关于超临界直流锅炉氧化皮脱落原因及预防措施分析

关于超临界直流锅炉氧化皮脱落原因及预防措施分析

石才由

石才由

（神华国华广投（柳州）发电有限责任公司广西鹿寨545600）

摘要：因超临界直流设备在运作时常常会由于受到高温而造成氧化皮脱落，从而极大影响到锅炉的运作效率及质量。由此，文章基于超临界直流锅炉的内涵和特征进行了简要介绍，在分析锅炉氧化皮出现的机理和脱落原因的前提下，对防范超临界直流设备氧化皮脱落的方法进行了详细阐述。

关键词：超临界；直流锅炉；氧化皮；脱落原因；防范方法

伴随超临界发电科技的不断进步，大量超临界直流锅炉被用于发电系统内，但是，因为锅炉在实际运作中的温度很高、压力很大等特点，导致锅炉受热面极易出现较强的氧化作用而引起氧化皮脱落，从而造成锅炉管路堵塞、局部温度太高甚至爆管等情况，严重阻碍锅炉的稳定运作。

1、超临界直流锅炉含义

锅炉中工质压力大于临界点时的锅炉就是超临界直流锅炉。通常情况下，锅炉中工质都是水，22.116MPa、374.16℃为水的临界压力与临界温度，处于这种状态下的水与蒸汽其转变成汽化的潜热是零，锅炉中工质压力低于22.116MPa的就是亚临界锅炉，锅炉中工质压力超过26MPa就是超临界直流设备。

2、超临界直流设备产生氧化层的重要机理

超临界直流设备运作时，锅炉中的温度高达550-570℃，这个温度刚好处于水蒸气氧化性能较强的区间以内，处在这一温度范围内的水蒸气针对金属设备的受热面氧化性能高出大气氧化性能几十倍，所以极易在超临界直流设备的内壁上出现氧化作用，进而出现氧化层。

此外，超临界直流锅炉中，高温水蒸气与内壁金属材料受到高温影响会出现较大的氧化作用，其内壁金属材料出现氧化物的相关化学反应过程是：首先出现3Fe3+4H2O=Fe3O4+4H2反应，且在超临界直流设备中高温水蒸气与金属铁之中，还会出现Fe+2H2O=FeO2+2H2、O2+2H2=2H2O以及Fe（Fe2+）+O2（O2-）=FeO三类化学作用的平衡，导致超临界直流设备内壁的金属铁持续被氧化成氧化Fe变为氧化成。

当超临界直流设备的内高温再热器与高温过热器管中流通高温蒸汽时，Fe将会与高温水蒸气出现化学反应，刚开始生成F3O4，并出现一层氧化膜，而且这层氧化膜具有较强的韧性与致密性，生成这层膜以后，锅炉内壁氧化Fe的反应速度会减小。伴随氧化反应周期的延长，这层氧化将会变为由多层Fe3O4、Fe2O3与FeO构成，但当水蒸气温度低于566℃时，氧化膜多是Fe3O4与Fe2O3；但水蒸气温度大于566℃时，氧化膜多是FeO。

3、超临界直流设备氧化脱皮的主因

3.1材料性能差别

当前，很多超临界直流设备的炉管均采用合金材料，合金内Cr的成分大小决定着炉管材料的差异，从而决定其防氧化性与耐热性的水平不同，在选择超临界直流设备时，一般要结合实际应用条件，选取最适宜的Cr成分炉管，以防止炉管迅速被氧化。但是，若炉管的应用条件与Cr成分之间并未科学匹配，将会造成锅炉设备运作时出现迅速氧化的情况，从而加快氧化层的出现，造成出现的氧化层迅速掉落。

3.2管壁温度太高

大多数超临界直流设备的内壁已出现了一层较厚的氧化层，但依旧在应用，如此会造成氧化层较厚部位的炉壁真正厚度增大，从而造成炉管局域温度上升，还会加快氧化作用，进一步加大氧化层厚度，这种不良循环会导致氧化层厚度满足标准后出现大范围脱落现象。

3.3锅炉启、停问题

超临界直流锅炉稳定开启与停止时会要很多热负荷，以产生水循环流量满足机组启、停需要的流量，但在启停时受到高热负荷干扰，超锅炉管将产生短暂的干烧现象，这种情况下的氧化层容易脱落。通常情况下，机组启停时均会采用一些降温措施，维持机组管壁的温度正常，但是这样会出现很多热应力，热应力也会加快氧化作用，从而加快氧化皮掉落。结合当下的技术探究发现，机组氧化皮掉落，大多数原因是由于热应力影响产生的。此外，如果机组停止运转，锅炉中的温度快速下降，会导致锅炉中的负荷量急剧下降，这会与锅炉设备在运转时的热负荷量出现明显落差，也能产生热应力，从而造成超临界直流机组管壁的氧化作用加快及脱落加快。

4、超临界直流设备氧化皮现象的防控措施

4.1管控锅炉开启过程

直流锅炉内部的启动分离器很小，当锅炉启动运行时，会令锅炉受热面迅速受热而造成温度出现反复变化，基于形成氧化皮并迅速脱落，因为严格控制锅炉启动环节，是防范氧化皮形成的有效途径之一。首先，在直流机组启动环节会频繁出现干、湿状态的变换，造成各种参数的反复变化，为此要针对这个现象严格控制各种参数，确保其稳定性，降低因参数频繁改变引起的机组管壁温度反复变化。其次，当机组启动时，启动器的负荷太大或是太小，均会令关闭温度快速升高或是下降，极易造成氧化层脱落，因此要控制好机组启动时的水温，保证其处于稳定状态下。最后，启动锅炉以前，能借助汽轮机清除炉体外表残存的氧化皮，防止氧化皮掉入汽轮机中阻碍其稳定运行。

4.2锅炉运转环节的防控

1）调节发动机的运转负荷，将机组燃烧的温度管控重点聚集在主炉与设备受热面的温度管理上，尽可能将主炉与每个受热面的温度保持在恒定条件下，防止温度迅速频繁变化造成锅炉内壁氧化层迅速形成。

2）清理炉膛中的残存热量与积灰，值得注意的是，防止吹灰时因水蒸气的潮湿影响加快氧化层形成，尽可能保持水温不小于300℃。

3）对于锅炉运行的煤、水比例应严格控制，防止煤、水比例失衡而造成过热器短期内温度迅速上升或是下降。而且，在水温管控上也应维持平稳，防止反复的启动造成水温太高，促使管壁温度急剧上升，加快氧化层的形成与脱落。通常情况下，最好不启动最顶层磨煤机，必须要启用的要求下，需采用科学的配煤与配风方法，并控制好燃煤火焰，防止在火焰中心部位温度很高的区域迅速形成氧化层。在炉膛负荷管理上，需在确保能得到充分燃烧的基础上，尽可能减小膛内温度，并维持恒定，防止负压太高增多炉膛燃烧余热。

4.3锅炉停止环节的防控

首先，在锅炉停止时的降负荷速率要均衡，并根据从上到下的工序慢慢降低给煤量，令锅炉在均匀的负荷下降环节停止运行，防止急速停止而令机组受热面局域温度出现大幅降低，如此会导致氧化层迅速形成与脱落。其次，但锅炉运转负荷达到预期标准时，能够使锅炉一直保持一段干状态运转模式，此时的控制要点是给水流量的管控，防止给水流量太大出现大量蒸汽造成分离设备出口温度较高，形成氧化层。值得注意的是，在机组降负荷运转时，还要严格控制风量以及温度蒸汽等，若风量太大就要及时采取手动模式调节，确保煤、水比例规范。

5、结束语

超临界直流设备在运行环节多处在550-570℃高温状态下，再加上超临界直流设备启停造成的反复热负荷变化而出现的热应力，机组炉管中会出现氧化作用，这样出现的氧化皮也会掉落，对机组的安全、稳定运转有较大影响，所以需要从锅炉的启停、运行以及停止等环节加大防控力度，严格控制超临界直流设备的炉管内壁出现氧化皮脱落现象，由此提高超临界直流设备运转的安全性与平稳性。

参考文献：

[1]蔡小纬.超临界直流锅炉氧化皮脱落原因及预防策略探讨[J].中国高新技术企业，2016（32）：58-59.

[2]高欢，李峰.超临界直流锅炉氧化皮脱落原因及预防措施分析[J].科技创新与应用，2015（27）：116.

[3]李峰，高欢.关于超临界直流锅炉氧化皮生成控制的探讨[J].黑龙江科技信息，2015（25）：54.