（大唐彬长发电有限责任公司 陕西省长武县）
摘要：超临界直流锅炉发生氧化皮脱落是非常常见的现象，但是如果不引起重视进行及时清理，会发生锅炉管道堵塞或者管壁破裂引发严重的安全事故。本文以某电力企业所用的630MW超临界直流锅炉为例，基于锅炉氧化皮的形成机理，分析锅炉氧化皮脱落的原因，并针对这些因素提出了相应的预防措施。
关键词：超临界直流锅炉；氧化皮脱落；预防措施
1引言
超临界直流锅炉在运行过程中，其高温过热器和高温再热器等组件长期处于高温运行状态，所以其高温受热面容易因氧化而形成氧化层且出现氧化层脱落的问题，此问题没有引起运行维护人员足够的重视，导致此部位的金属氧化层脱落之后长期处于暴露状态，容易引起炉管破裂甚至是爆炸等事故，且脱落的氧化层没有及时清理还会造成炉管的堵塞等问题，不仅影响锅炉和发电机组的正常运行，还会引发严重的安全事故，造成严重的经济损失和人员伤亡，所以需要对超临界直流锅炉氧化皮脱落的问题及原因进行深入研究，并寻找相应的预防措施。
2超临界直流锅炉氧化层的形成机理
由于某发电企业的超临界直流锅炉的运行温度约为570℃左右，此温度正好处于水蒸气的强氧化温度范围之内，在此温度下，水蒸气对金属受热面有着极强的氧化能力，比空气对金属的氧化能力高出十几倍，所以极容易在锅炉的受热金属面形成氧化皮。氧化皮的形成是由高温水蒸汽与金属进行高温氧化反应的产物，其反应过程如下[1]：
3超临界直流锅炉氧化皮的脱落原因
3.1金属材质
锅炉的材质对氧化皮的生产量和生产速度有较大的影响，主要是因为材质不同，其膨胀系数和Cr在高温下的扩散系数则不同，所以其抗氧化性和耐热性则不同，如材质为12Cr18Ni12Ti的锅炉运行2万h之后的氧化皮厚度与材质为TP347H的锅炉运行10万h之后的氧化皮厚度差不多，而材质为TP347HFG的锅炉在运行10万h之后的氧化皮厚度仅为40μm，所以从氧化皮生产的厚度江都来说，细晶粒奥氏体钢材质的锅炉要优于粗晶粒奥氏体钢材质的锅炉。目前超临界直流锅炉的材质多为合金，在实际选用锅炉时应充分考虑锅炉的使用环境，确定最适宜的Cr含量材质的锅炉，尽量减慢其氧化速度[2]。
3.2受热面温度
温度与氧化皮的生产有着直接的关系，根据塔曼法则，氧化皮厚度的平方与时间和与温度油管的塔曼系数呈正比例关系，虽然目前超临界直流锅炉及其组件所用的材质多为耐高温的奥氏体不锈钢，但是由于锅炉的运行温度通常较高，如前文所述630MW机组的锅炉的额定温度为570℃左右，但是实际的锅炉管壁温度是通常在600℃左右，虽然未达到奥氏体不锈钢材质的最高允许温度，但是其内部已经发生氧化速度的突变，使氧化皮的生成量较大而不断积累，如果不及时清理，会导致氧化皮所在部位的局部温度升高，又会加快氧化反应的速度，使氧化皮的厚度进一步增加，加快其脱落的速度。
3.3机组启停的热应力
发电机组的正常启动和停止时，超临界直流锅炉需要大量的热负荷才能使循环水流量满足锅炉启停的需要，而在这样大量的热负荷的影响下，锅炉管壁会出现短时间的干烧，导致管壁上的氧化皮极容易脱落，所以在锅炉启停的过程中需要采取相应的降温措施，但是此降温措施会产生大量的热应力，此热应力会对水蒸汽与金属的高温氧化反应起到加速作用，所以也导致氧化皮的加速脱落。此外由于锅炉突然停止运行，温度会发生骤降，锅炉内的热负荷量瞬间降低的同时会产生较大的热应力，也会加速氧化皮的形成和脱落，这是导致锅炉管壁氧化皮脱落的主要原因之一[3]。
4超临界直流锅炉氧化皮脱落的预防措施
4.1锅炉设计制造时的预防措施
正如前文对锅炉材质的分析，锅炉的材质应选择高晶粒度的奥氏体不锈钢，而且控制材料中的Cr含量，制造出耐高温性和抗氧化性适宜的锅炉。对于目前我国的钢材生产来说，其晶粒度与国外先进钢材的晶粒度具有一定的差距，所以对于超临界直流锅炉的制造材料应积极引进国外的先进技术进行生产制造，尽量提高我国相应钢材材质的晶粒度等级和耐高温性与抗氧化性；此外，应严格控制超临界直流锅炉的生产制造工艺，确保焊接缝及厚度均匀，各种性能测试符合国家及行业的相关技术规范及标准规定，确保超临界直流锅炉的安全稳定运行。
4.2锅炉安装过程中的预防措施
首先在锅炉安装的过程中应选择具有专业安装资质的单位和具有相关证书的专业人员进行安装施工，并且严格按照安装技术标准进行施工，对于容易出现氧化皮脱落的组件应进行重点关注，保持此部位进行精准安装；其次在安装之前应对锅炉进行全面的检测，并且检查锅炉周围的安装环境，对锅炉安装所需要的各配件进行检查，确保其质量符合要求；最后对于锅炉安装中的焊接作业，既要采用科学的焊接工艺确保焊接质量，而且在焊接过程中应注意不能将不同类型的钢材进行焊接，并确保焊缝均匀。
4.3锅炉启停时的注意事项
机组启动时应严格按滑参数曲线升温、升压，当锅炉温度在100℃以下启动时应先用小油枪点火升温，控制汽、水温度变化速率小于1.0℃/min；当水温高于100℃时方可投入等离子进行点火，等离子投入后锅炉蒸汽温度变化速率不得超过1.5℃/min。锅炉加、减负荷要平缓，煤量加减操作尽量控制均匀缓慢，每次增减煤量速率控制在100kg/min以内；锅炉风量调整也必须均匀缓慢，烟温变化速率90℃/h；正常增、减负荷速率控制不大于2%B-MCR。停炉应按停炉时间长短做好保养工作，并保证保养质量，防止锅炉管腐蚀。锅炉停炉采用滑参数停机方式，控制主、再汽温降温速度不大于1.0℃/min；锅炉停炉冷却不可过快，锅炉熄火后以30%额定通风量吹扫10min后停风机闷炉，严禁采用强制通风冷却方式；停炉放水不可过早，一般在停炉后24小时后进行，当分离器压力低于0.5MPa，贮水箱水温低于150℃为宜，并控制贮水箱内外壁温差不得大于25℃。锅炉启、停制粉系统操作要缓慢，加减给煤量要缓慢均匀，切换磨煤机操作过程应保持一次风压稳定、总燃料量稳定、水煤比稳定、锅炉参数稳定。锅炉在本生负荷以下运行时要尽可能配合旁路来控制再热汽温，防止蒸汽流量小，再热器超温；锅炉再热器无蒸汽流过时，严格控制炉膛出口烟温在540℃以内；锅炉再热汽温应用烟气挡板来调节，减温水量应尽可能不使用。锅炉水压试验结束48小时后应尽快点火启动，否则必须采取保养措施，防止锅炉管发生腐蚀。
4.4锅炉使用过程中的预防措施
加强锅炉的日常维护与管理是减少锅炉氧化皮产生和脱落的最有效措施，由于锅炉氧化皮的形成是一个长期积累的过程，且通常在积累到一定厚度时才发生脱落，所以应加强对锅炉管壁氧化层的检查与清洁；其次锅炉用水的质量也会影响氧化皮的形成和脱落，所以锅炉用水需要检测合格才能用；最后在锅炉的实际运行中，根据发电企业的自身情况对锅炉的运行模式进行优化，定期对锅炉进行吹灰和清洁，并尽量减少减温水的使用，并提高锅炉机组的使用投入率，在确保锅炉稳定运行的前提下，提高机组运行的经济效益。
5结语
发电企业中的超临界直流锅炉通常的运行温度较高，以本文中提到的630MW发电机组中的锅炉为例，其额定运行温度为570℃，但是其实际运行温度大于在600℃左右，锅炉长期处于高温的运行状态容易产生氧化皮并经过一定时间的积累发生氧化皮脱落的问题，影响锅炉的正常运行，甚至会造成严重的安全事故，影响锅炉形成氧化皮的因素有锅炉的材质、受热面温度、机组启停的热应力等，所以需要在锅炉的设计、制作、安装和使用过程中加强对锅炉氧化皮的预防，对锅炉的氧化皮的形成和脱落进行有效控制，确保锅炉的安全稳定运行。
参考文献：
[1] 高欢,李峰.超临界直流锅炉氧化皮脱落原因及预防措施分析[J].科技创新与应用,2015(27):116-116
[2] 刘武奎.630MW超临界机组无炉水循环泵启动方案的优化[J].科技视界,2014(32):314-315
[3] 李学伟,王春芳.600MW超临界机组无炉水循环泵热态启动分析[J].电力科技与环保,2016,32(2):58-59
论文作者:张玄
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/14
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