浅谈超临界锅炉氧化皮现象

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1、浅谈超临界锅炉氧化皮现象【摘要】近几年，超临界机组占据了火力发电厂主流。本文主要阐述了超临界锅炉过热器管存在的氧化皮产生机理、危害以及防治措施，对降低过热器泄露起到了一定的预防作用。【关键词】超临界；氧化皮；过热器根据国家发改委制定的2020年电力发展规划，计划到2020年全国发电总装机容量将达到9亿千瓦，其中火力发电机组比例约占总容量75%左右。由于电力是最大的煤炭用户，所以提高煤炭的利用效率，提高燃煤电厂的效率一直在不断研究深化。开发建设大容量发电机组成了主要发展方向。随着机组容量的增大，其参数在不断提高，尤其近几年的超临界机组发展迅猛。随

2、着超临界火电机组的成功运行，取得了一些重要的选型、调试和运行经验，但对于超临界锅炉选材来说也存在一些问题，影响着锅炉的安全稳定运行，过热器氧化皮脱落导致爆管现象在火电厂时有发生，必须采取措施，以保证机组安全稳定运行。早在40年前，国外有些国家就已经开始研究金属表面氧化层形成与脱落现象，通过大量试验分析，认为金属表面蒸汽氧化层的形成与剥离主要是由运行工况温度变化及金属材料的选材等方面因素所决定的。由于氧化层脱落涉及锅炉受热面的设计布置、金属选材、机组运行工况和参数等多种因素，目前主要是通过提高受热面材质、调整运行工况、合理布置受热面等方式减缓过热

3、器氧化皮的产生。在我国火力发电厂也发生过许多大机组过热器、再热器管氧化层堵塞导致的爆管、调门卡涩和汽轮机叶片的固体颗粒侵蚀问题，造成了多起停机停炉事故，对机组长期安全稳定运行产生了巨大影响。1形成机理过热蒸汽管道氧化膜的形成分制造加工和运行期间两个阶段。1.1制造加工过程：由于锅炉受热面材质要求较高，必须在高温下制造，而氧化膜的形成是在570°C以上的高温条件下，由空气中的氧和金属表面结合形成的。氧化膜分三层，由金属表面起向外依次为FeO命Fe304命Fe203。试验表明：与金属相连的FeO层结构疏松，晶格缺陷多，当温度低于570°C时结构很不

4、稳定，极易脱落，或在半脱落层部位发生腐蚀现象。若不对其进行处理，在该管材投运后便产生严重的氧化皮问题，形成脱落氧化再脱落再氧化的恶性循环，最终形成大量氧化皮堆积，导致管内水动力受阻，局部超温爆管。1.2运行期间的氧化膜产生主要分为两种情况：在450°C至570°C之间，水蒸汽与金属表面直接接触，并发生氧化反应，生成的氧化膜由Fe203和Fe304组成，Fe203和Fe304都比较坚实、致密，可以保护或减缓金属表面的进一步氧化。当温度上升至570°C以上时，水蒸汽与金属继续发生氧化反应，生成的氧化膜由FeO令Fe304命Fe2033层组成，FeO

5、在最内层，而FeO结构疏松，极易脱落，破坏了整个氧化膜的稳定性，使氧化膜易于脱落。所以严格控制受热面超温是运行期间机组控制氧化皮生成的关键。2氧化皮的危害氧化皮不仅影响锅炉安全稳定运行还会影响汽机系统的安全可靠性。主要危害有：2.1过热器管子内径较细，氧化皮数量较多，易将管子或弯头处堵塞，造成局部超温爆管。2.2氧化皮脱落后，原管径变薄，受炉内烟气磨损后，易发生爆管泄露。2.3氧化皮若进入汽轮机调门，易发生调门卡涩，负荷波动、甚至超速等重大事故。2.4氧化皮进入汽轮机后，对汽轮机通流部分造成损伤，严重时发生叶片断裂事故。3采取的措施3.1在新锅

6、炉投产前，一般都进行酸洗，但有的流于形式，不彻底、不到位，缺少质量检验把关，对投运后产生了很大不利影响，因此一定要对锅炉进行严格酸洗，必须确保全部去除制造加工过程形成的易脱落氧化层，然后再重新进行钝化，以使其在投运后形成良好的致密氧化层。同时，在受热面安装调试期间也可以对过热器和再热器管道进行加氧吹扫，将易脱落的氧化层颗粒冲掉，同时加速形成坚固的氧化层。否则，在受热面投运后会产生严重的氧化皮问题，给机组安全运行带来很大麻烦。3.2采取稳压吹管方式，彻底清除受热面内部杂物：由于降压吹管的时间短、吹管系统迗不到标准要求，因此，采用稳压吹管方式，投入

7、汽动给水泵，保证吹管流量的供应。并在吹管期间，严格掌控过热器、再热器受热面温度及燃烧调整。3.3加强壁温监测，提高抗氧化皮的预警能力，在过热器上合理布置温度测点，尤其是最易发生氧化皮堵塞的末级过热器，每排管屏上均进行实时监测，得出末级过热器沿炉膛宽度及深度方向的温度分布情况、壁温偏差情况，从而为运行人员及时发现壁温超温、烟气分布不均提供了可靠依据，及时进行调整，确保各项参数控制在安全可靠范围内。3.4机组在冷态启动过程中，必须严格按照机组升温控制曲线进行控制蒸汽温度。不能为了急于并网或节约燃油，不按曲线控制蒸汽温度，机组并列前的温升速率控制应