超超临界锅炉高温受热面氧化皮脱落与治理

杨丰收

【摘 要】论文对超超临界锅炉高温受热面氧化皮脱落的危害和原因进行具体论述，结合锅炉的实际运行状况，运用相关理论知识，提出针对性的解决措施，旨在通过系统化的分析，提升超超临界锅炉的运行稳定性，为生产工作打下坚实的基础。

【Abstract】This paper discusses the hazards and causes of the oxide skin falling off the high-temperature heating surface of the ultra-supercritical boiler in detail， combines the actual operation status of the boiler， applies relevant theoretical knowledge， and puts forward targeted solutions， aiming at improving the operation stability of the ultra-supercritical boiler through systematic analysis， and laying a solid foundation for production work.

【关键词】超超临界锅炉;氧化皮形成;氧化皮脱落;治理措施

【Keywords】super-supercritical boiler; oxidation skin formation; oxidation skin shedding; treatment measures

【中图分类号】TK229.2                                              【文献标志码】A                                【文章編号】1673-1069（2019）10-0154-02

1 引言

现阶段，随着超临界锅炉和超超临界锅炉的大面积投入使用，其故障和安全问题也受到越来越多人的重视。超超临界锅炉高温受热面的氧化皮问题对锅炉本身的危害非常大，不仅会引发锅炉爆管，同时还会导致锅炉的传热能力下降，汽轮机出现固体颗粒侵蚀的现象，如果长期无法解决的话则会造成汽门卡涩、叶片损坏等问题，进而导致锅炉无法正常使用。因此，电厂相关技术维修人员要深入剖析氧化皮产生的具体原因以及脱落特性，从整体和细节角度同时出发，切实解决锅炉氧化皮的相关问题，使超超临界锅炉始终处于稳定的运行状态当中。

2 超超临界锅炉高温受热面氧化皮脱落的危害

超超临界锅炉高温受热面氧化皮发生脱落之后，后屏过热器会发生堵塞的现象，同时导致在末级过热器和高温再热器U型管的弯头位置的蒸汽流通不畅[1]，从而引发超温爆管的现象。锅炉机组在启动的过程中，后屏过热器和末级过热器当中脱落的氧化皮对高旁门的密封性会产生一定的影响。脱落的氧化皮还会堵塞主蒸汽和再热蒸汽管道疏水管路，使疏水阀门的调节能力下降，阀门会因此而出现内漏的现象，阀门后管道和弯头也会因此而受损，最终引发爆管现象，对锅炉机组和人身安全造成严重的破坏。

此外，脱落的氧化皮碎片与蒸汽进行混合，会导致高压主气阀的密封面、阀杆以及阀套位置发生严重的磨损现象，长此以往会引发主汽门的卡涩。这些氧化皮碎片还会对汽机喷嘴和叶片造成破坏，对末级叶片的损害尤为严重，对水汽品质也会造成一定的影响。通过上述影响分析可以看出，氧化皮脱落对于超超临界锅炉机组的危害是非常巨大的，其中最为严重的问题就是超温爆管现象，相关技术人员在综合治理过程中要密切关注这一点，通过系统化的维修体系，避免超温爆管的现象发生。

3 超超临界锅炉高温受热面氧化皮脱落的原因分析

3.1 氧化皮的形成及影响因素

超超临界锅炉高温受热面当中的氧化膜主要是热面管材当中的Fe和蒸汽在高温和高压反应下所生成的一种物质。从性质上来看属于由Fe3O4、Fe2O3、FeO混合形成的一种铁基类氧化物。在氧化进程的逐步发展下，氧化层从先前的原基体界面向外进行拓展，从而形成质地非常紧密的Fe3O4，在氧化过程的末段会在最外层形成一种质地较薄的Fe2O3[2]，这种内外分层式的氧化皮是超超临界锅炉高温受热面氧化反应所生成的主要物质。氧化皮当中的Fe3O4和Fe2O3性质较为稳定，一般情况下不会发生脱落现象，但是氧化皮当中的FeO存在一定的不稳定性，结构较为疏松，晶格在高温作用下非常容易产生缺陷，从而发生脱落现象，对氧化层的整体稳定性造成影响。据相关试验数据显示，当锅炉受热面的温度在570℃左右时，内层氧化膜的成分主要是Fe3O4和Fe2O3，一旦温度超过580℃，氧化膜当中就会产生大量的FeO，从而造成氧化皮的脱落。

3.2 氧化皮的脱落及影响因素

通过上述对氧化皮形成机理的分析可以得知，温度是导致氧化皮发生脱落现象的关键性因素。为进一步证实这一点，在实际工作中对超超临界锅炉机组当中的对屏式过热器和高温过热器进行细致的观察，观察发现，底部弯头的位置的氧化皮堆积现象不是非常严重，经过测量管内的蒸汽温度始终保持在550℃之下，而高温再热器的一些管屏当中氧化皮脱落的现象较为严重，经过测量温度始终在600℃之上，这样就进一步证实了温度对氧化皮脱落的决定性作用[3，4]。

为了对氧化皮脱落的原因进行深度剖析，对屏式和高温过热器管道、高温再热器管道进行了压力对比测试，经过测试发现，屏式及高温过热器的管道压力数值为24MPa，高溫再热器的管道压力为4MPa，高温再热器当中脱落的氧化皮数量更多。因此，压力过低同样会导致再热器管道当中出现氧化皮脱落现象，温度和压力可以说是影响氧化皮脱落的两大重要因素，在实际处理工作中也要从这两方面因素出发进行综合性治理。

4 超超临界锅炉高温受热面氧化皮脱落的治理策略

4.1 预防氧化皮产生的治理策略

在超超临界锅炉实际运行的过程中，相关技术人员要通过适当的调整措施，降低金属当中的热偏差，对蒸汽压力和蒸汽温度进行有效控制，从而减缓氧化皮的生成速度，从源头上避免氧化皮脱落的现象发生。

从具体措施来看，相关技术人员要对超超临界锅炉的主热气温度和再热气温度进行严密把控，杜绝蒸汽超温的现象发生，同时要对燃烧状况进行适度地调整，防止炉膛当中出现温度偏差引发超温现象。如果在锅炉运行过程中发现个别管道出现超温现象，技术人员要提升运行调整的力度，在必要的情况下可以降低蒸汽温度来控制氧化皮的生成。此外，工作人员要依照高温受热面管壁的温度进行受热面吹灰工作，避免燃烧波动对蒸汽温度产生影响。最后，技术人员需要对DCS控制方式进行优化，根据实际情况对AGC负荷变化率进行调整。

4.2 预防氧化皮脱落、聚积的治理策略

在氧化皮脱落的预防工作中，技术人员要重点把控氧化皮和基体材料二者之间的热膨胀系数差异，防止氧化层当中产生大量的应力。同时需要严格把控锅炉机组的负荷变化情况，防止恒定温度变化导致氧化皮产生裂纹并脱落。当氧化皮的厚度过大时，氧化皮的弹性应变会因此而减小，这时技术人员要对氧化皮进行及时地清理，防止氧化皮由于弹性应变减小而产生脱落。此外，基体的几何形状同样会对氧化皮的脱落产生明显的影响，技术人员需要对基体的缺陷进行调整，例如管径过线、内壁圆度不足以及内壁的宏观缺陷等，在硬件角度上防止氧化皮脱落的现象发生。

针对于氧化皮的聚积现象，技术人员一般都会采用吹扫的方式进行处理。当机组启动时，技术人员要充分利用蒸汽的携带原理，将管道当中沉淀的氧化皮进行清理。在机组冲转之前，技术人员需要将主汽压力控制在5MPa以下，保持主汽温度在350～400℃区间内，蒸汽压力要始终保持在1.2MPa以上。在参数确定时，技术人员要根据实际的运行情况适当地提升热负荷，通过稳压冲洗的方式来清理聚积的氧化皮。在冲洗工作中，化学技术人员要阶段性地对蒸汽和凝结水的品质进行取样分析，当介质中的Fe2+含量从低到高，再降至低水平线时，即可开展机组的并网工作。

5 结语

超超临界锅炉当中的高温受热面氧化皮脱落现象对锅炉机组的运行造成严重的不良影响。鉴于这种情况，相关技术人员要深度掌握氧化皮产生和脱落的具体原因，从氧化皮的产生、氧化皮的脱落以及氧化皮的清理角度入手，及时有效地处理问题，最终使超超临界锅炉机组的运行状态保持稳定，为生产工作提供充分的保障。

【参考文献】

【1】鲁忠科.超超临界锅炉高温受热面氧化皮脱落与治理[J].电力安全技术，2014，16（10）：42-43.

【2】肖芝林，陈辉，XiaoZhilin，et al.1030MW超超临界锅炉高温受热面氧化皮大量生成及脱落的原因分析[J].锅炉制造，2014（2）：37-39.

【3】陈志刚，袁丹珏，黎华，等.超临界锅炉管内氧化皮剥落的安全控制研究[J].中国安全科学学报，2017（08）：57-58.

【4】王文斌.锅炉氧化皮脱落原因及防治措施的相关探讨[J].中国高新区，2017（19）：63-64.