摘要：随着大型锅炉运行，节能降耗越来越受到重视，同样，锅炉受热面超温也备受关注，可能使受热面氧化皮脱落，堵塞受热面，造成过热爆管，不仅使得经济效益降低，而且危害设备的安全性。
关键词：氧化皮；受热面；奥氏体；直流炉；超临界
1、概述
超（超）临界机组锅炉受热面等氧化皮脱落是一道难题，目前没有很好的材料来解决这个问题，发生这个问题的主要原因是，热负荷变化大，造成温差幅度大，引起的热应力聚变，特别是机组启停阶段、发生MFT RB等特殊工部时，最容易发生氧化皮脱落。防止氧化皮脱落的有效方法，就是防止锅炉各壁面大幅度温差变化，引起的热应力聚变，所以尽量壁免引起壁面温差大幅度变化的情况发生。
2、过热器介绍
本公司,锅炉为超临界参数变压运行本生直流锅炉由哈锅炉引进三井巴布科克能源公司技术生产。锅炉型号：HG1980/25.4-YM1 型。
2.1过热器流程
过热器系统按蒸汽流程分为顶棚包墙过热器、一级过热器、屏式过热器和末级过热器。经四只汽水分离器引出的蒸汽进入顶棚入口集箱，另一端接至顶棚出口集箱。同时与后烟道前墙和后烟道顶棚相接，后烟道顶棚转弯下降形成后烟道后墙，后烟道前、后墙与后烟道下部环形集箱相接，并连接后烟道两侧包墙。侧包墙出口集箱的24 根引出管与后烟道中间隔墙入口集箱相接，隔墙向下引至隔墙出口集箱，隔墙出口集箱与一级过热器相连。一级过热器材料为SA-213 T12 ，布置于尾部双烟道中的后部烟道中，由3 段水平管组和1 段立式管组组成。并引至出口集箱。经一级过热器加热后，蒸汽经2 根连接管和一级喷水减温器进入屏式过热器入口汇集集箱。屏式过热器布置在上炉膛，沿炉宽方向共有30 片管屏。从屏式过热器外圈管及出口引出，材料为SA-213 TP347H，经2 根左右交叉的连接管及二级喷水减温器，进入末级过热器，材质为SA-213 T91。末级过热器位于折焰角上方，沿炉宽方向排列共30 片管屏。蒸汽在末级过热器中加热到额定参数后，集箱和主蒸汽导管进入汽轮机。
2.2过热器特点
过热器汽温调节设有两级喷水减温器，每级均为2 只。一级喷水装在一级过热器和屏式过热器之间的管道上；二级喷水减温器装在屏式过热器和末级过热器之间的管道上。
过热器出口蒸汽温度随负荷的改变而变化。这是由于过热器是组合式的，既有对流传热又有辐射传热，但总体上是以对流传热为主。为消除蒸汽侧和烟气侧产生的热力偏差，过热器各段进出口集箱采用多根小口径连接管连接，并进行左右交叉，保证蒸汽的充分混合。过热器采用二级喷水减温装置，且左右能分别调节。可保证过热器两侧汽温差小于5℃。过热器管排错位、出列，保证管排平整，有效抑制了管屏结焦和挂渣，同时方便吹灰器清渣。
3、超临界受热面氧化皮形成
从化学角度来讲，锅炉管内壁产生蒸汽氧化现象是必然的，铁与水反应，生成Fe(OH)2,饱和后，在一定温度范围转化为Fe3O4，Fe + H2O →Fe3O4 + H2（高温）此反应在铁表面进行，在表面形成Fe3O4.氧化膜，并随同有氢析出。当温度高于570℃，内部氧化物的分布为FeO、Fe2O3、Fe3O4，FeO与金属基体相结合不致密。氧化膜的生长遵循塔曼法则，根据此法则氧化膜的生长与温度和时间有关。氧化膜的生长速度与蒸汽压力有关，蒸汽压力低比压力高生长速度快,不同材质蒸汽侧氧化皮生长速度是不一样的。
在金属材质、压力一定的情况下，工质温度和运行时间对氧化皮生成起主导作用，一般运行时间和氧化皮生成速度基本呈线性关系，温度超过一定的限额，对氧化皮厚度的影响较为明显。在长期高温运行过程中，奥氏体不锈钢管子内壁在高温蒸汽的作用下会不断氧化从而形成连续的氧化皮，这种氧化产皮通常附着在管壁上。
氧化皮的剥落一般具备两个条件：一是氧化皮要达到一定厚度（不锈钢0.1mm,CrMo钢0.2-0.5mm）；二是高温蒸汽管道温度变化频繁，且幅度较大；又由于氧化皮的膨胀系数（0.9*10-5）与奥氏体不锈钢金属的线膨胀系数（2.1*10-5）相比差别很大，在温度发生变化，尤其是发生反复或剧烈变化时，就会引起氧化皮破裂并从金属表面剥离。
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4、氧化皮脱落危害
锅炉受热面上达到剥离条件的氧化皮开始逐渐剥离下来，堆积在锅炉过热器蛇形管受热面U型管底部，一旦没有被蒸汽携带走，会严重地危害设备安全。主要有：
1)氧化皮堵塞管道，引起相应的受热面管璧金属超温，最终导致机组强迫停机。
2)长期的氧化皮脱落，使管壁变薄，强度变差，直至爆管。
3)锅炉过热器﹑再热器﹑主蒸汽管道及再热蒸汽管道内剥落下来的氧化皮，是坚硬的固体颗粒，严重损伤汽轮机通流部分高/中压级的喷嘴﹑动叶片及主汽阀﹑旁路阀等，导致汽轮机通流部分效率降低，损伤严重时甚至必须更换叶片。
5、预防氧化皮脱落措施
防止超临界机组氧化皮脱落，堆积使管内蒸汽流量减少或者中断，管冷却效果变差，导致再超温和短期过热爆管。具体措施：
1)机组启动要严格按照防止氧化皮脱落的措施执行，注意控制汽温温升温降速率，防止汽温大幅波动。锅炉升温、升压期间，分离器蒸汽温度温升速率应≤1.5℃/min，各金属壁温升温率≤1.5℃/min，主蒸汽升压速率≤0.05MPa/min。
2)停炉时，需要吹扫5min才就闷炉，不要通风快冷，防止锅炉快速冷却。机组停运时，也要严格控制升温升压速率，尽量要慢，减温水要尽量晚点开。
3)高温过热器出口蒸汽温度不超574℃，受热面金属温度不超过590℃;屏式过热器出口温度不超过530℃，受热面金属温度不超过600℃。受热面可能存在较大的热偏差，蒸汽温度的控制要服从金属温度。任何时候不允许蒸汽参数和受热面金属温度长时间超过允许值运行。
4)锅炉运行中受热面出口蒸汽温度左右偏差不超过5℃，运行中发现受热面蒸汽和金属温度偏差大要积极查找原因进行处理。检查两侧送、引风机出力是否合适，各层二次风挡板和三次风挡板开度是否一致。
5)机组启动时，大流量冲洗，高旁开度开大，放置在100%位置，将高旁迅速关至15%，当末级过热器或高温再热器壁温有上升趋势，再迅速开启高压旁路至100%，进行大流量冲洗20 分钟。严格进行冷态冲洗和热态冲洗水质指标的控制，冷态冲洗分离器排水水质电导率<1μs/cm，Fe<100ppb，热态冲洗分离器排水Fe<50ppb。
6)超临界直流锅炉加氧运行，当气温545以下是炉水中的氧与管壁发生反应 生成Fe304和Fe2O3,这是俩种物质属于致密比较高的材料 不容易脱落 当汽温575℃以上 还会多生成FeO 这种物质致密比较低 容易脱落 形成氧化皮 加氧就可以提前形成钝化方式氧化亚铁的产生有效防止脱落。
7)尽量抑制受热面温度周期性波动和温度变化速率，减缓氧化皮剥落。减轻系统温度的周期性波动幅度和速率。减少磨煤机切换次数；优化吹灰方式；尽量减少负荷大幅度波动等等。
8)启动第二台磨煤机加负荷，目标负荷，保持三台或四台磨煤机运行，机组负荷500MW，主汽温稳定在515～525℃、再热汽温稳定在535—545℃，稳定4 小时。当料位正常出粉时，尽量减少运行磨煤机给煤量，使机组负荷以稳定速率上升，由于燃烧不稳定导致机组负荷波动过大，而导致主、再热汽温出现大幅扰动。
9)在机组升负荷过程中，锅炉直流工况后，机组主汽温控制以控制煤水比为主，减温水为辅，严格控制锅炉温升率≤2℃，尽可能控制中间点温度低工况运行，保持5—10℃过热度，尽量少使用减温水。尽可能不投减温水。
10)当机组负荷500MW 稳定期间，对锅炉进行全炉膛吹灰一次。
11)当机组保持主汽温在520～530℃、再热汽温在540～550℃稳定运行24 小时后，缓慢提升主再汽温至额定参数运行。
12)停炉后有机会对受热面管进行抽样和对金属温度高的管屏割管检查，氧化皮沉积严重及时进行清理。
目前，本公司通过制定各项措施有效控制了受热面管壁温度及温度的变化速度，加强机组检修过程管理，严格控制启停炉时金属壁温的升降速度，运行过程中严格遵守运行规程，基本解决了锅炉氧化皮脱落爆管的问题，取得了明显的成效。
论文作者:黄华
论文发表刊物:《基层建设》2016年35期
论文发表时间:2017/3/27
标签：蒸汽论文; 温度论文; 过热器论文; 锅炉论文; 机组论文; 负荷论文; 金属论文; 《基层建设》2016年35期论文;