超臨界直流鍋爐氧化皮脫落原因及預(yù)防措施分析

摘 要：隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多大容量、高參數(shù)的發(fā)電機組應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，超臨界直流鍋爐是主要的機型。在超臨界鍋爐運行過程中，高溫受熱面氧化皮的生成和脫落問題，會對鍋爐設(shè)備本身產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，如果處理不當(dāng)，會引起鍋爐傳熱惡化、汽輪機運行下降等問題，嚴(yán)重影響超臨界直流鍋爐的性能。文章就主要針對超臨界直流鍋爐氧化皮脫落原因以及預(yù)防措施進行簡單的分析。

關(guān)鍵詞：超臨界鍋爐；氧化皮；脫落；預(yù)防措施

超臨界直流鍋爐高溫受熱面氧化皮的生成和脫落是普遍存在的現(xiàn)象，如果沒有對其給予足夠的認(rèn)識和重視，采取有效的預(yù)防措施，就會使鍋爐爐管的母材在長期高溫運行條件下發(fā)生裂縫，導(dǎo)致管材內(nèi)部金屬暴露下氧化環(huán)境下，容易使?fàn)t管發(fā)生爆裂，不僅影響鍋爐設(shè)備的正常運行，而且也會造成一定的經(jīng)濟損失，甚至是人員傷亡，所以對超臨界直流鍋爐氧化皮脫落的問題進行研究是十分必要的。

1 鍋爐氧化皮的脫落原因

超臨界直流鍋爐運行過程中，過熱器和再熱器受到持續(xù)高溫環(huán)境的影響會在管壁表面形成氧化皮，并且附著在管壁上，當(dāng)氧化皮達(dá)到一定厚度，加之爐管的溫度頻繁發(fā)生變化，氧化皮就會由于膨脹系數(shù)的變化而發(fā)生表面剝落，隨著高溫運行環(huán)境的持續(xù)，金屬管的氧化作用會不斷的持續(xù)，加之水蒸氣等溫度因素的影響，管內(nèi)的部分金屬也會由于氧化作用而大面積脫落，嚴(yán)重時會堵塞爐管，造成爐管爆炸。具體的說，鍋爐氧化皮脫落的原因，主要與以下幾個因素有關(guān)：

1.1 爐管材質(zhì)

超臨界直流鍋爐爐管大多以合金為主，其中Cr的含量不同決定了不同爐管的耐熱性和抗氧化性也存在較大的差異，如果在使用爐管時，需要根據(jù)不同的Cr含量要求安排不同的使用環(huán)境。如果沒有根據(jù)爐管的使用環(huán)境進行合理的設(shè)計，就會使?fàn)t管在運行過程中發(fā)生溫度過高、氧化過快等問題，加速氧化皮的生成，進而造成氧化皮脫落。

1.2 管壁溫度

很多已經(jīng)生成氧化皮或者氧化皮脫落的爐管仍然被應(yīng)用，可能會導(dǎo)致爐管局部溫度過高，加速氧化反應(yīng)的發(fā)生，當(dāng)爐內(nèi)溫度過高時，爐管的溫度也會在短時間內(nèi)持續(xù)升高，氧化皮的厚度也會隨之增加，當(dāng)達(dá)到一定厚度時便會脫落。

1.3 鍋爐機組啟停時形成的熱應(yīng)力

在鍋爐啟動和停止的過程中都需要較大的熱負(fù)荷，才能使水循環(huán)達(dá)到鍋爐啟停所需要的流量標(biāo)準(zhǔn)，在熱負(fù)荷的作用下爐管會有一短時間處在高溫、干燒的狀態(tài)，這種情況下就容易導(dǎo)致爐管溫度在瞬間升高，所以一般在鍋爐啟停時會配合相應(yīng)的降溫方法，使?fàn)t管的溫度保持在穩(wěn)定的狀態(tài)，與此同時也會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，加速氧化皮的生成和脫落。從目前超臨界直流鍋爐氧化皮的生成和脫落情況來看，大部分的氧化皮脫落都是由于熱應(yīng)力作用引起的。鍋爐機組停止運行時，爐壁內(nèi)部的溫度降低，各項參數(shù)隨即降低，使得熱負(fù)荷瞬間降低，與機組運行的熱負(fù)荷之間形成較大的落差，由此而產(chǎn)生的熱應(yīng)力就會加速氧化皮的生成和脫落。

2 超臨界直流鍋爐氧化皮脫落的預(yù)防

2.1 設(shè)計方面

鍋爐氧化皮的生成與脫落與鍋爐材質(zhì)有密切的關(guān)系，所以在鍋爐設(shè)計時應(yīng)當(dāng)考慮到材質(zhì)的問題，應(yīng)當(dāng)采用晶粒度等級相對較高的鋼材。我國國內(nèi)的超臨界直流鍋爐受熱面的材質(zhì)一般使用的奧氏體不銹鋼，這些鋼材大多是國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)，但是從鋼材的材質(zhì)方面來看，與進口鋼材還存在著一些差距，因為我國國內(nèi)生產(chǎn)的剛材在晶粒度等級方面始終沒有達(dá)到國際水平，這使得鍋爐的受熱面更容易發(fā)生氧化皮脫落的問題。除了晶粒度等級，在鍋爐的抗氧化性能和抗腐蝕性能方面也應(yīng)當(dāng)采用具有高標(biāo)準(zhǔn)的鋼材。鍋爐制造企業(yè)在鋼材的選擇方面，應(yīng)當(dāng)積極做好相應(yīng)的試驗和研究工作，并且積極引入國外先進技術(shù)，提高我國鋼材質(zhì)量，使其更加符合超臨界鍋爐的運行需要。另外，在鍋爐制造過程中要加強對其質(zhì)量的控制，對于鍋爐制造工藝中的缺陷要嚴(yán)格控制，尤其是管壁厚度不均勻、焊接縫等問題必須在制造過程中有效控制，如果鍋爐的制造工藝不高，在運行的過程中很容易產(chǎn)生偏差過大、局部溫度過高、受熱面受熱不均勻等問題，而這些問題都是導(dǎo)致鍋爐氧化皮快速生成和脫落的主要原因?？傊仨氁獜脑O(shè)計方面加強鍋爐選材和制造質(zhì)量控制，才能為鍋爐的安全運行提供基礎(chǔ)。

2.2 安裝方面

首先，在鍋爐安裝之前，要保證安裝人員熟悉鍋爐安裝工藝，尤其是容易出現(xiàn)偏差的過熱器、再熱器，如果鍋爐安裝出現(xiàn)偏差，則會導(dǎo)致其在運行過程中受熱不均，加速氧化皮生成。同時，在安裝之前要對鍋爐爐體的質(zhì)量、爐管內(nèi)是否有雜物、鍋爐安裝環(huán)境進行嚴(yán)格檢查，安裝完成后要對爐管、疏水管等設(shè)備進行檢驗，確保其穩(wěn)定性。其次，嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量。在鍋爐安裝時不可避免要應(yīng)用到鋼材的焊接工藝，需要注意的是，避免將異種鋼材進行對接，受到焊接條件、設(shè)備以及工藝的影響，異種鋼對接的質(zhì)量很難得到保證，而且異種鋼技能對接之后容易產(chǎn)生受熱不均、應(yīng)力不均等狀況，尤其是在焊接位置容易生成更大的附加應(yīng)力，造成氧化皮的脫落。最后，對于爐管要進行定期檢查。每次停爐時對爐管的受熱情況、彎曲情況進行檢查，尤其注意對高溫段的爐管進行檢查和化驗，檢查管壁表面的氧化皮厚度，對脫落的氧化皮進行清理，并且做好詳細(xì)的記錄。

2.3 運行方面

超臨界鍋爐運行控制的過程中，需要注意以下幾點問題：第一，要重視運行管理工作的開展。氧化皮的生成和脫落對鍋爐運行會產(chǎn)生很大的危害，但并不是氧化皮生成之后馬上就會影響鍋爐運轉(zhuǎn)，其具有一定的潛伏期，所以要通過日常的管理活動，掌握氧化皮的生成和脫落情況，并且對其脫落原因進行分析，采取有效的預(yù)防和控制策略，可以降低氧化皮脫落為鍋爐運行帶來的危害。第二，加強對鍋爐汽水品質(zhì)的監(jiān)督。根據(jù)鍋爐運行的要求，在啟動之前需要使用除鹽水，并且保證水質(zhì)合格才能開啟鍋爐。所以，要對鍋爐汽水品質(zhì)進行嚴(yán)格監(jiān)督，不合格的汽水應(yīng)當(dāng)禁止加入到機組內(nèi)，只有合格的除鹽水，才能達(dá)到減少鍋爐內(nèi)部熔鹽沉積的目的，減少氧化皮的堆積。第三，優(yōu)化鍋爐運行方式。為了保證鍋爐的健康運行，要定期開展吹灰工作，確保鍋爐機組的清潔，可以減少由于局部煙溫值過高而導(dǎo)致的氧化皮脫落問題。同時，要調(diào)整鍋爐的煤質(zhì)和氧量，保證燃煤的充分燃燒，可以保證受熱面的均勻受熱，不會由于局部溫度過高而加速氧化皮的生成和脫落。另外，在鍋爐運行中要對二次風(fēng)門開度進行合理的控制，確保兩側(cè)的煙溫偏差處在合理的范圍內(nèi)；對鍋爐運行中的煤水比也要進行合理控制，盡可能不用減溫水，只有合理的煤水比才能保證鍋爐運行的穩(wěn)定性；機組自動裝置投入率、高加投入率要達(dá)到100%，電網(wǎng)進行調(diào)峰時，廠內(nèi)機組間采用經(jīng)濟負(fù)荷調(diào)度，盡可能做到鍋爐負(fù)荷、燃燒、蒸汽參數(shù)相對穩(wěn)定。

3 結(jié)束語

綜上所述，超臨界直流鍋爐運行機組經(jīng)常處在高溫運行環(huán)境下，額定負(fù)荷的頻繁變化容易導(dǎo)致鍋爐氧化皮的生成和脫落，對鍋爐機組運行的安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因而需要從設(shè)計、安裝以及運行控制等幾個方面采取有效的預(yù)防措施，對氧化皮的生成和脫落進行有效的控制，提高超臨界直流鍋爐運行的效率，促進其作用得充分發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)

[1]朱全利.鍋爐設(shè)備及系統(tǒng)[M].中國電力出版社，2006.

[2]章德龍.華東六省一市電機工程（電力）學(xué)會，鍋爐設(shè)備及其系統(tǒng)[M].中國電力出版社，2005.

[3]萬朝暉，陳俊.火電廠鍋爐氧化皮脫落的原因分析與預(yù)防措施[J].科技資訊，2013.

[4]謝建文，孫平，李濤，等.基于氧化膜生成速度和剝落厚度的600MW超臨界鍋爐高溫過熱器安全性分析[J].中國電機工程學(xué)報，2011（26）.

[5]梁百華，劉玉柱.600MW超臨界直流鍋爐氧化皮脫落原因分析及預(yù)防[J].中國電力教育，2011.

[6]陳良峰.600MW超臨界鍋爐末過氧化皮脫落爆管原因分析及對策[J].電力技術(shù)，2010.