鍋爐受熱面氧化皮產(chǎn)生原因及預(yù)防措施

鍋爐受熱面氧化皮產(chǎn)生原因及預(yù)防措施【摘要】隨著鍋爐運(yùn)行時(shí)間的增加，鍋爐受熱面的氧化皮容易剝落，堵塞管道，導(dǎo)致管道超溫爆管。因此，本文著重分析了氧化皮產(chǎn)生和剝落的原因，并制定了防止氧化皮剝落的措施。結(jié)果表明，受熱面氧化皮厚度基本穩(wěn)定，無(wú)氧化皮剝落引起的爆炸事故。【關(guān)鍵詞】鍋爐；氧化皮；剝落；原因；爆管；預(yù)防0.引言隨著鍋爐使用時(shí)間的增加，氧化皮往往容易產(chǎn)生氧化皮，由于氧化皮與鋼管基材膨脹系數(shù)差異較大，在停爐冷卻過(guò)程中，氧化皮因受力脫落，堆積堵塞受熱面管，如檢查清洗不徹底，會(huì)導(dǎo)致鍋爐在超溫爆管后重新啟動(dòng)。為了防止爆管事故的發(fā)生，必須減少和避免氧化物剝落和積累。雖然對(duì)氧化皮問(wèn)題采取了不同的處理方法，但對(duì)氧化皮產(chǎn)生的原因、規(guī)律及預(yù)防措施尚無(wú)系統(tǒng)的研究。因此，本文對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了探討。本廠三期工程為2X600MW機(jī)組，配套的鍋爐型號(hào)為DG1900/25.4—II2，本600MW超臨界鍋爐由東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司與東方-日立鍋爐有限公司合作設(shè)計(jì)、聯(lián)合制造。本鍋爐是超臨界參數(shù)變壓直流本生型鍋爐，一次再熱、前后墻對(duì)沖燃燒單爐膛、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)、采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)n型鍋爐。鍋爐給水自給水管路出來(lái)的水由爐前右側(cè)進(jìn)入位于尾部豎井后煙道下部的省煤器入口集箱，水流經(jīng)省煤器受熱面吸熱后，由省煤器出口集箱右端引出經(jīng)下水連接管進(jìn)入螺旋水冷壁入口集箱，經(jīng)螺旋水冷壁管、螺旋水冷壁出口集箱、混合集箱、垂直水冷壁入口集箱、垂直水冷壁管、垂直水冷壁出口集箱后進(jìn)入水冷壁出口混合集箱匯集后，經(jīng)引入管引入汽水分離器進(jìn)行汽水分離，循環(huán)運(yùn)行時(shí)從分離器分離出來(lái)的水進(jìn)入儲(chǔ)水罐后排往冷凝器，蒸汽則依次經(jīng)頂棚管、后豎井/水平煙道包墻、低溫過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器。進(jìn)入直流運(yùn)行時(shí)全部工質(zhì)均通過(guò)汽水分離器

進(jìn)入頂棚管，汽機(jī)高壓缸排汽進(jìn)入位于后豎井前煙道的低溫再熱器和水平煙道內(nèi)的高溫再熱器后，從再熱器出口集箱引出至汽機(jī)中壓缸。鍋爐的主要參數(shù)：名稱單位B-MCRT-MCRBRL過(guò)熱烝汽流量t/h1901805.51805.5過(guò)熱器出口蒸汽壓力Mpa25.25.225.2過(guò)熱器出口蒸汽溫度°C571571571再熱蒸汽流量t/h1610.51534.21526.6再熱器進(jìn)口蒸汽壓力Mpa4.64.374.37再熱器出口蒸汽壓力Mpa4.44.194.19再熱器進(jìn)口蒸汽溫度C321315315氧化皮形成和脫落原因分析氧化皮是鋼鐵在高溫下發(fā)生氧化作用而形成的腐蝕產(chǎn)物，由氧化亞鐵、四氧化三鐵、三氧化二鐵組成。從內(nèi)向外為:氧化亞鐵、四氧化三鐵、三氧化二鐵。其中氧化亞鐵結(jié)構(gòu)疏松，保護(hù)作用較弱，而四氧化三鐵、三氧化二鐵結(jié)構(gòu)致密，有較好的保護(hù)性。氧化皮質(zhì)脆，沒有延伸性，在機(jī)械作用下和熱虹作用下，彳艮容易產(chǎn)生龜裂而脫離。氧化鐵和氧化亞鐵在水作用下生成氫氧化鐵，使得氧化皮膨脹而龜裂，甚至脫落。在原有的氧化皮上，總是存在著深達(dá)基體的裂紋，當(dāng)電解質(zhì)涌進(jìn)裂紋后，鐵和氧化皮構(gòu)成原電池。氧化皮是陰極，鐵作為陽(yáng)極而加速腐蝕，因此氧化皮的面積越大，鋼鐵基體的腐蝕速度越快，腐蝕越嚴(yán)重。運(yùn)行中，受熱面鋼材內(nèi)表面氧化皮的生成是金屬在高溫水汽中發(fā)生氧化的結(jié)果。在570°C以下，生成的氧化膜是由Fe2O3和Fe3O4組成，F(xiàn)e2O3和Fe3O4都比較致密（尤其Fe3O4），因而可以保護(hù)鋼材以免其進(jìn)一步氧化。當(dāng)超過(guò)570C時(shí)，氧化膜由Fe2O3、Fe3O4、FeO共3層組成（FeO在最內(nèi)層），主要是由FeO組成，因FeO致密性差，破壞了整個(gè)氧化膜的穩(wěn)定性。氧化膜剝落的兩個(gè)必須同時(shí)具備的基礎(chǔ)條件如下：1、厚度值是否達(dá)到臨界值（隨管材、溫降幅度和速度等的不同而不同）；2、母材基體與氧化膜或氧化膜之間的應(yīng)力（恒溫生長(zhǎng)應(yīng)力或溫降引起的熱應(yīng)力）是否達(dá)到臨界值（與管材、氧化膜的特性、溫降幅度和速度等有關(guān)）。這兩個(gè)條件相互之間存在一定的影響，氧化層剝落的容許應(yīng)力隨氧化層厚度的增加而減小。氧化皮剝落的危害氧化皮堵塞管道，由于通流面積變小，蒸汽流量變小引起相應(yīng)的受熱面管璧金屬超溫，最終導(dǎo)致機(jī)組強(qiáng)迫停機(jī)。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。檢修周期縮短，維護(hù)費(fèi)用上升。為了減緩氧化皮剝落，采用降參數(shù)運(yùn)行，犧牲了機(jī)組的效率。上述各種情況導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性均大幅度降低。氧化皮生成預(yù)防3.1氧化皮預(yù)防措施3.1.1啟動(dòng)階段啟動(dòng)階段應(yīng)注意：在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，全程監(jiān)視各壁溫測(cè)點(diǎn)的變化，隨時(shí)做出曲線進(jìn)行比較，當(dāng)相鄰屏間管壁或同屏各管壁溫差達(dá)20°C，則適當(dāng)降低熱負(fù)荷以降低管子壁溫機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，蒸汽升溫、升壓應(yīng)同步進(jìn)行。鍋爐升壓率控制在0.03-0.05Mpa/min(冷態(tài))，升壓過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)煤量及汽輪機(jī)旁路共同調(diào)整，防止大幅度調(diào)整煤量或者旁路開度。啟動(dòng)階段嚴(yán)格控制減溫水的投入。盡量通過(guò)燃燒控制啟動(dòng)溫度和壓力，不投入減溫水；確實(shí)需要投入減溫水時(shí)要控制減溫水分級(jí)小量投入，保障減溫器前、后溫差在30k以下，防止溫度劇減造成氧化皮脫落。3.1.2正常運(yùn)行階段正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)注意：保持屏式過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器和高溫再熱器沿程汽溫恒定，避免汽溫大幅波動(dòng)使氧化皮脫落。鍋爐運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)汽溫和受熱面管壁溫度監(jiān)視和控制，嚴(yán)禁超限運(yùn)行;如各級(jí)受熱面汽溫及壁溫超限，應(yīng)首先通過(guò)燃燒調(diào)整進(jìn)行控制，其次采取降低汽溫，最后采取降低降低機(jī)組負(fù)荷。爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差控制在50°C以內(nèi)。運(yùn)行中加強(qiáng)壁溫監(jiān)視。主汽溫盡量通過(guò)煤水比調(diào)整，控制減溫水量恒定，分級(jí)小量投入，保障減溫器前、后溫差在50k以下，防止溫度劇減造成氧化皮脫落。再熱汽溫采用煙氣再循環(huán)和火焰中心控制，盡量避免投入減溫水或減溫水量大幅波動(dòng)。加強(qiáng)受熱面的熱偏差監(jiān)視和調(diào)整，進(jìn)行超溫及氧化皮變化情況實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、記錄，有效進(jìn)行鍋爐壽命管理，實(shí)現(xiàn)“狀態(tài)檢修”。采用鍋爐給水加氧控制技術(shù)，促使鍋爐受熱面氧化皮沉積速率顯著降低。3.1.3停爐階段停爐時(shí)應(yīng)注意：減負(fù)荷速率一般應(yīng)控制在每分鐘1.5%BMCR以內(nèi)，主、再熱汽溫下降速率應(yīng)控制在1?1.5C/min左右，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(fù)荷速率過(guò)快引起汽溫突變導(dǎo)致氧化皮集中脫落。停爐過(guò)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)。機(jī)組停運(yùn)過(guò)程中，專人調(diào)整汽溫，并將相應(yīng)汽溫、壁溫作成曲線作為參考；調(diào)節(jié)減溫水時(shí)，應(yīng)注意監(jiān)視減溫器出口溫度和各段受熱面的汽溫變化，保持減溫器出口溫度有10C以上的過(guò)熱度，控制減溫水的使用，防止大幅度開關(guān)。停爐后，定期監(jiān)測(cè)鍋爐管內(nèi)壁氧化層厚度。結(jié)語(yǔ)本文通過(guò)對(duì)氧化皮產(chǎn)生和剝落原因的分析，采取一系列預(yù)防措施后，發(fā)熱面氧化皮厚度基本穩(wěn)定，增加幅度小，無(wú)過(guò)氧化