷时二级减温水投用会影响到壁温的明显变化。
3.4 停炉方式
3月12日#1机组停炉采用滑参数停炉，机组解列时主汽压0.7MPa，主汽温331.8℃，再热汽温328℃，调节级金属温度325.49℃，停炉时汽温汽压控制速率会影响到氧化皮的脱落量，另外降汽温主要是依靠燃烧调整、风量调整、磨煤机停运、火嘴摆动及减温水量等控制，但后期低负荷时汽温的控制只能通过减温水量来控制，而减温水量的使用和波动会直接影响到氧化皮的脱落量。
4、采取措施
目前，在现有材料水平下，超临界锅炉的氧化皮生成与剥落不可避免，因此现实可行的措施为：减缓生成、控制剥落、加强检查、及时清理。
4.1 运行调整
4.1.1 针对#1炉热偏差问题，建议到同类型电厂调研（如田集电厂热偏差很小，其请江苏院做过燃烧优化试验），或请有关院所来做燃烧优化调整试验减小热偏差，控制好两侧汽温、烟温偏差。
4.1.2 根据负荷、煤质及壁温情况，优化吹灰方式，及时投入锅炉吹灰（炉膛吹灰、屏过吹灰及高过、高再吹灰），降低锅炉金属壁温。
4.1.3 严禁锅炉超温运行，适当降低锅炉金属壁温报警考核值，增加语音提前预报警，提醒运行人员注意，给运行人员充分的时间进行调整，将金属壁温控制在正常范围内。
4.1.4 加强运行调整，减少汽压、汽温、负荷的大幅变化，锅炉升降负荷时控制负荷、汽压、汽温的变化率。
4.1.5 优化完善协调控制逻辑，减少协调控制系统的扰动，提高协调控制调节精度；不断完善热工自动控制系统，对给水、减温水自动及负荷控制逻辑等不断改进。
4.1.6 注意减温水控制，防止大幅增减减温水，两侧减温水偏差要小，低负荷少用减温水，二级减温水增减幅度要小。
4.1.7 合理调整燃烧，合理调整制粉系统运行方式，合理调整二次小风门控制风量，合理调整燃烧器摆角，合理控制炉膛出口烟温。
4.1.8 目前#1炉过热器一二级减温水调门特性差，空行程长，汽温自动调节特性差，技术部检查后告为阀门特性问题，已联系厂家处理不好，建议更换阀门。
4.1.9 可考虑在易产生氧化皮的管屏加装炉内壁温测点。
4.1.10 加强主要辅机的运行监视和点检，保证主要辅机正常运行，防止辅机故障停用RB动作引起负荷大幅降低。
4.1.11 在机组运行中，启停制粉系统时要保证锅炉燃烧平稳，提前对主、再热汽温进行预控，防止汽温出现大幅扰动而引起超温或汽温过低。
4.1.12 加强机组运行和启停时的化学汽水监督，避免因汽水品质变化引起氧化皮快速增加和脱落。
4.2 启停机组控制（尽量减少机组启停次数，控制非计划停运）
4.2.1 机组启动控制
4.2.1.1 机组无燃油系统，采用等离子点火方式，点火时为防止升温升压过快，应燃用热量偏低（19Mj/kg～20 Mj/kg）、挥发分高（25%以上）、煤质稳定的单一煤种，同时启动磨煤机时给煤量要尽可能少（以磨煤机不振动为准）。
4.2.1.2 在机组正常启动过程中，严格按照升温、升压曲线进行温度和压力控制，若发现锅炉受热面金属温度不均匀应适当延长升温时间，待各级过热器管壁的金属温度均有上升趋势后，才允许增加燃料量。
4.2.1.3 加强冷热态冲洗，加强化学监督，控制炉水品质。可调研其它电厂，在汽机冲转前利用高、低压旁路进行受热面大流量冲洗，直至凝结水水质化验合格和锅炉各受热面金属管壁温度无偏差。
4.2.1.4 合理控制减温水量，尽量少用减温水。
4.2.2 机组停运控制
4.2.2.1 锅炉停运时，应严格按照降温、降压速率进行温度和压力控制，减少减温水的投用，若必须投用则以一级减温水为主，二级减温水为辅，减少对末级过热器壁温的影响。
4.2.2.2 根据机组检修要求决定停炉方式，在允许的情况下尽量不选择滑停方式。
4.2.2.3 机组停运吹扫5分钟后，停运送、引风机，关闭所有风烟挡板保持锅炉密闭，让锅炉自然缓慢冷却，锅炉无特殊情况不进行强制通风冷却。
4.3 检修措施（加强检查，及时清理）
做好氧化皮定期检测工作，做到 “逢停必检”。采用拍片检查或氧化皮监测仪对过热器、再热器进行氧化皮检测，并根据检查情况制定措施进行清理，同时对管材进行寿命评估并及时更换氧化较严重的管材。
结束语
氧化皮的生成速度取决于金属管壁温度，氧化皮的剥落主要取决于氧化皮与金属基本的温差及温度变化速率。控制金属管壁温度是减缓氧化皮生成的关键。温度变化产生的热应力是导致氧化皮剥落的主要原因，是控制剥落的重点。加强监测，及时发现，及时清理以保证机组在健康状态下运行。作为运行人员来说，如何选择金属材料是决定不了的，但是可以通过运行调整等措施，达到减少氧化皮的生成，减缓氧化皮的剥落速度，可以做到减少机组因氧化皮的原因造成高温受热面爆管，避免机组非停事故。
参考文献：
[1]全国火电600MW机组技术协作会论文集
[2]兄弟电厂技术交流资料
论文作者:胡钢
论文发表刊物:《基层建设》2016年5期
论文发表时间:2016/7/1
标签：锅炉论文; 温度论文; 电厂论文; 温水论文; 机组论文; 管壁论文; 过热器论文; 《基层建设》2016年5期论文;