600MW超临界锅炉氧化皮脱落导致超温爆管的分析

聂 贞，卢 凯

（1.河南工学院，河南 新乡 453003；2.国电科学技术研究院 成都电力技术分院，四川 成都 610000）

600MW超临界锅炉氧化皮脱落导致超温爆管的分析

聂 贞1，卢 凯2

（1.河南工学院，河南 新乡 453003；2.国电科学技术研究院 成都电力技术分院，四川 成都 610000）

针对四川某发电厂2台600MW超临界机组2#锅炉在调试运行期间多次发生的超温爆管现象，经过现场技术初步分析和爆管暴口设备检测分析，最终找到其超温爆管的原因，并从运行角度提出了相应的技术防护措施，有效地消除了该电厂的超温爆管现象。

超临界锅炉；氧化皮；超温；爆管；措施

过热器和再热器是锅炉承压受热面中工质温度和金属温度最高的部件，而蒸汽侧换热效果又相对较差，所以过热现象多出现在这两个受热面中。四川某 600MW超临界燃煤汽轮发电机组，在调试运行期间短时间内多次发生超温爆管现象，查资料得知其锅炉属于超临界参数、W型火焰燃烧、垂直管圈水冷壁变压运行的直流锅炉，该锅炉设计为一次再热、挡板调节再热汽温、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。通过技术分析，超温爆管的原因是高温过热器内壁氧化皮脱落导致锅炉受热面堵塞，因此有必要对过热器超温的原理进行研究，从根本上防止事故的发生。

1　氧化皮形成机理

德国科学家Schikorr在1929年研究发现，金属在高温水汽中会发生氧化，氧化所消耗的氧来源于水汽本身的结合氧，而不是来源于水汽中的溶解氧。20世纪70年代，德国科学家通过电子显微镜观察，验证了铁和水蒸汽直接反应产生金属氧化物的事实［1，2］。其化学反应式如下：

金属在初期形成的氧化皮结构较为致密，一般为双层膜结构。双层膜的形成是蒸汽中的氧离子向里扩散，铁离子向外扩散作用的结果。当温度低于570℃，氧化膜的结构由钢表面起向外依次为Fe3O4、Fe2O3或 Fe2O3、Fe3O4，Fe2O3或 Fe3O4都比较致密，尤其是 Fe3O4可以保护钢材以免其进一步氧化。但在温度高于570℃时，氧化膜由Fe2O3、Fe3O4、FeO三层组成，其中与金属机体相连的 FeO致密性差，结构疏松，晶格缺陷多，当金属氧化皮厚度增加后易发生氧化皮剥落的问题［3，4］。

2　屏式过热器爆管过程及结果

2.1第一次爆管情况分析

机组负荷为303MW，炉管泄漏装置报警，经现场检查发现：前墙汽水分离器附近有撞击声。检查结果为：大屏第11屏的15根爆管（从右往左第11屏，从前往后第15根）。割第14、15、16根管。从管子爆口特征分析，形状呈喇叭状，爆管长度约60mm宽度约为30mm，爆管位置管壁有明显的减薄现象（见图1）。

图1　负荷为303MW时屏式过热器爆管爆口图

收稿日期：2016-04-03

作者简介：聂贞（1986―），女，河南新乡人，助教，硕士，主要电力市场规划与电力系统控制等方面的研究。

2.2第二次爆管情况分析

机组负荷为603MW，炉管泄漏发出报警，经检查发现：高压过热器第32屏爆管。从管子爆口特征分析，形状呈喇叭状，管壁减薄，胀粗，边缘锋利，破口的内壁由于汽水混合物急剧冲出而显得十分光洁（见图2）。

图2　负荷为603MW时屏式过热器爆管爆口图

2.3第三次爆管情况分析

机组负荷为480MW，大屏第12屏第20根温度突然由620℃降至498℃，经检查发现：大屏第12屏的第20根管子爆管。从管子爆口特征分析，形状呈喇叭状，管壁减薄，胀粗，边缘锋利，破口的内壁由于汽水混合物急剧冲出而显得十分光洁（见图3）。

图3　负荷为480MW时屏式过热器爆管爆口图

3　爆管检测与分析

通过对该锅炉三次爆管时管子爆口的特性分析［5］，初步判断三次爆管均为受热面金属材料超温爆管。为了准确确定原因，对爆管进行了进一步分析。

3.1光谱分析

针对目前高校外语教师信息素养的现状，笔者对自己所在院校的大学外语教师进行了问卷调查，问卷以教师基本的信息素养，包含信息意识和基本信息知识为主要内容。此次调查共发放65份问卷，其中收回58份有效问卷，有效率89%。

通过光谱分析检测，结果如表1。

表1　金属材料光谱检测结果

检测结果均与图纸设计相符，不存在管材错用的情况。

3.2金属硬度分析

对过热器各受热面弯管金属进行了硬度分析，

其维氏硬度HV值在140～160之间，符合设计要求。

3.3金属金相组织分析

对过热器各受热面弯管金属进行了金相组织分析，结果为铁素体+珠光体（见图 4），金相组织未发生明显变化，晶粒度、组织都基本正常，未发生组织球化现象。

图4　金相组织分析图

3.4受热面清洁度检测

根据检测结果，对各个受热面进行割管检查，发现均存在脱落的氧化皮存在，在管壁上也发现大量未脱离的氧化皮。因此三次爆管均属于氧化皮脱落堵塞蒸汽通道导致金属管壁超温而发生爆管。

表2　部分受热面清洁度检测结果

4　氧化皮产生及脱落的原因分析

4.1锅炉受热面氧化物未清理干净

在锅炉受热面生产到现场安装的过程中，存在于受热面内壁的氧化物未彻底清理干净，且在锅炉吹管和机组低负荷条件下氧化物仍然附着于金属内壁，在锅炉负荷较高且频繁出现金属壁温超温的情况下，加剧了氧化皮的产生，并且当温度波动较大时造成氧化皮的脱落，堵塞蒸汽通道，从而产生氧化皮脱落导致锅炉受热面超温爆管事件。

4.2锅炉主汽温度超温运行

超临界锅炉在锅炉湿态转干态的过程中，由于燃料量增加，使得锅炉给水量相对偏少，导致主汽温度大幅上涨，且由于过热器减温水来自给水泵出口锅炉给水，此时水与蒸汽的比热容很接近且水侧与汽侧差压小，结果使减温效果非常差，从而导致主汽温度超温，加速了蒸汽受热面氧化皮的产生。

4.3锅炉烟气温度偏高

W型火焰炉与其他炉型相比，其炉膛空间较大，更容易出现烟气分布不均，造成受热面局部过热的现象。锅炉在实际运行中，一直存在烟气温度偏高且同一位置炉膛左右两侧烟温偏差大的现象。

5　采取的措施

5.1加强受热面的清洁管理

（1）在安装初期，严格执行金属监督规程，确保安装的受热面清洁无氧化物附着。

（2）定期对锅炉吹灰，防止因受热面积灰结焦造成管壁超温。

5.2提高运行水平，加强参数监控

（1）启动初期，尽量提高锅炉的给水温度，同时在汽机冲转参数达到设定值前，高旁保持比较大的开度（40%～50%），以提高锅炉的蒸发量，保证蒸汽受热面有足够的蒸汽流通而得到冷却。

（2）严格控制锅炉转态进程。锅炉转态前，由于刚投入了第二台磨煤机，主汽温度上升很快，需控制磨煤机的给煤量，调整锅炉使其参数平稳。锅炉状态稳定后，再缓慢的增加燃料量和给水流量，实现锅炉的平稳转态，避免出现主汽温度大幅上升甚至超温的现象发生。

（3）锅炉高负荷运行阶段，运行人员应严密监视锅炉的状态，若在协调方式下锅炉参数出现较大波动时，运行人员应及时手动干预调整至稳定状态。

5.3加强燃烧调整

（1）采用微油点火方式，严格控制微油模式下B、E磨的一次风速（15m/s），使得磨投入时着火更快，燃烧更充分。

（2）在锅炉运行的各个阶段，控制锅炉的氧量，确保匹配的风量。

（3）锅炉转态后，及时调整燃尽风的风门开度，降低炉膛火焰中心，消除炉膛出口烟气残余旋转，减少烟气偏斜，减少炉膛左右两侧烟温偏差。

6　运行效果

由于该电厂短时间内发生三次超温爆管现象，造成了电厂检修，电力中断，带来了不小的经济损失，经过技术分析确定其为氧化皮脱落导致的超温爆管，在此基础上提出相对应的防护操作措施。通过运行和定期检查表明，#2锅炉高温过热器氧化皮产生、脱落和聚积得到了有效控制，取得了明显的效果。在一定程度上提高了机组安全运行的可靠性，减少了经济损失。

（责任编辑 吕春红）

［1］ 徐远鹏.热面高温氧化皮成因分析［A］.火电厂蒸汽通流部件高温氧化皮的影响与防治对策研讨会，2002，（10）：105-107.

［2］ 顾克宏.高温再热器材质高温氧化初探和预防［A］.火电厂蒸汽通流部件高温氧化皮的影响与防治对策研讨会，2002，（10）：100-104.

［3］ 蔡新春.锅炉运行控制对减少受热面氧化超温的影响［A］.火电厂蒸汽通流部件高温氧化皮的影响与防治对策研讨会，2002，（10）：89-91.

［4］ 郑世津.锅炉蒸汽侧氧化皮剥落的治理［J］.华东电力，2003，（12）：66-67.

［5］ J.A.LUX.过热器和再热器氧化产物与汽轮机的安全性［A］.火电厂蒸汽通流部件高温氧化皮的影响与防治对策研讨会，2002，（10）：108-112.

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1008-2093（2016）03-0017-03