摘要：虽然超临界机组锅炉氧化皮的产生不可避免，但是我们可以通过运行手段，控制氧化皮的生成速率、防止氧化皮大量脱落，保证机组的运行安全。
关键词：超临界机组；高温受热面；氧化皮脱落
氧化皮生成机理及剥落条件
氧化皮生成机理
在高温环境下，管道内水蒸汽中内水分子中的氧与金属元素发生氧化反应，称为蒸汽氧化。其化学反应方程式如下：
３Ｆｅ→Ｆｅ２＋＋２Ｆｅ３＋＋８ｅ－（ １）
４Ｈ２Ｏ→４ＯＨ－＋４Ｈ＋（ ２） Ｆｅ２＋＋２Ｆｅ３＋＋４ＯＨ－→Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ＋（ ３） ４Ｈ＋＋４Ｈ＋＋８ｅ－→４Ｈ２（ ４）
３Ｆｅ＋４Ｈ２Ｏ→Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ２（ ５） 高温受热管子内表面在高温高压蒸汽下形成氧化皮（膜）是一个自然过程。最初形成的Ｆｅ ３ Ｏ ４ 较为致密和富有韧性，对基体金属起着一定的保护作用。随着时间的延长，此氧化膜分成多层，内层 是蒸汽中的氧离子对铁直接氧化而成，外层为延伸膜，是蒸汽中的氧 离子向里扩散，铁离子向外扩散而形成。
氧化皮的剥落条件
起初氧化膜形成速度很快，生成氧化膜后氧化速度减慢下来。氧化膜的生长厚度与时间呈抛物线关系（塔曼法则）：
ｄ２ ＝Ｋｔ（ ６）
ｄ—氧化皮的厚度，ｍｍ； Ｋ—与温度有关的塔曼系数； ｔ—时间，ｍｉｎ当温度在５６０℃～５７０℃以下时，内壁氧化膜的主要成分为Ｆｅ３Ｏ４和Ｆｅ２Ｏ３，都比较致密，尤其是Ｆｅ３Ｏ４ 可以保护钢材不被进一步氧化。当温度在５６０℃～５７０℃及以上时．生成的氧化物则含有较多的ＦｅＯ，该层氧化物结构较为疏松， 晶格缺陷多。当氧化皮的厚度达到某一临界值时，就开始剥落。如果 氧化皮剥落数量较多，随蒸汽在锅炉内循环，聚集在弯管处堆积，就 容易造成堵管，从而引发锅炉爆管。
由此氧化皮的剥落通常决定于两个主要条件：
① 氧化皮达到一定厚度。 ② 应力变化，比如温度变化频繁、幅度大、变化速率高。
2控制氧化皮的生成速率、防止氧化皮大量脱落具体措施
2.1启动阶段
1、严格按机组运行规程规定进行锅炉上水，控制上水速度 150t/ h 左右，上水温度与汽水分离器壁温差＜ 110℃，启动初期，利用辅汽提升除氧器给水温度，尽量保证上水温度达到 110℃，加强水质监督。 2、机组启动过程中严格按照规程要求进行冷态、热态冲洗，冷态冲洗水质不合格不允许锅炉点火，热态冲洗水质不合格不允许锅炉升温升压。
3、机组启动时，利用旁路将氧化皮吹扫到排汽装置，同时监测凝结水的含铁量≤500μg/L（如果时间允许应达到 200μg/L），可以投入精处理，凝结水回收。要求做到冷态冲洗不合格，锅炉不允许点火，热态冲洗不合格，不允许汽轮机冲转。
4、冷态冲洗合格后，投入辅汽至 2 号高加蒸汽，将锅炉水冷壁温度逐渐加热至 160℃左右。
5、锅炉点火前 2 小时 , 进行辅汽至再热器供汽系统暖管，点火1 小时前进行通汽。再热系统通汽后，监视再热器金属壁温温升率＜ 1.5℃ /min，根据烟再热器处烟气温度逐渐加大供汽量，控制烟气与再热器壁温差。
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6、机组启动时，燃料量投入不可过快，尽量维持磨煤机最小给 煤量，按启动曲线进行升温升压，在饱和温度＜ 100℃时，温升速率≯ 1.0℃ /min，汽机冲转前温升速率≯ 1.5℃ /min，机组并网后升温速率控制≯ 2.0℃ /min。
7、启动时保证主汽的压力和蒸汽流量，汽机冲转前一般维持主汽压力在 5.0MPa 以上，最小高旁流量 120t/h 以上，适当开大旁路系统， 能有效吹扫过、再热蒸汽管道积存的氧化皮。
8、机组冲转之前，利用旁路系统进行氧化皮吹扫，快速开启和关 闭旁路，通过瞬间压力和流量的变化进行吹扫，吹扫期间密切关注排 汽装置水质含铁情况的变化。
9、机组冷、热态启动过程中严格按照不同状态的升温升压曲线控 制蒸汽温度。在热态启动过程中，为防止受热面金属温度降低，锅炉 的烟风系统要与其它系统同步启动。烟风系统启动后炉膛通风控制总 风量为 35%，在炉膛通风 5 分钟结束立即点火，点火后要尽快投入燃料量，控制屏过、高过、高再的温升速率为≯ 3℃ /min，防止受热面金属温度降低。
10、锅炉从点火启动至发电机并网带初期负荷阶段，除控制好升 温升压速率外，要尽量避免主、再热汽温出现反复的现象，减小汽温 变化幅度，防止氧化皮脱落。
11、机组冲转前升温升压过程中，投用减温水时严密监视和控制 各管壁温度波动情况，防止减温水投入后因受热面金属管材内形成的 氧化皮与管材金属的膨胀系数不同造成氧化皮的大幅开裂及脱。
12、干湿态转换过程是锅炉受热面氧化皮脱落的高峰时期，此时应尽量保持给水流量稳定，缓慢增加燃料量，使锅炉平稳过渡到干态运行， 不要在临界区域停留，避免锅炉干湿态反复转换造成汽温大幅波动。
2.2正常运行 1、严格控制受热面蒸汽和金属温度，严禁锅炉超温超压运行。
2、受热面蒸汽和金属温度按要求进行控制。由于受热面可能存在 较大的热偏差，受热面蒸汽温度的控制要服从金属温度，金属温度超 温要视情况降低蒸汽温度运行。
3、锅炉运行过程中，过热器出口蒸汽温度偏差左右两侧≯ 5℃， 屏过出口温差≯ 10℃，高再出口偏差≯ 10℃，且运行中按温度高点控制蒸汽温度，发现异常时及时采取措施处理。
4、机组加减负荷控制负荷变化率≯ 6MW/min，温度波动≯ 2℃ / min 。
5、制粉系统启停及切换过程中要平稳，不要扰动过大。燃料量、 风量调整不能波动太大，尽可能的缓慢操作。
6、运行中发现金属温度超过允许值，通过降低蒸汽温度和运行方 式调整，
2.3停机阶段
1、按规程规定控制汽温、汽压，严禁温度、压力波动过大，监视 主蒸汽温、再热汽温降温率及金属温降率应在允许范围内，主汽温降
<1.5℃ /min，再热汽温降 <2.5℃ /min，金属温降在 1 ～ 1.5℃ /min。
2、机组滑停过程中降温、降压不应有回升现象。注意汽温、汽缸壁温下降速度，汽温下降速度严格符合滑停曲线要求。汽温在 10min内急剧下降 50℃，应打闸停机。
3、分离器压力 1Mpa，进行锅炉带压放水，使过热器、再热器管处于蒸干状态。
4、锅炉停炉之后必须按要求及规程规定，不可以进行强制通风换 水冷却，应采用闷炉处理，以防止氧化皮脱落。
结束语
超临界机组运行的高参数，在带来更好的经济性的同时，对运行 条件要求也越来越高。在高温高压条件下，水蒸汽与铁的反应速率明 显增加，因此高温受热面氧化皮的形成是一种必然的结果。
参考文献
杨丰收 . 超超临界锅炉高温受热面氧化皮脱落与治理 [J]. 中小企业管理与科技( 上旬刊),2019(10):154-155.
武东森 , 郭文海 , 李传荣 . 超临界锅炉高温受热面内壁氧化皮的形成及剥落机理研究[J]. 工业锅炉,2018(06):1-
论文作者:王宁
论文发表刊物:《福光技术》2019年32期
论文发表时间:2020/3/14
标签：温度论文; 锅炉论文; 蒸汽论文; 机组论文; 金属论文; 速率论文; 高温论文; 《福光技术》2019年32期论文;