预防超临界直流锅炉氧化皮生成的策略研究

王朝阳

超临界锅炉的炉内工质压力处于临界点以上，国内普遍使用的600MW锅炉的主要特点为超临界参数设置、变压运行、单炉膛、四角切圆燃烧方式、一次中间再热等，结构形态为全钢悬吊π型，额定蒸发量为1913t/h。超临界直流锅炉由于在运行过程中经常出现大面积的氧化皮剥落现象，因此常常造成锅炉高温受热面堵塞，使管壁超温爆炸。

一、超临界直流锅炉氧化皮的生成原因

超临界直流锅炉炉壁普遍采用T91、TP347H管材，在高温蒸汽的长期腐蚀下，蒸汽中游离的阳离子会逐步渗透到金属内层，与炉壁内部的铁离子发生化学反应，生成氧化铁，炉壁表层的氧化铁逐渐积累并继续与蒸汽中的氧离子反应生成高价铁，如四氧化三铁和三氧化二铁，也就是氧化皮的主要成分，当蒸汽温度发生变化时，氧化皮与炉壁金属的膨胀系数不同，氧化皮就会脱离于金属表层剥落下来。对于T91管材，由于生成的氧化皮质地比较坚密，因此不宜发生剥落，但是当氧化皮积累到一定厚度且蒸汽温度突降30℃以上时，氧化皮就会剥落。剥落的氧化皮在短时间内很难被蒸汽带走，就会堵塞管道，造成超温爆管。TP347H管材通常在锅炉连续运行几千甚至上万个小时后就会形成0.1mm的氧化皮，蒸汽温度突降就会发生大面积剥落，剥落的氧化皮呈粉末状，由于质量较小，基本能够被蒸汽带走，并不会造成超温爆管，但是如果剥落的氧化皮积累在较小管径的弯头处，就会在短时间内引发超温爆管。

对于T91、TP347H管材，由于管材自身材质原因，长期使用后均会形成氧化皮，尤其是在机组停运后，蒸汽温度突降就会造成氧化皮大面积剥落，因此，预防氧化皮的生成应当从启动和停止两种状态进行分析，通过控制锅炉蒸汽温度、升温速率等方法预防氧化皮的快速生成。

二、超临界直流锅炉氧化皮生成的解决方案

（一）启动阶段调整方式

由于超临界直流锅炉启动分离器体积较小，锅炉受热面温度变化幅度大，可以采取以下几种调整方式：（1）加强锅炉启动阶段干、湿状态的转换，确保各项参数稳定，严格控制煤水比，安排专人监视水冷壁管金属壁温，避免受热面温度过高。（2）启动过程中机组负荷低于10%避免使用二级减温水，启动初期再热减温水量不得大于10%再热蒸汽流量。各减温水使用操作要平稳，温度控制要超前，避免突开突关减温水门使管壁急速降温和升温导致氧化皮集中脱落。（3）在启动前应当利用蒸汽全面清扫受热管壁内残留的氧化皮，避免氧化皮进入汽轮机，侵蚀汽轮机叶片。当机组连续运行5000h以上之后，或机组突然停炉后应当全面彻底清理生成和剥落的氧化皮，再次启动锅炉待汽轮机冲车达到预设参数后，可通过反复开大高、低压旁路，时间控制在50-90min可达到彻底清扫的目的。（4）启动过程严格按照锅炉厂提供升温曲线控制锅炉升温速率，瞬时温升不得大于5℃，10分钟内温度突变不得超过30℃。

（二）停炉阶段调整方式

（1）停炉操作前一般控制减负荷速度在5MW/min左右，可控制磨煤机停用顺序为由上到下逐台减少，这样可以有效避免锅炉再热蒸汽温度发生大幅度变化。（2）降至30～35%额定负荷时，锅炉将转入湿态运行，提前做好干湿态转换，防止分离器液位过高，蒸汽进入过热器造成甩汽温。（3）减负荷运行过程中应当加强对中间点温度、风量的控制，如果自动投入达不到预定要求，应当手动辅助增加风量和煤水比，并注意控制分离器水位。（4）锅炉继续减负荷且水流量为额定流量的30%时，可通过调节旁路开度控制机组负荷。（5）锅炉熄火后，需全面检查减温水隔绝门是否关闭，将炉膛进风量维持在30%左右，进行5-10min的吹扫，吹扫完毕后停用引、送风机，进行焖炉，避免锅炉出现“热聚冷”现象导致已生成的氧化皮脱落。

（三）锅炉运行阶段调整方式

（1）锅炉运行过程中需合理分配机组负荷，加强锅炉各受热面壁温的控制，减少主再热汽温的大幅度变化。（2）吹灰可有效清除炉膛内积存的灰，增加炉膛吸热，为了避免吹灰环节吹灰区域受热面温度突降，吹灰温度需要控制在300℃以上。（3）合理调整煤水比例，控制汽水分离器出口焓值，避免煤水比失调引发过热器、再热器短期超温。同时减温水使用要平稳，避免大幅开启或关小减温水导致过热器、再热器管壁温度剧变引起氧化皮脱落。（4）机组处于高峰运行状态时，应合理分配磨煤机负荷，调整配煤和配风方式，降低火焰中心温度，避免出现局部超温现象。（5）炉膛负压应当维持在-100～-150Pa左右，确保燃烧完全，降低炉膛含氧量，避免风量偏高，引起火焰偏斜，管壁超温。（6）加强运行锅炉水汽监督。应加强在线化学仪表的维护和在线检验，确保在线化学仪表的准确。严格控制凝结水、给水品质。加强凝汽器管泄漏检测，发现凝结水Na+和氢电导率明显增加要及时采取措施，采取措施无效要及时停机，避免锅炉受热面结垢导致超温（7）调整二次风送风比例，降低高温受热面形成的热偏差，防止出现局部超温现象，如发现锅炉主再热蒸汽温度偏差超过10℃需要及时采取处理措施，避免锅炉局部超温引起氧化皮脱落。

（四）预防氧化皮生成的关键

通过上文阐述可以总结以下几点预防氧化皮生成的关键：（1）超临界直流锅炉高温受热面采用T91、TP347H管材時应当注意监测主再热汽温度，如主汽温度大于560℃，连续运行6000h，或再热汽温度大于560℃，连续运行15000h就会生成氧化皮并大面积脱落，应当将此作为预防关键点。（2）为防止机组运行过程中因壁温超标生成氧化皮，在受热面管材升级之前应当采取机组启停控制方式。

结语

通过上文的阐述可以总结出，预防超临界直流锅炉生成的关键在于合理控制各个阶段，包括启动阶段、停炉阶段、运行阶段，只有在各个阶段加强监测调整才能有效避免氧化皮生成和剥落，防止出现超温爆管现象。

（作者单位：内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司）