超超临界直流锅炉过热器氧化皮剥落控制措施研究

超超临界直流锅炉过热器氧化皮剥落控制措施研究　Ｖｏ１．２１　Ｎｏ．４　超超临界直流锅炉过热器氧化皮剥落控制措施研究　丁翠兰　，张　伟　（１．华电莱州发电有限公司，山东　烟台　２６１４４１；２．国网技术学院，山东　济南　２５０００２）　摘要：针对某公司１　０００　ＭＷ超超临界直流锅炉低温过热器氧化皮剥落、堆积堵塞弯头，使低温过热器管子内蒸汽流量降　低，短时过热爆管、泄漏，造成机组非停事件，分析低温过热器氧化皮剥落的原因，采取有效防治措施，控制氧化皮生长速　率和改变氧化皮的剥落方式，增加机组稳定运行的可靠性。　关键词：过热器；氧化皮剥落；防治措施　中图分类号：ＴＭ７２６　文献标志码：Ｂ　文章编号：２０９５—６６１４（２０１８）０４—００５０—０３　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｏ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｐｅｅｌｉｎｇ　ｏｆ　Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ｏｎｃｅ—ｔｈｒ０ｕｇｈ　Ｂｏｉｌｅｒ　Ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ　ＤＩＮＧ　Ｃｕｉｌａｎ　，ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｉ　（１．Ｈｕａｄｉａｎ　Ｌａｉｚｈｏｕ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，，Ｙａｎｔａｉ　２６１４４１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｔａｔｅ　Ｇｒｉｄ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｌｌｅｇｙ，Ｊｉｎａｎ　２５０００２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　１　０００　ＭＷ　ｓｕｐｅｒｅｒｉｔｉｅａｌ　ｏｎｃｅ－ｔｈｒｏｕｇｈ　ｂｏｉｌｅｒ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｖｅｒｈｅａｔｅｒ　ｏｘｉｄｅ　ｐｅｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｂｅｎｄ　ｓｔａｃｋｉｎｇ　ａｎｄ　ｂｌｏｃｋｉｎｇ　ｏｆ　ｉｎ　ａ　ｃｏｍｐａｎｙ，ｃａｕｓｉｎｇ　ｓｔｅａｍ　ｆｌｏｗ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｖｅｒｈｅａｔｅｒ　ｐｉｐｅ，ｐｉｐｅ　ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｌｅａｋａｇｅ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｏｖｅｒｈｅａｔｉｎｇ　ｉｎ　ｓｈｏｒｔ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｕｎｐｌａｎｎｅｄ　ｓｔｏｐｐｉｎｇ　ｏｆ　ｕｎｉｔｓ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｈａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ａｂｏｖｅ，ａｄｏｐｔｅｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ａｎｄ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｇｒｏｗｔｈ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｘｉｄｅ　ｐｅｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗａｙ　ｔｏ　ｃｈａｎｇｅ　ｔｈｅ　ｏｘｉｄｅ　ｐｅｅｌｉｎｇ　ｏｆｆ　ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ　ｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｔａｂｌｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｎｉｔ　ｉｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｏｘｉｄｅ　ｓｋｉｎ　ｐｅｅｌｉｎｇ　ｏｆｆ；ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　０引言　随着超（超）临界发电技术的发展，特别是温度　参数的显著提高，高温受热面易发生蒸汽侧氧化。氧　化层的绝热作用引起金属超温，剥落的氧化物颗粒　对汽轮机前两级叶片和喷嘴等的冲蚀，以及汽门卡　１　锅炉泄漏事件　某公司２号机组锅炉是一次中间再热、平衡通　风、固态排渣、全钢构架。低温过热器布置在后竖井　烟道内，分为水平段和垂直出口段。整个低温过热器　为顺列布置，蒸汽与烟气逆流换热。低温过热器蛇　形弯３根管由外向内弯曲半径依次为ｌｌ８．５　ｍｌｎ、　１６１．５　ＩＢｍ、８６　ｍｉｌ１．管子与集箱之间无节流孑Ｌ。低过材　质为１２　ＣｒｌＭｏＶ，规格分别为￣ｏ５７ｘ９（下管组蛇形　涩等。其中剥离的氧化皮阻塞汽流造成锅炉过热器、　再热器管超温爆管．已成为全球范围内锅炉炉管失　效的第二位主要起因。如何减缓机组氧化皮剥落速　度，提高机组的安全性和经济性．成为目前亟待研究　解决的问题。某电厂虽然针对氧化皮问题已采取了　管）、ｑ￣５７ｘ１２、ｑ￣５７ｘ１０（上管组蛇形管）、‘ｐ５０．８ｘｌ１（垂　直段蛇形管）。　２０１７年３月１４日．２号机组１　０００　ＭＷ超超临　措施，但２０１７年还是二次因氧化皮剥落导致停机。　本文就事故的原因进行研究探讨，以期得到防治氧　界直流锅炉点火。在机组负荷升到５ｌ８　ＭＷ时，运行　化皮剥落的有效对策。　收稿日期：２０１８—０４—０８　人员发现低温过热器第５２、８４、８７、９４屏管壁温度达　到报警值，停止增带负荷，经运行调整无效，报调度　作者简介：丁翠兰（１９６７），女，工程硕士，正高级工程师。研究　方向：热力设备及热力系统分析。　批准后，机组停运。　２０１７年１２月２３日，２号机组负荷１　００５　ＭＷ，　国网技术学院学报　垦第４期　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｔａｔｅ　Ｇｒｉｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　５ｌ　过热器管发生泄漏，造成停炉。　４氧化皮剥落的原因　查阅机组启动数据发现，机组启动时。储水罐水　位部分时段水位超过ＭＦＩ＂保护值（２１．５　ｍ），使低过　受热面进水，部分烟温较高管段温度急速变化，氧化　皮剥落【ｌ　、堆积。　查阅机组溶氧历史曲线发现．手动加氧调节品　５炉泄漏的原因　￡续发生锅炉低温过热器泄漏，引起公司足够　成立了技术攻关小组，开展了现场检查、光谱　氧化皮检测、低过垂直段管排出口蠕胀测量、　：口烟温分析、查看加氧情况、近期锅炉启停、历　参情况等，综合各项检查、检验结果，技术专家　两次事故的主要原因均是氧化皮剥落．堆积堵　＿ｌ，使低温过热器管子内蒸汽流量降低．短时过　；：、泄漏，造成机组非停事件，如图ｌ、２所示。因　析氧化皮剥落的原因是制定控制措施，避免事　发生的关键。　质差，溶氧控制不合理，部分时间段蒸汽的含氧量过　高，如某次小修后启动２０多天的时间段内．主蒸汽　溶氧偏高，约为１２～１３　ｐｐｂ，且发现氢电导、比电导瞬　时波动，存在加氧控制不精细的问题，如图３。合理　的蒸汽溶氧值应在７～８　ｐｐｂ，最高不能超过１０　ｐｐｂ，　蒸汽溶氧值高会对氧化皮生长环境造成破坏。　图３机组溶氧历史曲线　管后氧化皮堆积情况　图２原始爆口　【化皮生成的原因　炉低温过热器壁温设计值５２８℃，壁温限值　５７３　ｃｃ。根据经验，测量值较炉内实际值偏　查阅２０１６年１月以后的低过壁温曲线，发现存　在多次壁温５５０℃的现象，见表２。蒸汽参数越高，风　险越大　，氧化皮越容易剥落…。分析在该状态下，炉　内管实际运行壁温已超过该材质抗氧化温度。　５０　ｃＩ＝，若壁温达到报警值，实际值将超过　ＭｏＶ的抗氧化温度（５８０℃）。因此，低过的壁　通过与同类型机组设计及运行参数对比，该公　司２号锅炉低过材料抗氧化性能设计余量过低。存　在设计缺陷。　实际运行中，各受热面烟气温度均接近于设计　值设置不合理，导致低过管运行的实际壁温　ｔ段超出其抗氧化温度，加速了氧化皮的生成。　ＲＬ工况下各受热面烟气温度与设计值对比，　￡热器底部烟温超出设计值１００　ｃｃ左右，低温　晕、低温过热器、省煤器烟温接近设计值高限，　面均处于较高的烟温环境中，加速了氧化皮的　高过、高再受热面在历次检修中均出现了氧化皮　堆积现象。历次氧化皮堆积超标数量见表１。　值上限，需进一步优化运行方式。　汽水品质控制需加强，加氧方式需要进一步调　研和优化。　５氧化皮剥落的防治措施　根据氧化皮发生剥落的原因，该公司防止氧化　皮大面积剥落的措施主要从以下２个方面考虑：抑　表１　过热器氧化皮堆积量超标情况　制管壁金属温度水平以降低氧化皮的生长速度：通　过运行调整改变氧化皮的剥落方式，使氧化皮在运　行过程中就以碎屑状陆续剥落并随蒸汽流带出，避　５２　超超临界直流锅炉过热器氧化皮剥落控制措施研究　Ｖｏ１．２１　Ｎｏ．４　免发生大面积剥落等方面考虑。具体的防治对策如下：　１）垂直管段材料升级。对于局部金属运行温度　运行操作措施，改善受热面管的温度场分布．加强吹　灰，降低漏风率，降低火焰中心，控制各受热面入口　烟温不超过设计值等，有效降低受热面管子的壁温　偏差和汽温偏差，严防局部超温，有效降低温度偏高　部位管内壁氧化皮的生长速率。　７）借鉴国内先进经验，进一步优化加氧方式。控　较高且难以通过运行调整降到合理温度范围或设计　温度较高的受热面垂直管段，由原来的１２　ＣｒｌＭｏＶＧ　升级为抗蒸汽氧化性能更好的Ｔ９１材料。　２）割管检测清理。机组检修期间，制定详细的检　查计划，对低过垂直段下弯头全部进行氧化皮堆积　检查，对检查发现堆积量超过１／４的管段，割管清除　干净氧化皮。定期对低过、屏过、高过进行化学清洗，　清除氧化皮层。　制蒸汽溶氧值在７—８　ｐｐｂ，最高不能超过１０　ｐｐｂ。　８）通过改变减温水投入方式、减温水使用量或　机组负荷调峰等手段，适当增大蒸汽温度波动的幅　度和速度．使较厚的氧化皮在运行中遇到热应力波　动时能够陆续发生剥落并及时被蒸汽带走，有效消　除停炉时发生大面积剥落的事故隐患。　３）对低过垂直段进行局部隔热喷涂，降低低过　垂直段吸热量，避免管壁超温。　４）合理设置低过壁温限值，最高壁温限值暂设　定为５５０℃。　９）启炉时利用旁路进行蒸汽吹扫，可有效清除　大部分管内的氧化皮剥落物。　５）加装壁温测点，加强壁温监视。低过第一管全　部加装壁温测点，高温区全部管段加装测温测点。　６）通过改变煤水比例，调整锅炉燃烧工况，细化　１０）氧化皮剥落主要发生在启停过程中，在启动　锅炉结束后应在一段时间内尽量维持机组大负荷运　行，尽快带走受热面内残存的氧化（下转第５９页）　国网技术学院学报　第２１卷第４期　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｔａｔｅ　Ｇｒｉｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　５９　分析。　２．４　自动投入改善燃烧　３结束语　锅炉受热面的高温腐蚀，与燃料的质量及运行　管理、炉膛温度、氧量有关。实践证明，炉膛温度控制　在８７０　ｏＣ以下，烟气含氧量３％以上，合理调整一、二　次风量，加强人炉燃料掺配，是完全可以有效控制或　锅炉燃烧与炉排振动、炉膛负压应能够自动控　制，合理投入，可有效避免人为干预，保证锅炉燃烧　工况的稳定。具体投入的连锁逻辑：一是炉膛负压与　引风机连锁，控制炉膛负压一５Ｏ　Ｐａ；二是炉排振动连　锁调整，振动前５—１０　ｓ开启二次风总风。关小一次风　炉排风总门，振动后５～１０　ｓ恢复原开度。根据燃烧工　减缓锅炉受热面的高温腐蚀。同时，锅炉受热面腐蚀　往往是一个综合性问题，我们在针对生物质锅炉受　况与炉排振动的平衡状态及时进行风门开度和振动　时间的合理调节。　２．５熔敷　热面腐蚀进行治理时，还应全面系统地进行分析．采　用综合措施进行治理。　目前防止锅炉高温腐蚀的熔敷一般采用熔点　为１　２９０～１　３５０　ｏＣ的Ｉｎｃｏｎｅ１６２５焊丝进行。此合金具　有以下特性：对氧化和还原环境的各种腐蚀介质都　参考文献　［１］　孙风平．生物质锅炉燃烧技术及案例［Ｍ］．北京：中国电力出版　社．２０１４．　具有非常出色的抗腐蚀能力；优秀的抗点腐蚀和缝　隙腐蚀的能力。并且不会产生由于氯化物引起的应　［２］　郭鲁阳．１　０２５　ｔ／ｈ锅炉水冷壁高温腐蚀分析及预防［Ｊ］．华东电　力，２００４．３２（４）：４６—４８．　［３］　周新刚，苗长信．电站锅炉高温腐蚀产生的原因及防范措施［Ｊ］．　华电技术．２０１０（１）：４９—５３．　力腐蚀开裂；优秀的耐无机酸腐蚀能力，如硝酸、磷　酸、硫酸、盐酸以及硫酸和盐酸的混合酸等；优秀的　耐各种无机酸混合溶液腐蚀的能力。目前就部分生　物质锅炉熔敷情况看，此合金效果较好，但在施工过　程中要特别注意熔敷应力、深度、精度以及熔敷前的　管排除锈。　［４］　冯树林．锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及对策［Ｊ］．中国电力教　育，２００８（Ｓ３）：６６８—６６９．　［５］　陈国胜，张聪慧．柳林电厂４１０　ｔ／ｈ锅炉水冷壁腐蚀原因分析及　预防［Ｊ］．山西电力，２００５（６）：２５—２６．　［６　３　Ｈ．Ｐ．ＮｉｅＩ　ｓｅｎ，Ｌ．Ｌ．Ｂａｘｔｅｒ．燃生物质锅炉运行中氯伴生的腐蚀本　质［Ｊ］．杨宜科。译．江苏锅炉，２０１４（４）：４０－－４９．　（上接第５２页）皮。大修停机时应尽快冷却，使氧化　皮能够迅速剥落以便及时清理。　１１）调研收资同类型锅炉运行情况，联系锅炉厂　进一步核实设计情况，确定可行的彻底解决方案。　界机组运行、维护和检修的水平。　参考文献　［１］　陈嫒，王旭．超（超）临界锅炉氧化皮剥落的原因分析及防治措　施［Ｊ］．华电技术，２０１３，３５（１）：ｌ一３，６—７．　６结束语　采取上述措施后。机组连续安全经济运行的可　靠性得到了有效提高。超超临界机组运行过程中氧　化皮的产生与剥落是不可避免的。检修和运行人员　［２］　杨景标，郑炯，李树学，等，锅炉高温受热面蒸汽侧氧化皮的形　成及剥落机理研究进展，锅炉技术，２０１０，４１（６）：４４—５０．　［３］　徐洪．给水加氧处理引发蒸汽通道氧化皮剥落的机理［Ｊ］．动力　工程学报，２０１１，３１（９）：６７２—６７７．　［４］　黄兴德，周新雅，游龆，等，超（超）临界锅炉高温受热面蒸汽氧　要深刻认识氧化皮问题产生的机理、特点、危害等方　面问题的实质，在操作中精心控制，成功控制氧化皮　的产生与剥落，确保机组长周期稳定运行，提高超临　化皮的生长与剥落特性［Ｊ］．动力工程学报，２００９，２９（６）：６０２－　６０８．