660 MW亞臨界機組高溫氧化皮問題分析

張 凱,張節(jié)信,楊 杰

(邯峰發(fā)電廠,河北 邯鄲 056200)

660 MW亞臨界機組高溫氧化皮問題分析

張 凱,張節(jié)信,楊 杰

(邯峰發(fā)電廠,河北 邯鄲 056200)

針對邯峰電廠660 MW亞臨界機組出現(xiàn)的氧化皮脫落堆積現(xiàn)象,論述了亞臨界機組高溫受熱面氧化皮產(chǎn)生的機理,分析了鍋爐氧化皮產(chǎn)生及脫落的原因,由此提出高溫氧化皮的治理及預(yù)防措施。

亞臨界機組;氧化皮;預(yù)控措施

近年來我國火力發(fā)電行業(yè)發(fā)展迅速,電站鍋爐高溫受熱面采用了大量的新型鐵素體和奧氏體不銹鋼材料。鍋爐受熱面管內(nèi)氧化皮大面積剝落導(dǎo)致管壁超溫甚至爆管已是普遍存在的問題[1-2]。該問題已經(jīng)成為威脅大容量發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行的重大隱患。

1 設(shè)備概況

華能邯峰電廠一期工程安裝2臺660 MW燃煤汽輪發(fā)電機組,配套鍋爐為2臺美國FOSTERWHEELER公司設(shè)計生產(chǎn)的亞臨界壓力、一次中間再熱、固態(tài)排渣、單汽包自然循環(huán)、燃燒無煙煤與貧煤混煤的拱形“W”火焰鍋爐,最大連續(xù)出力為2 026.8 t/h。爐膛由水冷壁管包覆而成,為膜式結(jié)構(gòu)。末級過熱器后屏、再熱器高溫出口段采用了SA-213 TP304H奧氏體不銹鋼。

該廠2臺機組曾于2006年2月及2007年3月發(fā)生末級過熱器管內(nèi)壁脫落的氧化物聚集在下彎頭處阻塞流通面積,造成管壁超溫爆管事故。氧化皮過多造成末級過熱器爆管情況如圖1所示,末級過熱器割管檢查氧化皮情況如圖2所示。

圖1 末級過熱器爆管照片

圖2 割管檢查氧化皮情況

2 鍋爐氧化皮的生成機理

高溫氧化皮是奧氏體不銹鋼管內(nèi)壁和高溫水蒸汽氧化的產(chǎn)物。奧氏體不銹鋼氧化皮的生成與溫度和時間有關(guān),其生成速度與溫度呈拋物線關(guān)系[3]。在低溫區(qū)碳鋼(鐵)和水之間生成熱力學(xué)上穩(wěn)定的Fe3O4。但當溫度超過400℃時生成的Fe3O4不能形成致密的保護膜,使水蒸氣和鐵不斷發(fā)生反應(yīng)[4]。過熱器管內(nèi)壁的氧化皮剝落有兩個主要條件:氧化層達到一定厚度,一般而言奧氏體不銹鋼的臨界厚度為0.1 mm[5];母材基體與氧化層之間應(yīng)力達到臨界值。過熱器受熱面長期高溫運行,內(nèi)壁氧化膜的厚度不斷增加。由于氧化皮的膨脹系數(shù)與母材基體的線膨脹系數(shù)不同,達到一定厚度的氧化皮在熱應(yīng)力的作用下就會脫落。

3 鍋爐氧化皮產(chǎn)生及剝落原因分析

3.1 運行過程中壁溫超高引起氧化

根據(jù)鍋爐末級過熱器全屏52個壁溫測點,繪制出邯峰電廠1號鍋爐自2016年4月至2016年9月之間的壁溫統(tǒng)計圖,如圖3所示。

圖3 末級過熱器壁溫

由圖可以看出,鍋爐末級過熱器出口壁溫范圍主要在480～600℃。根據(jù)鍋爐制造廠《管子金屬溫度及強度計算匯總》中要求,末級過熱器報警溫度為595℃,SA-213 TP304H管抗蒸汽氧化溫度為620℃。查壁溫測點測量值,發(fā)現(xiàn)1號鍋爐末級過熱器壁溫部分時段存在超溫現(xiàn)象,最高可到610℃。雖然大部分時段未出現(xiàn)超溫現(xiàn)象,但壁溫測點安裝在爐頂披屋內(nèi),按照壁溫測點和實際壁溫偏差30～40℃,那么部分管段實際壁溫已超過640℃[6]。按照氧化皮生成機理,產(chǎn)生氧化皮在所難免。

3.2 停爐過程中壁溫變化速率引起氧化

邯峰電廠1號鍋爐于2016年2月5日滑參數(shù)停爐過程中,根據(jù)末級過熱器壁溫測點繪制停爐過程中壁溫變化速率情況,如圖4所示。由圖可得停爐過程中大部分時段壁溫變化超過規(guī)定的1.5℃/min。特別是在22:40壁溫波動較大,部分管段壁溫變化高達12℃/min。且由于壁溫測點安裝在爐頂披屋內(nèi),爐內(nèi)管段壁溫變化會更大,溫度應(yīng)力使氧化皮拉裂而發(fā)生剝落。若鍋爐發(fā)生爆管造成事故停機過程中,大量汽水混合物噴泄到爐內(nèi)造成爐膛煙氣溫度快速下降,將導(dǎo)致末級過熱器整體管排金屬壁溫度快速降低,氧化皮大量脫落。

圖4 停爐過程壁溫變化速率

3.3 停爐過程中減溫水投入量引起氧化

鍋爐過熱器布置兩級噴水減溫器調(diào)節(jié)汽溫,在分割屏過熱器入口布置一級噴水減溫器,在末級過熱器入口布置二級噴水減溫器,每級噴水減溫設(shè)有左右2支減溫器。查看1號鍋爐2016年2月5日滑參數(shù)停爐過程中過熱器投入情況,如圖5所示。由圖5可以看出停機過程中減溫水投入量在5 kg/s到31 kg/s之間交替變化。大量且頻繁調(diào)整減溫水量使過熱器金屬壁溫大幅波動造成氧化皮脫落。

圖5 停爐過程減溫水使用情況

3.4 煤質(zhì)變化引起氧化皮生成

邯峰電廠鍋爐設(shè)計煤種為50%峰峰礦務(wù)局的無煙煤和50%山西潞安礦務(wù)局的貧煤的混煤。由于國內(nèi)煤炭市場的變化,該廠開始燃用陽泉等地的其它煤種,煤質(zhì)參差不齊,鍋爐同時燃用多種煤易造成爐膛內(nèi)燃燒波動、燃燒溫度波動、熱負荷變化等問題,這也是氧化皮生成的一個重要原因。

4 氧化皮的治理及預(yù)防措施

4.1 運行期間預(yù)防措施

a.控制減溫水使用情況。調(diào)節(jié)主汽溫度時,兩級減溫水應(yīng)配合使用,一級減溫水水量要大一些,二級減溫水水量小一些,但要保證減溫后蒸汽有11℃以上的過熱度。各減溫水調(diào)節(jié)閥要操作平穩(wěn),噴水量均勻,避免突開突關(guān)減溫水門使管壁急速降溫和升溫。機組啟動、停機和升降負荷過程中,特別是在低負荷時,按照運行規(guī)程控制減溫水投用量,嚴格控制壁溫升、降速率。

b.加強管壁溫度控制。對在檢修過程中發(fā)現(xiàn)的氧化皮較厚的管段加裝金屬壁溫測點,在線監(jiān)控危險管屏。在啟停爐、升降負荷、啟動制粉系統(tǒng)、鍋爐受熱面泄漏、給水系統(tǒng)發(fā)生故障等情況時應(yīng)加強對各受熱面金屬壁溫的監(jiān)視與控制。

c.控制合理的升降負荷速率。機組正常運行中,升、降負荷盡量平緩進行,通過運行調(diào)整、燃燒調(diào)整避免造成鍋爐燃燒強度及給水量的大幅度波動,確保受熱面金屬壁溫水平和偏差在允許范圍內(nèi)。

4.2 檢修期間預(yù)防措施

a.機組停運后嚴禁鍋爐強制通風(fēng)冷卻,應(yīng)采用悶爐處理。

b.機組啟動沖轉(zhuǎn)前,應(yīng)利用旁路系統(tǒng)帶壓對鍋爐過熱器、再熱器進行蒸汽吹掃,并觀察凝結(jié)水顏色,待凝結(jié)水顏色澄清且鐵含量小于1 000 ppb時,再進行啟動。吹掃過程中注意受熱面監(jiān)測點溫度的變化,如果發(fā)現(xiàn)溫度偏差較大,要進一步吹掃,不能消除時,要及時檢查對應(yīng)的受熱面。

c.逢停必檢。充分利用停爐機會,對受熱面進行脹粗、壁厚、磁性等方面檢查并做好記錄。特別要加強對超溫管子、最外圈迎火側(cè)管子的檢查,評估管材壽命,及時更換氧化較嚴重的管材,并對金屬溫度、氧化皮產(chǎn)生速率、氧化皮成分厚度等進行綜合分析。

5 結(jié)束語

目前燃煤機組大容量、高參數(shù)發(fā)展成為主流趨勢,氧化皮的產(chǎn)生及脫落問題得到了電廠的高度重視。通過對高溫受熱面管材正確選型、受熱面壁溫控制、規(guī)范鍋爐啟停操作,同時加強金屬檢驗和監(jiān)督、停機檢修維護,能夠使氧化皮問題得到有效控制。

[1] 劉龍水.超(超)臨界鍋爐氧化皮生成機理與防治研究[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟,2014,311(13):62-63.

[2] 楊紅權(quán).600 MW超臨界機組鍋爐高溫受熱面氧化皮集中剝落原因分析及防治措施[J].神華科技,2009,7(3):33-35.

[3] 董 琨,趙慧傳,張宇飛.660 MW亞臨界機組鍋爐后屏過熱器氧化皮集中剝落的原因分析[J].鍋爐技術(shù),2013,44(3): 52-59.

[4] 姜在原,何曙勇.600 MW亞臨界機組鍋爐氧化皮產(chǎn)生的原因及預(yù)防[J].浙江電力,2013,(5):49-52.

[5] 王頂磊.660 MW超臨界鍋爐高溫受熱面氧化皮產(chǎn)生原因及應(yīng)對策略[J].電力與能源,2012,(15):403-404.

[6] 王喜軍,崔 禮,呂曉華.T23管材氧化皮產(chǎn)生和剝落機理及防治措施[J].能源與節(jié)能,2015,(7):146-147.

本文責任編輯：秦明娟

Analysis of High Temperature Oxide Scale of 660 MW Subcritical Units

Zhang Kai,Zhang Jiexin,Yang Jie
(Hanfeng Power Plant,Han Dan 056200,China)

This paper discusses the generant mechanism of high temperature heating surface oxide scale,and contraposing particular case of Hanfeng power plant 660 MW subcritical unit analyzes the reason of oxide scale formation and palling,and puts forward the corresponding prevention measures.

subcritical units;oxide scale;prevention measures

TK223.3

B

10019898(2017)02004103

20160628

張 凱(1988-),男,助理工程師,主要從事電廠鍋爐設(shè)備檢修與維護工作。