mw超臨界鍋爐氧化皮

600MW超臨界鍋爐氧化皮生成及危害分析2014年02月12日1.氧化皮生成機理

1929年，德國科學(xué)家Schikorr研究發(fā)現(xiàn)，金屬可以在高溫水蒸汽中發(fā)生氧化，氧化所消耗的氧來源于水蒸汽本身的結(jié)合氧。后來通過電子顯微鏡觀察，進一步確定了鐵和水蒸汽直接反應(yīng)產(chǎn)生金屬氧化物的事實，主要反應(yīng)化學(xué)方程式為：

3Fe+4H2OFe3O4+4H2

2H2O=2H2+O2

鐵素體鋼和奧氏體不銹鋼的蒸汽側(cè)氧化皮微觀結(jié)構(gòu)形貌均為雙層結(jié)構(gòu)，外層為Fe3O4和少量Fe2O3，內(nèi)層為（Fe,Cr)3O4

2.影響氧化皮生成的主要影響因素金屬管壁溫度和抗氧化性能管壁溫度越高，氧化速度越快；抗氧化性能越好，氧化速度越慢。影響氧化皮脫落的主要因素1、線膨脹系數(shù)TP347H管為奧氏體不銹鋼管，是粗精鋼。其線膨脹系數(shù)為(1．7～1．9)×10－5℃－1

，而氧化物的線膨脹系數(shù)為9．1×10－5℃－1

金屬與氧化皮之間的線膨脹系數(shù)相差越大，越易脫落。2、氧化皮厚度氧化皮越厚，導(dǎo)致其脫落的所需應(yīng)力越小。管壁金屬與氧化皮溫差越大，應(yīng)力越大。3、溫度水平和變化率氧化皮在高溫下生成，在穩(wěn)態(tài)過程中，當(dāng)溫度偏離氧化皮生成溫度時，氧化皮內(nèi)就會產(chǎn)生熱應(yīng)力。在非穩(wěn)態(tài)過程中，溫度大幅波動還會使氧化膜產(chǎn)生較大的附加熱應(yīng)力。4、鐵素體鋼與奧氏體不銹鋼的差異性分析奧氏體不銹鋼的氧化皮生成速度較慢。奧氏體不銹鋼的氧化皮更易于剝落。鐵素體鋼氧化皮厚度超過0.2mm、不銹鋼氧化皮厚度超過0.1mm，即易于剝落。鐵素體鋼氧化皮剝落時內(nèi)外層氧化物一起剝落，裸露出的金屬基體在后繼運行中還會快速氧化，導(dǎo)致氧化皮的周期性生長和剝落。奧氏體不銹鋼蒸汽側(cè)氧化皮剝落時主要是原生外層氧化物剝落，內(nèi)層氧化物狀態(tài)良好，能夠起到阻止氧化皮進一步發(fā)展的作用。因此，在后繼運行過程中剝落部位的氧化皮繼續(xù)生長的速度緩慢．剝落部位在后續(xù)運行中長時間內(nèi)不會再次發(fā)生剝落問題。TP347H奧氏體不銹鋼的氧化皮剝落特點首次剝落時內(nèi)層和外層厚度幾乎相同，外層厚度達到0.04～0.05mm即趨于剝落。內(nèi)層結(jié)構(gòu)在10萬h內(nèi)幾乎不會剝落。溫度越高，發(fā)生集中剝落次數(shù)越多，首次出現(xiàn)時間越早。每次發(fā)生集中剝落后的安全運行時間逐漸延長。溫度低于621℃，在2萬h內(nèi)發(fā)生第1次外層氧化皮集中剝落，6萬h左右發(fā)生第2次，此后氧化皮集中剝落進入低發(fā)階段。氧化皮生成剝落的危害

蒸汽側(cè)或煙氣側(cè)的強制冷卻產(chǎn)生大量脫落堆積，造成短期超溫爆管。氧化皮的熱阻效應(yīng)，導(dǎo)致金屬壁溫和氧化皮厚度不斷提高，最終造成超溫運行、組織老化和氧化皮脫落風(fēng)險加劇。熱負荷和蒸汽溫度越高，導(dǎo)致金屬超溫運行的臨界氧化皮厚度越小。2014年1月7日我廠末級過熱器爆管2014年1月21日我廠末級過熱器爆管排汽裝置磁性過濾器汽輪機固體顆粒侵蝕制造廠蒸汽參數(shù)（℃）材料入口煙溫（℃）出口煙溫（℃）平均煙溫（℃）入口氣溫（℃）平均溫升（℃)位置國華太倉上鍋571569TP347T91T2396382289350863高再后華能太倉東鍋571569TP3471115990105350368屏過后寶日希勒哈鍋571569入口T91出口TP3471007958100751358屏過后揚州二廠哈鍋543569T9111141020106749746屏過后其他電廠氧化皮情況簡介

三大鍋爐廠均根據(jù)高溫過熱器不同的工作煙溫和蒸汽參數(shù)選用了不同抗蒸汽氧化等級的金屬材料。但在主蒸汽溫度為571℃的超臨界鍋爐上均發(fā)生了高溫過熱器氧化皮爆管。華能太倉電廠已發(fā)生2次TP347爆管，烏沙山電廠近期也已發(fā)生TP347爆管。防治鍋爐氧化皮爆管的技術(shù)措施在現(xiàn)有材料水平下，超（超）臨界鍋爐的氧化皮生成與剝落不可避免，因此現(xiàn)實可行的治理技術(shù)路線為：減緩生成→控制剝落→加強檢查→及時清理→及時換管與改造減緩生成：金屬管壁溫度控制、合理選材?？刂苿兟洌簻囟?、溫度變化率、氧化皮與金屬基體之間的溫差加強檢查、及時清理、及時換管：拍片檢查堆積情況、氧化皮測厚、內(nèi)窺鏡檢查脫落情況、割管清理，更換氧化皮厚度超標(biāo)管段。及時改造：根據(jù)在太倉公司超臨界鍋爐氧化皮問題治理工作中形成的高溫受熱面選材原則，制定和實施改造方案，確保一個大修期內(nèi)鍋爐安全運行。防治鍋爐氧化皮爆管的運行技術(shù)措施

——完善壁溫測點基本原則高溫過熱器、高溫再熱器按布置方式考慮，對于半輻射式高溫受熱面（位于折焰角之上）沿寬度方向每隔2～3片屏至少裝設(shè)一個壁溫測點；對于對流式高溫受熱面（位于水平煙道）沿寬度方向每隔1m裝設(shè)一個壁溫測點，均裝設(shè)在每屏壁溫分布計算值最高的管子上。對于切圓燃燒方式鍋爐，沿寬度方向靠近兩側(cè)墻約1/4處裝設(shè)全屏壁溫測點；對于對沖燃燒方式鍋爐，在寬度方向的中部應(yīng)裝設(shè)2～3片全屏壁溫測點。管屏最內(nèi)圈管子如采用彎曲半徑小于1倍管徑的彎管，則應(yīng)裝設(shè)壁溫測點。防治鍋爐氧化皮爆管的運行技術(shù)措施

——控制啟動期間的升溫升壓率值長聯(lián)系儲運部要求B、C原煤倉上3300cal/g以上的煤種；凝結(jié)水、除氧器水質(zhì)合格。除氧器加熱至150℃。加強水質(zhì)監(jiān)督。#1機組啟動A電動給水泵（#2機組啟動C電動給水泵），鍋爐上水時間≥4小時，打開主再蒸汽啟動外排疏水。鍋爐冷態(tài)沖洗水質(zhì)合格后，盡可能將水冷壁溫提高至100℃，鍋爐點火。啟動B磨煤機，投入等離子小油槍。投入空預(yù)器連續(xù)吹灰，投入煙溫探針。在升壓開始階段到汽機沖轉(zhuǎn)前，控制爐水溫升率≤1.0℃/min。在增加燃料量的過程中要注意監(jiān)視貯水箱水位，在鍋爐水冷壁汽水膨脹時要停止增加燃料量，待汽水膨脹結(jié)束，汽水分離器水位恢復(fù)正常后再增加燃料量，省煤器入口流量≥650t/h?？刂聘魇軣崦鏈厣省?.0℃/min。分離器壓力0.2MPa時，關(guān)閉啟動分離器排空氣門，關(guān)閉過熱器排空氣門。再熱器壓力0.1MPa時，關(guān)閉再熱器放空氣門。過熱汽壓力1.0MPa時，關(guān)閉尾部煙道環(huán)形集箱疏水電動一、二次門，關(guān)閉中間隔墻下集箱疏水電動一、二次門，關(guān)閉低溫再熱器入口集箱疏水電動一、二次門。分離器出口壓力0.8MPa、爐水溫度170℃時，進行熱態(tài)沖洗，控制分離器出口壓力和溫度穩(wěn)定，總?cè)剂狭勘３址€(wěn)定，給水流量350～400t/h，控制爐水循環(huán)泵流量在600～650t/h，使省煤器入口流量達到1000t/h，鍋爐熱態(tài)沖洗，水質(zhì)合格后方可繼續(xù)升溫升壓。

B磨煤機煤量40t/h時，啟動A磨煤機帶初始煤量10t/h，同時將B磨煤機的煤量減少10t/h，保持總煤量不變。主汽壓力3～4MPa時，投入高低旁運行。主汽壓力達到6.0MPa時，保持各參數(shù)穩(wěn)定，進行鍋爐啟動吹掃操作。鍋爐吹掃結(jié)束后，汽輪機沖轉(zhuǎn)。汽輪機沖轉(zhuǎn)至2000rpm過程中保持各參數(shù)穩(wěn)定，汽輪機中速暖機至并網(wǎng)期間，控制主汽溫溫升＜0.6℃/min。啟動過程中機組負荷低于60MW禁止使用二級減溫水，啟動初期不要投用再熱減溫水。各減溫水使用操作要平穩(wěn)，溫度控制要超前，避免突開突關(guān)減溫水門使管壁急速降溫和升溫導(dǎo)致氧化皮集中脫落。機組并網(wǎng)后，啟動C磨煤機，升負荷速率3MW/min。主汽溫溫升≤1.0℃/min。A側(cè)熱一次風(fēng)溫升高至260℃時，進行B磨煤機倒風(fēng)操作。機組負荷300MW及以上正常運行時，盡量保持下層磨煤機運行，降低火焰中心?？刂颇┘夁^熱壁溫＜575℃，盡量提高機側(cè)主汽溫度，確保機側(cè)主汽溫度＞530℃。降壁溫時，嚴格控制主、再熱汽溫10min內(nèi)≯30℃。正常運行中升降負荷率3MW/min，合理調(diào)整煤水比例，控制汽水分離器出口過熱度，避免煤水比失調(diào)引起過熱器、再熱器短期超溫。同時減溫水使用要平穩(wěn)，避免大幅開啟或關(guān)小減溫水導(dǎo)致主再熱汽溫大幅波動及過熱器、再熱器管壁溫度劇變引起氧化皮脫落。防治鍋爐氧化皮爆管的運行技術(shù)措施

——正常運行中的控制措施吹灰前必須充分疏水，避免蒸汽吹灰過程中蒸汽帶水導(dǎo)致受熱面急劇降溫。正常運行中加強汽水品質(zhì)監(jiān)督。鍋爐啟動氧化皮沖洗技術(shù)措施

嚴格按照鍋爐啟動曲線升溫升壓；沖洗過程中對汽溫造成的影響，不可用減溫水進行控制，對溫度變化速率的限制可適當(dāng)放寬（＜3℃/min）。吹掃前參數(shù)：主汽壓力6.5MPa，主汽溫度380℃，高旁開度30％，再熱汽壓力控制在0.3～0.5MPa，再熱汽溫度360℃，背壓控制17～23KPa。吹掃參數(shù)：1）過熱器吹掃主汽壓力6.5MPa、主汽溫度380℃，

2）再熱器吹掃再熱汽壓力2.0MPa,再熱汽溫360℃3）背壓控制：20～28KPa3、沖洗方法：1）第一步：鍋爐點火后，開啟主汽管道、再熱汽管道啟動外排疏水，開啟高旁入口電動門進行高旁管道預(yù)暖，開啟高旁調(diào)節(jié)門1～3％，觀察高旁后溫度緩慢升高，在管道預(yù)暖期間嚴禁投入高旁減溫水，高旁后溫度升高至350℃投入高旁減溫水，控制高旁后溫度320～350℃，機組啟動過程中注意監(jiān)視高排逆止門前、后疏水罐水位高報警，若發(fā)現(xiàn)有水位高報警及時開啟該疏水門，待水位高報警消失后，及時關(guān)閉該疏水門。2）第二步：冬季：待主汽壓力至3～4MPa后，鍋爐燃燒穩(wěn)定，開啟高、低旁空冷島進汽，就地安排專人負責(zé)監(jiān)視旁路振動情況，嚴格控制高壓旁路減壓閥后溫度不大于350℃，嚴密監(jiān)視高、低旁振動情況，若管道無振動，逐漸開啟高壓旁路至30%開度，保證再熱器壓力在0.5MPa以內(nèi)，開啟的過程中注意監(jiān)視就地管道振動，以及空冷島翅片回暖正常。發(fā)現(xiàn)管道振動過大及時關(guān)小高、低旁對管道進行充分預(yù)暖，翅片回暖緩慢，立即開啟高旁增加進汽量，保證翅片回暖后不發(fā)生再次過冷現(xiàn)象。夏季：隨著鍋爐升溫升壓，逐漸開啟高、低旁，直至參數(shù)滿足鍋爐吹掃條件。第三步：鍋爐升溫升壓，最終達到各參數(shù)穩(wěn)定：主汽壓力6.5MPa，主汽溫度380℃，高旁開度30％，再熱汽壓力控制在0.3～0.5MPa，再熱汽溫度360℃，背壓控制20～28KPa。第四步：鍋爐燃燒穩(wěn)定，各參數(shù)達到要求后，溢流閥投入自動，將高旁開度從30％開度以5％/s速率開至60％，穩(wěn)定后以同樣的速率開至90％，待貯水箱水位穩(wěn)定后，將高旁由90％關(guān)至20％（可分2～3次），待貯水箱水位穩(wěn)定后，將高旁開度由20％迅速開啟至90％，計時5min后，保持低壓旁路在90%開度，將高壓旁路從90%關(guān)至20%（可分2～3次），嚴密監(jiān)視旁路系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備運行情況，計時5min（注意貯水箱水位情況），重新開始下次吹掃操作，反復(fù)操作4～5次。

注：高、低旁快速開啟的過程中，注意高旁、低管道振動情況，若發(fā)現(xiàn)管道，停止旁路操作，待管道無振動后，在進行操作，注意監(jiān)視高旁后溫度，不得過高、過低，控制高旁后溫度320～350℃，若高旁減溫水自動跟蹤不及時，解除自動，進行手動操作，控制高旁后溫度。第五步：維持高壓旁路80%開度，逐漸關(guān)小低壓旁路（低壓旁路開度不得小于30%，以維持空冷島最小防凍流量）至再熱汽壓力2.0MPa，然后迅速開啟A/B低旁至90%以上，保持2min，反復(fù)操作4～5次，進行沖洗，直至凝結(jié)水水質(zhì)化驗合格。注：吹管期間值長通知化驗人員進行取樣，具體要求：（1）、吹管前3小時、1小時，分別通知化驗人員采取凝水、給水、主蒸汽水樣，化驗Fe。(2)、每次吹管操作結(jié)束后10min，化驗人員采取凝水水樣，化驗Fe含量。(3)、最后一次吹管結(jié)束后，化驗人員采取給水、主蒸汽水樣，化驗Fe、。(4)、吹管結(jié)束后1小時、3小時，分別采取凝水、給水、主蒸汽水樣，化驗Fe。6）第六步：過熱器再熱器吹掃結(jié)束后，維持主汽壓力6.5MPa,開啟左側(cè)PCV閥2min進行吹掃，吹掃2次。4、注意事項：1）沖洗過程中分離器水位將有較大波動，當(dāng)開啟高旁門時，貯水箱水位將上升，此時通過溢流閥自動控制水位；當(dāng)水位開始回落時，要立即加水，避免高旁開啟后因蒸發(fā)量增大及關(guān)門時壓力上升造成水位降低，高旁關(guān)閉后視水位情況要及時降低給水流量；2）鍋爐煤量以保持壓力穩(wěn)定為準(zhǔn)，可適當(dāng)增減；3）沖洗過程中保持給水泵出口壓力必須大于分離器壓力，避免高壓旁路關(guān)閉過程中，因壓力上升而導(dǎo)致上不去水；4）沖洗過程中要控制主再汽溫度不發(fā)生大幅度波動（＜3℃/min）；5）開啟旁路沖洗時，保持旁路及主再熱蒸汽管道疏水充分開啟，暖管充分；6）沖洗過程中注意保持高壓旁路減壓閥后溫度320～350℃，低旁后溫度≯160℃，防止低壓旁路閉鎖；7）控制排汽裝置水位在1400-1700mm之間（可將排汽裝置水位高于1700mm閉鎖低旁條件解除）；8），開啟低壓缸噴水、低旁減溫水及低旁三級減溫水，控制低旁后溫度＜120℃；9）排汽裝置及系統(tǒng)管道無振動，否則及時停止操作旁路操作或關(guān)小旁路；10）沖洗過程中及時調(diào)整給水流量穩(wěn)定，注意保持汽溫穩(wěn)定；11）給水泵在增減勺管時，不要以5％的速率增減勺管，可通過1％的速率快速增減勺管；12）保證鍋爐主給水壓差4～5MPa；13）嚴密監(jiān)視空冷島凝結(jié)水、抽真空溫度，發(fā)現(xiàn)溫度低至35℃以下或下降速率過快，及時通過開啟旁路增加進汽量；

14）在沖洗過程中注意監(jiān)視貯水箱水位，防止貯水箱水位低爐循泵跳閘，可通過緩慢關(guān)閉高旁對此進行規(guī)避；15）機組啟動前，保證廢水池液位處于低液位；16）吹掃期間注意監(jiān)視主再熱啟動外排注意風(fēng)向無蒸汽吹至主變區(qū)域；17）啟動初期，加強對貯水箱的溢流；18）在鍋爐帶壓放水時，對放水電動門進行間隔半小時開關(guān)放水，加強爐水?dāng)_動；19）在汽機沖轉(zhuǎn)后，轉(zhuǎn)速至600rpm，穩(wěn)定半小時，將主汽門前雜質(zhì)吹出。鍋爐啟動沖洗的安全措施1、在沖洗過程中，給水量變化較大，應(yīng)加強電動給水泵各運行參數(shù)的監(jiān)視，特別是振動及軸承溫度；同時加強排汽裝置和除氧器水位變化的監(jiān)視；2、開啟高低壓旁路時，注意監(jiān)視排汽裝置背壓變化，投入兩臺真空泵運行，控制背壓不超過30KPa，以高速混床不退出運行為原則；3、大流量沖洗過程中，加強監(jiān)視末級過熱器和末級再熱器金屬管壁溫度的變化,發(fā)現(xiàn)溫度波動大時停止大流量沖洗；4、在沖洗過程中注意監(jiān)視汽機本體各參數(shù)，防止再熱器壓力高，盤車脫扣，轉(zhuǎn)子被沖起，若發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子被沖啟后，再熱汽壓力＜0.5MPa，背壓控制25～28KPa，轉(zhuǎn)子停止運行后，盤車及時投入。防治鍋爐氧化皮爆管的運行技術(shù)措施

——停爐的控制措施鍋爐停爐降負荷速率≤3MW/min,主再熱汽溫下降速率≤1℃/min，注意主、再熱汽溫及鍋爐金屬壁溫的監(jiān)視和調(diào)整，避免降負荷速率過快引起汽溫突變導(dǎo)致氧化皮集中脫落。停爐前2小時，將給水pH值調(diào)整至9.6～10.0。停爐過程中煤水比要適中，控制分離器出口過熱度，逐步降低過熱度，避免汽溫突降或突升導(dǎo)致管壁金屬溫度變化引發(fā)氧化皮脫落。停爐過程中主要是以降低燃料為主要手段，減溫水的使用要適當(dāng)，避免在低負荷投用減溫水，在整個停爐過程