350MWCFB超臨界機組固體顆粒物侵蝕特性和防護措施

徐懷德

神華神東電力山西河曲發(fā)電有限公司

350MWCFB超臨界機組固體顆粒物侵蝕特性和防護措施

徐懷德

神華神東電力山西河曲發(fā)電有限公司

本文以超臨界機組為基礎，闡述了固體顆粒侵蝕的性能特點，分析了對固體顆粒侵蝕進行防護的設計和使用過程。

超臨界機組；固體顆粒物；侵蝕特性；防護措施

一、引言

固體顆粒侵蝕（簡稱SPE），是指在某些特定工況下主再熱蒸汽帶有一定濃度的固體顆粒物，隨蒸汽流入汽輪機，從而對汽輪機部件造成沖擊磨損的一種現(xiàn)象。

SPE源頭：特定工況下，鍋爐受熱面金屬氧化脫落形成氧化皮，部分沉積在鍋爐，部分被蒸汽攜帶，不斷撞擊，破碎，形成金屬氧化物固體顆粒。

SPE產生原因：噴嘴在加速過程中形成汽固兩相流，固體顆粒軌跡撞擊，破壞噴嘴邊和腹部。動葉進口速度三角形發(fā)生變化，顆粒速度小于蒸汽流速，撞擊、破壞動葉進汽邊背弧。通流部件受到這些粒子高速、連續(xù)的沖擊和磨削，噴嘴和動葉片的汽道上的金屬材料被剝離，有的因為受到撞擊或磨削而變形。固體顆粒侵蝕后降低了汽輪機的效率和可靠性。

SPE固體顆粒物濃度變化規(guī)律：化學水工況使鈍化膜中Cr成分以鉻酸形式進入汽水系統(tǒng)，使鈍化膜呈層狀分布，易脫落，爐側受熱面溫度巨變，由于熱脹冷縮和熱應力作用，氧化皮脫落，固體顆粒物濃度增加。機爐啟停，負荷巨變時。

二、超臨界CFB機組介紹

1.神東河曲發(fā)電廠鍋爐為東方鍋爐廠自主開發(fā)的DG1150/ 25.4-Ⅱ1型超臨界循環(huán)流化床鍋爐。DG1150/25.4-Ⅱ1型CFB鍋爐為超臨界直流爐，單爐膛、M型布置、平衡通風、一次中間再熱、全緊身封閉、循環(huán)流化床燃燒方式。

2.汽輪機是上海電氣集團公司生產：超臨界、表凝式間接空冷凝汽式，型號：NJK350-24.2/566/566；NJK-凝汽式間接空冷，350-機組額定功率350MW，24.2-主汽壓力24.2MPa，566-主汽溫度566℃，566-再熱汽溫566℃。

三、固體顆粒侵蝕的特性

根據(jù)入射角的不同，固體顆粒侵蝕類型分為兩類：其中入射角大于90度的稱為變形侵蝕，入射角小于90度的稱為切削侵蝕。固體顆粒的侵蝕率受到撞擊速度、入射角的影響。如果固體顆粒的入射角相等，如果撞擊速度越大，那么固體顆粒受到的侵蝕越嚴重。如果撞擊速度相同，入射角不同，侵蝕率也會不一樣。通過試驗得到如下結論：固體顆粒的入射角在20-25度左右時，葉片的侵蝕率此時最大。

對于噴嘴出口的撞擊速度而言，沖動級林比反動級高，相應的固體顆粒的侵蝕比也要更嚴重，沖擊級動葉片固體顆粒侵蝕如圖2所示?，F(xiàn)在我國的超臨界機組一般都是沖擊式汽輪機，這種汽輪機比反動式汽輪機受到的固體顆粒侵蝕要嚴重。

四、固體顆粒物沖蝕的危害

1.主、再蒸汽閥嚴密性下降。甩負荷工況下易超速。

2.旁路閥嚴密性下降，工質內漏、損耗。

3.汽輪機葉片表面粗糙度變大，葉片型線變化，動葉、噴嘴背弧段沖蝕，葉片減薄，強度下降汽流方向角變化，嚴重情況下，導致葉片事故。

五、應對固體顆粒侵蝕的措施

1.設計

（1）旁路系統(tǒng)。汽輪機的旁路系統(tǒng)的容量盡量選擇余度較大，滿足鍋爐啟動大流量沖洗。

（2）受熱面管材。超臨界鍋爐的運行形式是直流鍋爐，這是由超臨界鍋爐的汽水特性決定的。在進行超臨界鍋爐的冷壁出口溫度設計時一般較低，這種情況下可采用12CrMoG管，這種管材屬于膜式水冷壁管屏，不必對整屏進行焊接熱處理，安裝對接焊口時，也不必進行焊接熱處理。超臨界機組鍋爐設計時規(guī)定的主汽溫度是566度，鋼材要有較佳的熱強性，要采用新型高鉻奧氏體鋼，這種管材的熱強性高，具有較好的抗蒸汽氧作作用以及耐高溫腐蝕的作用。

（3）調節(jié)級噴嘴的調整設計。對噴嘴的幾何形狀進行改變，對每一級和下一級的噴嘴和動葉的距離進行調節(jié)，就可以有效的改善固體顆粒的侵蝕率。

（4）鍋爐、汽輪機制造、安裝過程中應保證設備管路的潔凈無氧化皮。

2.神東河曲防止固體顆粒物侵蝕防護措施

（1）機組啟動期間嚴格進行冷態(tài)沖洗和熱態(tài)沖洗水質指標的控制；

（2）新機組啟動階段采用酸洗、吹管及旁路蒸汽沖洗等措施充分去除氧化皮。

（3）冷態(tài)啟動過程中嚴格按照機組升溫控制曲線控制蒸汽溫度、床溫變化，控制鍋爐脈動給煤時間，杜絕鍋爐爆燃現(xiàn)象；在進行熱態(tài)啟動時，要根據(jù)每個熱狀態(tài)下的升溫控制來對蒸汽溫度進行調節(jié)。

（4）在鍋爐啟動的同時，要啟動旁路系統(tǒng)，這樣可以使過熱器和再熱器免遭干燒，從而造成管壁的溫度超標。

（5）對燃燒、配風進行調整，對煤水比進行控制，可以對受熱面的溫度場分布情況進行改觀，使受熱面管材的壁溫偏差和氣溫偏差得到降低；嚴禁鍋爐受熱面超溫運行和劇烈溫度變化，嚴格限制鍋爐及受熱面的快啟、快停和快冷方式。

（6）加強過熱器和再熱器壁溫的監(jiān)測和控制，嚴禁超溫、超負荷運行。要保證管壁監(jiān)測報警系統(tǒng)具有較低的溫度值，對過熱器和再熱器的管壁溫度進行嚴格的控制，如果出現(xiàn)汽溫的超標，就要及時進行考核和管理。

（7）對鍋爐水汽進行監(jiān)督，對在線化學儀表進行維護和檢驗，這樣可以保證在線化學儀表數(shù)據(jù)顯示的準確性。要對凝結水、給水品質進行控制，在運行時要保證凝結水精處理裝置的正常運行，汽水品質要控制在指標范圍內，這樣做可以保證機組的汽水化學的良好品質。

（8）機組變負荷相應速度限制在4MW，，如發(fā)生負荷快速波動等因素引起氧化皮大面積剝落，極易發(fā)生固體顆粒物侵蝕。

（9）機組運行一年后化水全揮發(fā)分處理改為OT加氧模式。

（10）鍋爐停運后嚴禁強制冷卻，執(zhí)行自然冷卻。

六、結論

1.固體顆粒侵蝕造成的后果非常嚴重，對超臨界汽輪機葉片等部件的可靠性和經濟性有非常不利的影響。影響汽輪機高溫葉片等部件的固體顆粒侵蝕率的因素主要有：顆粒顆粒的數(shù)量、撞擊速度、入射角、材料的而侵蝕性能等。

2.要保證超臨界機組的汽輪機的使用壽命和內效率，就要減少固體顆粒的侵蝕，只有侵蝕率降低了，才能保證機組的安全穩(wěn)定運行。

［1］史進淵，楊宇，鄧志成，孫慶，張恒濤.超超臨界汽輪機固體顆粒侵蝕的研究［J］.動力工程，2003，23（4）：1000～6761.

徐懷德（1988-），男，大學本科，助理工程師，集控技師，從事集控專業(yè)運行工作，神華山西河曲發(fā)電有限公司生產技術部，鍋爐主管。