直流爐氧化皮控制措施

白晶 李欣

【摘要】介紹了直流爐氧化皮的危害及田集電廠鍋爐因?yàn)檠趸っ撀湟鸨艿那闆r。分析了直流爐在制造加工階段和投運(yùn)后氧化皮生成及脫落的具體原因。通過(guò)田集電廠的多次操作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了一套運(yùn)行人員在正常運(yùn)行中控制氧化皮生成與脫落的主要措施。

【關(guān)鍵詞】氧化皮 壁溫 超溫 堵塞 爆管

1直流爐氧化皮的危害

超臨界直流鍋爐，受熱面超溫將引起金屬組織老化，產(chǎn)生蠕變爆管，受熱面高溫氧化腐蝕將導(dǎo)致管壁減薄或堵塞而爆管。田集電廠就因?yàn)檠趸っ撀涞脑?，連續(xù)爆管，在安全經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)方面，受到很大的影響。其具體危害有：氧化皮堵塞管道，引起相應(yīng)的受熱面管璧金屬超溫爆管；長(zhǎng)期的氧化皮脫落，使管壁變薄，強(qiáng)度變差，直至爆管；鍋爐過(guò)熱器、再熱器、主蒸汽管道及再熱蒸汽管道內(nèi)剝落下來(lái)的氧化皮，是堅(jiān)硬的固體顆粒，嚴(yán)重?fù)p傷汽輪機(jī)通流部分高/中壓級(jí)的噴嘴、動(dòng)葉片及主汽閥、旁路閥等，導(dǎo)致汽輪機(jī)通流部分效率降低，損傷嚴(yán)重時(shí)甚至必須更換葉片。

2直流爐氧化皮形成及脫落原因

過(guò)熱蒸汽管道內(nèi)氧化膜的形成原因分為制造加工和運(yùn)行后兩個(gè)階段。

2.1制造加工階段氧化膜的形成

過(guò)熱蒸汽管道制造加工過(guò)程中氧化膜的形成是在570℃以上的高溫制造條件下，由空氣中的氧和金屬結(jié)合形成的。該氧化膜分三層，由鋼表面起向外依次為FeO﹑Fe3O4﹑Fe2O3，見(jiàn)圖1所示。試驗(yàn)表明：與金屬基體相連的FeO層結(jié)構(gòu)疏松，晶格缺陷多，當(dāng)溫度低于570℃時(shí)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，容易脫落，或在半脫落層部位發(fā)生腐蝕。

因此，在新鍋爐投產(chǎn)前，一定要對(duì)鍋爐進(jìn)行酸洗，全部去除制造加工時(shí)形成的易脫落氧化層，然后重新鈍化，以利于在機(jī)組運(yùn)行時(shí)形成良好的氧化層。

2.2直流爐投運(yùn)后氧化皮的形成

在450℃以上，水蒸汽與純鐵發(fā)生氧化反應(yīng)，生成的氧化膜由Fe2O3和Fe3O4組成，F(xiàn)e2O3和Fe3O4都比較致密，可以保護(hù)或減緩鋼材的進(jìn)一步氧化，見(jiàn)圖2所示。

在570℃以上，水蒸汽與純鐵發(fā)生氧化反應(yīng)，生成的氧化膜由Fe2O3、Fe3O4、FeO三層組成，F(xiàn)eO在最內(nèi)層，F(xiàn)eO是不致密的，破壞了整個(gè)氧化膜的穩(wěn)定性，氧化膜易于脫落，見(jiàn)圖1所示。

因此，過(guò)熱蒸汽管道內(nèi)壁在運(yùn)行后所形成的氧化膜可分為兩種情況：

2.2.1投運(yùn)之前酸洗和吹管過(guò)關(guān)

如果在鍋爐投運(yùn)之前，通過(guò)嚴(yán)格的酸洗和吹管兩個(gè)環(huán)節(jié)，將金屬管道內(nèi)壁易脫落氧化層徹底清除干凈，吹掃過(guò)程中或整機(jī)調(diào)試的初期，當(dāng)鍋爐運(yùn)行在亞臨界低參數(shù)工況下（此時(shí)溫度不會(huì)超過(guò)570℃），使管道內(nèi)壁形成致密的、不易脫落的氧化膜（由Fe2O3和Fe3O4組成）。當(dāng)日后機(jī)組運(yùn)行于超臨界工況下，溫度超過(guò)570℃時(shí)，這種氧化膜可以防止或減緩鋼材的進(jìn)一步氧化，同時(shí)自身也可以相對(duì)長(zhǎng)期地保留。

2.2.2投運(yùn)之前酸洗和吹管不過(guò)關(guān)

如果在鍋爐投運(yùn)之前，酸洗和吹管兩個(gè)環(huán)節(jié)不過(guò)關(guān)，未將金屬管道內(nèi)壁易脫落氧化層徹底清除干凈，則投運(yùn)后很難形成致密的﹑不易脫落的氧化膜。這種易脫落的氧化膜在機(jī)組投運(yùn)后產(chǎn)生惡性循環(huán)：脫落→氧化→再脫落→再氧化，最終形成大量的氧化皮。

3控制措施

3.1將T23管更換為T91管

下圖（圖3）為田集電廠將T23管更換為T91管前后溫差對(duì)比運(yùn)行記錄。

從運(yùn)行記錄上看，田集電廠1號(hào)鍋爐末級(jí)過(guò)熱器屏間壁溫值為明顯的雙駝峰曲線，偏差達(dá)到5O℃以上，因此從經(jīng)濟(jì)上考慮可以將處在高溫區(qū)的T23管更換為T91管。此方案相對(duì)節(jié)省投資，是最徹底的解決辦法，但更換工期較長(zhǎng)，仍需要在運(yùn)行中采取措施控制壁溫，避免超溫。

3.2加強(qiáng)受熱面的熱偏差監(jiān)視和調(diào)整，嚴(yán)格控制受熱面蒸汽和金屬溫度，防止受熱面局部長(zhǎng)期超溫運(yùn)行

鍋爐運(yùn)行中受熱面出口蒸汽溫度左右偏差不超過(guò)10℃。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)受熱面蒸汽溫度偏差大要積極查找原因并進(jìn)行處理。檢查兩側(cè)送、引風(fēng)機(jī)出力是否合適，各層二次風(fēng)擋板和燃盡風(fēng)擋板開(kāi)度是否一致，爐膛的熱工況是否均勻。

3.3盡量抑制受熱面溫度周期性波動(dòng)和溫度變化速率，減緩氧化皮剝落

機(jī)組啟動(dòng)期間加強(qiáng)疏水的回收和排放管理，防止不合格的疏水進(jìn)入主系統(tǒng)，防止前級(jí)系統(tǒng)產(chǎn)生的氧化皮進(jìn)入后級(jí)系統(tǒng)。

3.4加強(qiáng)運(yùn)行金屬溫度監(jiān)督和停爐后受熱面的檢查

完善受熱面金屬溫度測(cè)點(diǎn)并加強(qiáng)受熱面金屬溫度測(cè)點(diǎn)的維護(hù)，運(yùn)行中利用SIS加強(qiáng)受熱面金屬溫度的趨勢(shì)監(jiān)測(cè)。停爐后要對(duì)受熱面管進(jìn)行抽樣檢查和對(duì)金屬溫度高的管屏割管檢查，氧化皮沉積嚴(yán)重及時(shí)進(jìn)行清理。

4結(jié)語(yǔ)

總之，當(dāng)前運(yùn)行的超臨界鍋爐的主要問(wèn)題之一就是氧化皮脫落導(dǎo)致的超溫爆管。運(yùn)行人員運(yùn)行調(diào)整中能采取的主要控制措施通常從兩方面考慮：通過(guò)控制汽溫不超限來(lái)控制受熱面氧化皮的生成速度；通過(guò)控制溫度變化速率來(lái)控制氧化皮發(fā)生集中脫落。

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