660 MW亚临界机组高温氧化皮问题分析

张 凯,张节信,杨 杰

(邯峰发电厂,河北 邯郸 056200)

660 MW亚临界机组高温氧化皮问题分析

张 凯,张节信,杨 杰

(邯峰发电厂,河北 邯郸 056200)

针对邯峰电厂660 MW亚临界机组出现的氧化皮脱落堆积现象,论述了亚临界机组高温受热面氧化皮产生的机理,分析了锅炉氧化皮产生及脱落的原因,由此提出高温氧化皮的治理及预防措施。

亚临界机组;氧化皮;预控措施

近年来我国火力发电行业发展迅速,电站锅炉高温受热面采用了大量的新型铁素体和奥氏体不锈钢材料。锅炉受热面管内氧化皮大面积剥落导致管壁超温甚至爆管已是普遍存在的问题[1-2]。该问题已经成为威胁大容量发电机组安全稳定运行的重大隐患。

1 设备概况

华能邯峰电厂一期工程安装2台660 MW燃煤汽轮发电机组,配套锅炉为2台美国FOSTERWHEELER公司设计生产的亚临界压力、一次中间再热、固态排渣、单汽包自然循环、燃烧无烟煤与贫煤混煤的拱形“W”火焰锅炉,最大连续出力为2 026.8 t/h。炉膛由水冷壁管包覆而成,为膜式结构。末级过热器后屏、再热器高温出口段采用了SA-213 TP304H奥氏体不锈钢。

该厂2台机组曾于2006年2月及2007年3月发生末级过热器管内壁脱落的氧化物聚集在下弯头处阻塞流通面积,造成管壁超温爆管事故。氧化皮过多造成末级过热器爆管情况如图1所示,末级过热器割管检查氧化皮情况如图2所示。

图1 末级过热器爆管照片

图2 割管检查氧化皮情况

2 锅炉氧化皮的生成机理

高温氧化皮是奥氏体不锈钢管内壁和高温水蒸汽氧化的产物。奥氏体不锈钢氧化皮的生成与温度和时间有关,其生成速度与温度呈抛物线关系[3]。在低温区碳钢(铁)和水之间生成热力学上稳定的Fe3O4。但当温度超过400℃时生成的Fe3O4不能形成致密的保护膜,使水蒸气和铁不断发生反应[4]。过热器管内壁的氧化皮剥落有两个主要条件:氧化层达到一定厚度,一般而言奥氏体不锈钢的临界厚度为0.1 mm[5];母材基体与氧化层之间应力达到临界值。过热器受热面长期高温运行,内壁氧化膜的厚度不断增加。由于氧化皮的膨胀系数与母材基体的线膨胀系数不同,达到一定厚度的氧化皮在热应力的作用下就会脱落。

3 锅炉氧化皮产生及剥落原因分析

3.1 运行过程中壁温超高引起氧化

根据锅炉末级过热器全屏52个壁温测点,绘制出邯峰电厂1号锅炉自2016年4月至2016年9月之间的壁温统计图,如图3所示。

图3 末级过热器壁温

由图可以看出,锅炉末级过热器出口壁温范围主要在480～600℃。根据锅炉制造厂《管子金属温度及强度计算汇总》中要求,末级过热器报警温度为595℃,SA-213 TP304H管抗蒸汽氧化温度为620℃。查壁温测点测量值,发现1号锅炉末级过热器壁温部分时段存在超温现象,最高可到610℃。虽然大部分时段未出现超温现象,但壁温测点安装在炉顶披屋内,按照壁温测点和实际壁温偏差30～40℃,那么部分管段实际壁温已超过640℃[6]。按照氧化皮生成机理,产生氧化皮在所难免。

3.2 停炉过程中壁温变化速率引起氧化

邯峰电厂1号锅炉于2016年2月5日滑参数停炉过程中,根据末级过热器壁温测点绘制停炉过程中壁温变化速率情况,如图4所示。由图可得停炉过程中大部分时段壁温变化超过规定的1.5℃/min。特别是在22:40壁温波动较大,部分管段壁温变化高达12℃/min。且由于壁温测点安装在炉顶披屋内,炉内管段壁温变化会更大,温度应力使氧化皮拉裂而发生剥落。若锅炉发生爆管造成事故停机过程中,大量汽水混合物喷泄到炉内造成炉膛烟气温度快速下降,将导致末级过热器整体管排金属壁温度快速降低,氧化皮大量脱落。

图4 停炉过程壁温变化速率

3.3 停炉过程中减温水投入量引起氧化

锅炉过热器布置两级喷水减温器调节汽温,在分割屏过热器入口布置一级喷水减温器,在末级过热器入口布置二级喷水减温器,每级喷水减温设有左右2支减温器。查看1号锅炉2016年2月5日滑参数停炉过程中过热器投入情况,如图5所示。由图5可以看出停机过程中减温水投入量在5 kg/s到31 kg/s之间交替变化。大量且频繁调整减温水量使过热器金属壁温大幅波动造成氧化皮脱落。

图5 停炉过程减温水使用情况

3.4 煤质变化引起氧化皮生成

邯峰电厂锅炉设计煤种为50%峰峰矿务局的无烟煤和50%山西潞安矿务局的贫煤的混煤。由于国内煤炭市场的变化,该厂开始燃用阳泉等地的其它煤种,煤质参差不齐,锅炉同时燃用多种煤易造成炉膛内燃烧波动、燃烧温度波动、热负荷变化等问题,这也是氧化皮生成的一个重要原因。

4 氧化皮的治理及预防措施

4.1 运行期间预防措施

a.控制减温水使用情况。调节主汽温度时,两级减温水应配合使用,一级减温水水量要大一些,二级减温水水量小一些,但要保证减温后蒸汽有11℃以上的过热度。各减温水调节阀要操作平稳,喷水量均匀,避免突开突关减温水门使管壁急速降温和升温。机组启动、停机和升降负荷过程中,特别是在低负荷时,按照运行规程控制减温水投用量,严格控制壁温升、降速率。

b.加强管壁温度控制。对在检修过程中发现的氧化皮较厚的管段加装金属壁温测点,在线监控危险管屏。在启停炉、升降负荷、启动制粉系统、锅炉受热面泄漏、给水系统发生故障等情况时应加强对各受热面金属壁温的监视与控制。

c.控制合理的升降负荷速率。机组正常运行中,升、降负荷尽量平缓进行,通过运行调整、燃烧调整避免造成锅炉燃烧强度及给水量的大幅度波动,确保受热面金属壁温水平和偏差在允许范围内。

4.2 检修期间预防措施

a.机组停运后严禁锅炉强制通风冷却,应采用闷炉处理。

b.机组启动冲转前,应利用旁路系统带压对锅炉过热器、再热器进行蒸汽吹扫,并观察凝结水颜色,待凝结水颜色澄清且铁含量小于1 000 ppb时,再进行启动。吹扫过程中注意受热面监测点温度的变化,如果发现温度偏差较大,要进一步吹扫,不能消除时,要及时检查对应的受热面。

c.逢停必检。充分利用停炉机会,对受热面进行胀粗、壁厚、磁性等方面检查并做好记录。特别要加强对超温管子、最外圈迎火侧管子的检查,评估管材寿命,及时更换氧化较严重的管材,并对金属温度、氧化皮产生速率、氧化皮成分厚度等进行综合分析。

5 结束语

目前燃煤机组大容量、高参数发展成为主流趋势,氧化皮的产生及脱落问题得到了电厂的高度重视。通过对高温受热面管材正确选型、受热面壁温控制、规范锅炉启停操作,同时加强金属检验和监督、停机检修维护,能够使氧化皮问题得到有效控制。

[1] 刘龙水.超(超)临界锅炉氧化皮生成机理与防治研究[J].内蒙古科技与经济,2014,311(13):62-63.

[2] 杨红权.600 MW超临界机组锅炉高温受热面氧化皮集中剥落原因分析及防治措施[J].神华科技,2009,7(3):33-35.

[3] 董 琨,赵慧传,张宇飞.660 MW亚临界机组锅炉后屏过热器氧化皮集中剥落的原因分析[J].锅炉技术,2013,44(3): 52-59.

[4] 姜在原,何曙勇.600 MW亚临界机组锅炉氧化皮产生的原因及预防[J].浙江电力,2013,(5):49-52.

[5] 王顶磊.660 MW超临界锅炉高温受热面氧化皮产生原因及应对策略[J].电力与能源,2012,(15):403-404.

[6] 王喜军,崔 礼,吕晓华.T23管材氧化皮产生和剥落机理及防治措施[J].能源与节能,2015,(7):146-147.

本文责任编辑：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

张 凯(1988-),男,助理工程师,主要从事电厂锅炉设备检修与维护工作。