摘要：本文针对超超临界锅炉运行中的氧化皮剥落问题展开讨论，在深入分析氧化皮剥落产生原因的同时，从超超临界锅炉的设计内容与运行调整手段进行分析，并提出抑制氧化皮剥落的参考意见，为相关的研究与应用实践提供参考内容。
关键词：超超临界锅炉；氧化皮剥落；爆管原因
引言：超超临界锅炉在运行过程中，其后屏过热器与末级过热器管束中的氧化皮，会因锅炉工况变化等原因而脱落，并随之引发设备参数异常、锅炉爆管等事故，对机组长周期安全稳定经济运行造成了极为严重的影响。在该项问题中，国内外的技术人员投入了大量的精力对其展开研究与试验，力求总结发生该问题的核心原因。
一、氧化皮形成原因与危害
金属材料在高温度的蒸汽环境中，会发生明显的氧化反应。在超超临界锅炉的运行过程中，炉内蒸汽温度通常会很高，此时，管束中的Fe会与水蒸汽进行反应，从而生成Fe304、Fe203和Fe0氧化物。
3Fe→Fe2++2Fe3++8e-
4H2O→4OH-+4H+
Fe2++2Fe3++4OH-→Fe3O4+4H+
4H++4H++8e-→4H2
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3Fe+4H20→Fe304+4H2
当锅炉受热管束温度在450℃-570℃之间时生成的氧化皮多由Fe304、Fe203组成，Fe203和Fe304都比较致密(尤其是Fe304) ,可以保护钢材以免其进一步氧化。当锅炉受热管束温度超过某一温度（570℃）时,氧化皮由Fe203、Fe304、FeO层组成(FeO在最内层) ,因FeO致密性差,破坏了整个氧化皮的稳定性。随着运行时间的增长，氧化皮生成愈渐增多，当锅炉工况发生变化或氧化皮积聚到一定程度时就会与主体材料相剥离，进而产生脱落现象，脱落的氧化皮一部分被蒸汽带出过、再热器，可能造成汽轮机叶片冲刷磨损或堵塞阀门、滤网等情况，另外一部分会堆积在底部弯头处，使受热管束通流面积减小，流体阻力增加，堆积到一定程度后，造成管壁超温，进而造成锅炉“爆管”。
二、处置超超临界锅炉氧化皮脱落问题的系列措施
（一）优化设计方面
超超临界锅炉的整体设计中，首先应在材料上进行优化与升级，通过耐氧化的合金应用，提升材料抗氧化水平。电厂锅炉中，通常会在受热面上使用可以形成抗腐蚀性与抗氧化性致密氧化膜的钢铁材料，并在生产中，以此项标准为基础，对其材料的质量条件进行分析与评价[1]。当前技术条件下Cr2O3作为典型适应高温环境与热力学原理的金属氧化物材料，在生产中有很强的适用性条件。当金属材料中的铬元素含量增加时，其奥氏体合金钢的抗性水平也会随之提高，并表现出优越的抗氧化性。
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同时，为了有效缓解氧化皮剥落后在弯管处沉积，在设计过程中，增加底部弯管直径及管束直径，进而增加通流面积，使氧化皮不易堆积。另外，在设计中，要认识到机组载荷或其他不稳定因素对锅炉受热管束造成的影响，并通过设计上的优化，对末级过热器、末级再热器温度、管壁温度进行干预，以此实现设计的整体升级。
（二）优化运行调整方面
合理正确的运行调整，是控制氧化皮剥落的核心手段。必须加强汽温、壁温控制调整，控制温升、温降速率，防止参数超限或大幅、频繁波动，造成氧化皮大量剥落。
在锅炉参数调整上，需加强操作人员的技术水平，尽可能减少机组启停操作的次数，降低受热面受冲击程度。启、停机过程中，尽量避免投用减温水，要避免紧急停炉和强迫快速冷却，停炉后锅炉不允许直接进行强制通风，应尽量增加锅炉保温时间。
机组冷态启动时，应提高给水温度、控制上水速率，点火前进行锅炉冷态冲洗，严格控制水质，做到冷态冲洗不合格不点火，热态冲洗不合格不冲转。
除此应合理进行燃烧工况调整，避免局部区域热负荷过高，造成该区域氧化皮脱落严重。
（三）预防管理方面
目前国内超超临界机组在控制氧化皮生成方面比较主流的做法是加氧处理，通过对给水加氧，使水冷壁、省煤器中形成致密氧化膜，从而减少此管段氧化皮生成、剥落，进而抑制锅炉氧化皮生成量。
锅炉停炉后应做好防腐保养工作，多采用烟气余热烘干法将管束余水放尽、蒸干，防止弯头底部积水、氧化；除此还采用加保护液的方法进行停炉保养。
大小修期间应对各受热管束弯头处氧化皮堆积情况进行检测，发现氧化皮堆积严重的情况进行割管清理，尽可能减少机组启停及正常运行过程中氧化皮对机组长周期安全稳定运行的影响。
机组启动过程中应进行充分的启动吹管操作，通过开关旁路，对系统压力进行反复扰动，以达到带走积聚在弯管底部氧化皮的目的。启动吹管过程应做好相应的安全措施，防止发生水击现象。
新建机组及大修机组应严格做好化学清洗及吹管工作，通过酸、碱洗，清除受热管束中的氧化物，同时配合吹管操作将管束中的氧化物、杂质吹出，避免杂物堆积造成一些列影响机组安全稳定运行的异常事故。
总结：铁元素在高温环境中，势必会发生自发性的氧化反应，这属于自然化学现象，是无法回避的。作为影响金属材质质量的重要因素，必须在设备运行及生产的过程中得到控制，通过优化设计、运行调整、预防管理这一系列的管理措施与技术手段，完成对超超临界锅炉氧化皮问题的控制，以此达到提升技术水平、优化生产方式的目的。
参考文献：
[1]丁翠兰、张伟《超超临界直流锅炉过热器氧化皮剥落控制措施研究》 [J].国网技术学院学报,2018,21(04)；
[2]程玉贵等《锅炉过热器氧化膜脱落原因分析及对策》全国火电大机组竞赛第十二届年会论文集；
[3]周子越、王凯《氧化皮脱落导致的保管分析与预防措施》。
论文作者:吴崛起
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/26
标签：锅炉论文; 机组论文; 超临界论文; 吹管论文; 温度论文; 致密论文; 过程中论文; 《电力设备》2018年第29期论文;