防止氧化皮脫落

及鍋爐爆管最佳實(shí)踐

阜陽華潤電力有限公司王華江【摘要】大型超臨界火電機(jī)組鍋爐過熱器、再熱器大量采用的例如T91馬氏體合金鋼、TP347H高合金奧式體材料，在高溫下不可避免的被水蒸氣氧化。鍋爐長時(shí)間運(yùn)行氧化膜生長形成一定厚度的氧化皮，因氧化皮和鋼管基材存在較大的膨脹系數(shù)差，在機(jī)組啟動(dòng)或停爐冷卻過程中氧化皮受應(yīng)力作用脫落堵塞受熱面。氧化皮脫落所造成的超溫爆管已經(jīng)成為影響超臨界鍋爐運(yùn)行可靠性的重要因素。針對(duì)這一課題，阜陽華潤電力有限公司從嚴(yán)格控制啟停機(jī)速度、機(jī)組正常運(yùn)行方式上著手，在預(yù)防氧化皮生成和脫落工作方面取得了顯著成效，2011年至今累計(jì)機(jī)組啟停32次，未發(fā)生因氧化皮脫落引起鍋爐四管爆破事故，檢修期間割管檢查未發(fā)現(xiàn)氧化皮脫落現(xiàn)象。本文闡述運(yùn)行管理究氧化皮的防治和防止鍋爐爆管，在機(jī)組啟動(dòng)、停止過程控制、運(yùn)行方式等方面所做工作。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【概述】阜陽華潤電力有限公司鍋爐型式為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，單爐膛、一次再熱、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)Π型鍋爐。燃燒方式采用前后墻對(duì)沖燃燒。前后墻布置4層，每層各有4只LNASB燃燒器，總共32只。A層布置微油燃燒器，BCD層布置0.5噸/小時(shí)油燃燒器。在最上層煤粉燃燒器上方，前后墻各布置1層燃盡風(fēng)噴口，每層布置7只，共14只燃盡風(fēng)口。屏式過熱器及末過采用T91鐵素體鋼，再熱器采用TP347H奧氏體鋼。額定主/再熱蒸汽溫度543℃/569℃。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【氧化產(chǎn)生機(jī)理】自然條件下鐵的氧化一般都是電化學(xué)腐蝕，即空氣中的水在鐵表面形成薄水層，然后溶解二氧化碳形成電解質(zhì)溶液，由于鐵中都還有碳等雜質(zhì)，它們的電極電位和鐵不同，于是就在表層的電解質(zhì)溶液中形成原電池，空氣中的氧作為氧化劑參與了該反應(yīng)，稱為鐵的電化學(xué)吸氧腐蝕：負(fù)極（Fe）：Fe-2e=Fe2+正極（C）：2H2O+O2+4e=4OH-2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2

防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【氧化皮產(chǎn)生的機(jī)理1】水對(duì)鋼直接氧化的電化學(xué)過程在無溶解氧的水中，鐵和水反應(yīng)生成Fe3O4并放出氫的機(jī)理，早在1929年就由Schikorr研究得出結(jié)論，并得到廣泛應(yīng)用。后來在70年代，德國的科學(xué)家通過電子顯微鏡的觀察，又進(jìn)一步確定了鐵水反應(yīng)的氧化過程。金屬表面的氧化膜并非由水汽中的溶解氧和鐵反應(yīng)形成的，而是由水汽本身的氧分子氧化表面的鐵所形成的。反應(yīng)式如下：因此：鐵的高溫水蒸汽氧化是自然過程，不可避免?！狙趸ぎa(chǎn)生的機(jī)理2】在570℃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，因而可以保護(hù)鋼材避免進(jìn)一步氧化。如圖：防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【氧化皮產(chǎn)生的機(jī)理2】當(dāng)超過570℃時(shí)，氧化膜由Fe2O3、Fe3O4、FeO三層組成，F(xiàn)eO在最內(nèi)層，如圖：因鐵的氧化物中存在FeO，而FeO是不致密的，因此破壞了整個(gè)氧化膜的穩(wěn)定性。這樣氧化過程得以繼續(xù)下去。此時(shí)，金屬的抗氧化能力大大降低。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【氧化皮脫落的原因】氧化層剝離有二個(gè)主要條件：一是垢層達(dá)到一定厚度（臨界值），一般而言奧氏體不銹鋼0.10mm，鉻鉬鋼0.2～0.5mm，運(yùn)行2～5萬小時(shí)可達(dá)到；二是母材基體與氧化膜或氧化膜層間應(yīng)力是否達(dá)到臨界值（與管材、氧化膜特性、溫度變化幅度、速度、頻度等有關(guān)）?！狙趸っ撀涞倪^程】由于奧氏體不銹鋼與氧化皮熱膨脹系數(shù)不同，氧化鐵的膨脹系數(shù)一般在9.1×10-6/℃，奧氏體不銹鋼的膨脹系數(shù)一般在16～20×10-6/℃，兩者熱膨脹系數(shù)差異較大。在鍋爐受熱面管子的溫度大幅變化，尤其是鍋爐啟停機(jī)時(shí)劇烈的溫度變化時(shí)，氧化皮之間以及基材因受熱應(yīng)力而脫落。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【強(qiáng)化運(yùn)行管理工作，防止氧化皮生成和脫落及四管爆管】在鍋爐運(yùn)行、啟動(dòng)、停機(jī)時(shí)受熱面管子的溫度變化，尤其是劇烈的溫度變化時(shí)，氧化皮之間以及基材因受熱應(yīng)力而脫落。因此，加強(qiáng)運(yùn)行管理，預(yù)防氧化皮的生成和脫落應(yīng)從機(jī)組啟動(dòng)階段、正常運(yùn)行、停運(yùn)階段三個(gè)方面進(jìn)行有效控制，努力消除氧化皮生成的環(huán)境和防止已生成氧化皮的脫落?！痉乐寡趸ど珊兔撀浼八墓鼙艿倪\(yùn)行措施】我司通過值際小指標(biāo)管理、開展以“降低鍋爐管壁超溫”為主題的SGA精益化活動(dòng)，大大減少鍋爐管壁超溫現(xiàn)象，有效避免超溫爆管；通過強(qiáng)化機(jī)組運(yùn)行、啟停操作過程管理，有效防止過熱器、再熱器氧化皮生成和脫落，取得了良好成效。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【開展運(yùn)行值際小指標(biāo)競(jìng)賽，在鍋爐四管防爆工作中的應(yīng)用】鍋爐受熱面超溫是引起鍋爐爆管的重要因素，為減少鍋爐管壁超溫，我司將鍋爐管壁超溫統(tǒng)計(jì)、汽溫偏差加入運(yùn)行值際小指標(biāo)競(jìng)賽項(xiàng)目，從而達(dá)到運(yùn)行人員，全員參與鍋爐防爆工作。在值際競(jìng)賽項(xiàng)目中設(shè)置：主汽溫偏差（偏離額定值）、再熱汽溫偏差（偏離額定值）、主汽溫超限、再熱汽溫超限、受熱面管壁超溫指標(biāo)。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【主再熱汽溫偏差】主要引導(dǎo)運(yùn)行人員盡心調(diào)整，努力調(diào)整主再熱汽溫接近額定值，按照實(shí)際值與額定值偏差絕對(duì)值累計(jì)統(tǒng)計(jì)?！局髟贌崞麥爻蕖繛榭刂七\(yùn)行人員調(diào)整操作幅度，防止出現(xiàn)主再熱汽溫大幅升高或降低，主再熱汽溫超限設(shè)置為主再熱汽溫度在偏離額定值±2-5℃每15秒記數(shù)1次；偏離額定值±5-10℃每15秒記數(shù)2次；偏離額定值±10℃以上每15秒記數(shù)4次，累計(jì)統(tǒng)計(jì)各值汽溫越限計(jì)數(shù)情況。【受熱面管壁壁溫超限】減小鍋爐受熱面壁溫現(xiàn)象，受熱面壁溫每超過設(shè)定報(bào)警值5℃，每15秒計(jì)數(shù)1次，超過5-10℃每15秒計(jì)數(shù)2次，超過10℃每15秒計(jì)數(shù)4次。累計(jì)統(tǒng)計(jì)各值受熱面管壁超溫計(jì)數(shù)情況。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐值際運(yùn)行小指標(biāo)汽溫、壁溫在SIS系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，并生成報(bào)表：防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐值際運(yùn)行小指標(biāo)可視化看板防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【畫面優(yōu)化】為便于運(yùn)行人員實(shí)時(shí)監(jiān)視調(diào)整汽溫時(shí)監(jiān)視超溫情況，將運(yùn)行中管壁溫度易高測(cè)點(diǎn)顯示增加至汽溫調(diào)整畫面：防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【精益化管理在四管防磨防爆工作中的應(yīng)用】利用精益化管理八步法工具，成立降低鍋爐管壁超溫次數(shù)SGA，把精益化的理念應(yīng)用到鍋爐防磨防爆工作中。通過開展精益化管理，加大設(shè)備可靠性治理投入（如旋轉(zhuǎn)煤斗改造）與加大值際小指標(biāo)激勵(lì)相結(jié)合，提高運(yùn)行人員操作水平，管壁超溫大幅下降，降幅達(dá)50%以上。管壁超溫由原來的超溫?cái)?shù)368次/小時(shí)將至168次/小時(shí)，對(duì)防止鍋爐超溫爆管工作意義重大。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【水質(zhì)化學(xué)監(jiān)督】【化學(xué)除氧】優(yōu)良的給水水質(zhì)是直流鍋爐安全運(yùn)行的重要條件之一。機(jī)組啟動(dòng)、停運(yùn)、機(jī)組運(yùn)行全過程對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)督，以確保汽水品質(zhì)合格，從而保證鍋爐安全運(yùn)行。我廠正常運(yùn)行中給水處理采用氧化性全揮發(fā)處理[AVT(O)]方式。控制PH值9.2-9.6，溶氧小于7ppm。機(jī)組停運(yùn)時(shí)，提前4小時(shí)，通過調(diào)整氨水加入量控制凝結(jié)水PH值（9.4-9.6），有效防止鍋爐氧化皮的產(chǎn)生和脫落。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【水質(zhì)化學(xué)監(jiān)督】水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)監(jiān)視：【啟機(jī)過程控制】【真空除氧】鍋爐上水前汽機(jī)先進(jìn)行抽真空，建立軸封系統(tǒng)，開啟主蒸汽、再熱蒸汽管道有壓疏水。鍋爐上水采用汽動(dòng)前置泵上水，鍋爐升溫升壓過程中采用汽泵上水，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐受熱面內(nèi)也處于真空狀態(tài)，有效的將受熱面內(nèi)的氧排凈和防止受熱面內(nèi)氧的存在。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【啟機(jī)過程控制】【熱力除氧】鍋爐上水溫度按20～70℃控制，大于水冷壁壁溫20～30℃。上水前以20℃/小時(shí)速度提升除氧器水溫上水速度按150T/h控制，貯水箱水位正常后，啟動(dòng)爐水循環(huán)泵進(jìn)行鍋爐冷態(tài)沖洗，并逐步將除氧器水溫加熱到120℃以上，對(duì)給水除氧。逐漸投入鄰機(jī)加熱，給水溫度加熱至150-200℃左右。對(duì)鍋爐進(jìn)行熱態(tài)沖洗。通過提高給水溫度，充分將給水中的氧除盡，有效控制氧化皮生成。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【啟機(jī)過程控制】【控制啟動(dòng)速度，消除熱應(yīng)力】鍋爐螺旋水冷壁溫達(dá)到150℃左右，鍋爐點(diǎn)火。啟動(dòng)首套制粉系統(tǒng)時(shí)投入4-6支燃燒器，燃燒保持爐膛受熱均勻。負(fù)荷風(fēng)門開度根據(jù)水冷壁溫升逐漸開大。通過調(diào)節(jié)旁路風(fēng)門開度控制制粉系統(tǒng)總風(fēng)量防止堵管。每臺(tái)給煤機(jī)給煤量最小限制由10t/h改為5t/h，根據(jù)水冷壁溫、過熱器溫升逐漸增加給煤量，每次按1噸速率增加，監(jiān)視受熱面溫升速度滿足要求。啟動(dòng)過程中升溫、升壓速度按飽和溫度100℃以下時(shí)溫升率≤0.5℃/min，飽和溫度大于100℃之后溫升率≤0.8℃/min控制。。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐鍋爐點(diǎn)火后高旁初始開度10%，鍋爐起壓后，保持該開度至壓力1MPa，保持1MPa壓力逐漸開大高旁至40%左右保持，直至鍋爐參數(shù)達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)參數(shù)。鍋爐蒸發(fā)量隨高旁開度同步增大。低旁開度按升壓曲線同步開大。啟動(dòng)過程中給水量控制，通過調(diào)整上水流量，小溢流調(diào)閥，控制汽水分離器水位穩(wěn)定在3500-3800mm，不大于4000mm，防止蒸汽帶水。隨著鍋爐起壓后蒸發(fā)量的增加逐漸關(guān)小小溢流調(diào)閥，減少排水量直至全關(guān)。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【啟機(jī)過程控制】【控制啟動(dòng)速度，消除熱應(yīng)力】減溫水控制按鍋爐蒸發(fā)量計(jì)算，蒸發(fā)量大于10%BMCR(約200T/h)，若需投減溫水，應(yīng)手動(dòng)操作，間斷開啟，禁止投自動(dòng)，切忌大開大關(guān)減溫水，防止汽溫、金屬壁溫劇烈波動(dòng)。減溫水投入后應(yīng)保證減溫器后溫度具有10℃以上過熱度。啟動(dòng)過程中密切監(jiān)視各受熱面管壁間溫差，當(dāng)溫差大于30℃時(shí)應(yīng)停止升壓，直至溫差縮小至30℃以下后方可繼續(xù)升壓。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【啟機(jī)過程控制】【控制啟動(dòng)速度，消除熱應(yīng)力】機(jī)組并網(wǎng)后加負(fù)荷速度緩慢均勻，每個(gè)負(fù)荷段穩(wěn)定30分鐘左右檢查無異常方可繼續(xù)升負(fù)荷。啟動(dòng)制粉系統(tǒng)時(shí)根據(jù)溫度變化趨勢(shì)及時(shí)調(diào)節(jié)給水量，防止汽溫突變。機(jī)組負(fù)荷達(dá)到450MW左右，停止升負(fù)荷，鍋爐主再熱汽溫按低于額定值10℃（533/559℃）運(yùn)行4-8小時(shí)。對(duì)受熱面檢查無異常后方可升至額定參數(shù)。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【啟機(jī)過程控制】【控制啟動(dòng)速度，消除熱應(yīng)力】防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐啟動(dòng)過程中主汽溫升0.8℃/min,壓升0.03Mpa/min,再熱蒸汽溫升1.06℃/min,壓升0.003Mpa/min。啟動(dòng)溫升控制案例，如圖：【正常運(yùn)行控制】【控制溫度偏差，消除熱應(yīng)力】減溫水量控制應(yīng)平穩(wěn)，防止大幅增減。加強(qiáng)與調(diào)度溝通，避免機(jī)組大幅變工況運(yùn)行方式。優(yōu)化過、再熱器、省煤器區(qū)域蒸汽吹灰方式：每天白班進(jìn)行全爐膛吹灰一次，過熱器再熱器區(qū)域中長吹。水平煙道22-27吹灰器每周循環(huán)吹一次。尾部煙道省煤器區(qū)域安裝有28只聲波吹灰器，投連續(xù)運(yùn)行方式。既能保證受熱面的清潔程度，又可減少吹灰頻繁對(duì)受熱面的吹損。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【停機(jī)過程控制】【控制停機(jī)速度，消除熱應(yīng)力】正常停爐均采用滑參數(shù)停爐。每到一個(gè)負(fù)荷階段停留一段時(shí)間，使鍋爐蓄熱逐步釋放。非事故情況不得采用緊急停爐方式停爐。停爐保養(yǎng)采用余熱烘干法，確保鍋爐內(nèi)部水汽完全蒸干，阻止?jié)窨諝鈹y帶氧氣進(jìn)入受熱面產(chǎn)生氧化。鍋爐停運(yùn)前4小時(shí)，調(diào)整給水PH值在9.4~10.0之間，對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行堿化造膜處理。停爐過程中嚴(yán)格按控制溫降、壓降速度。機(jī)組負(fù)荷50%以上時(shí)，控制機(jī)組降負(fù)荷速率不超過6MW/min；主、再熱汽溫降溫速率≤0.5℃/min滑降至500℃運(yùn)行1小時(shí)。機(jī)組負(fù)荷50%以下時(shí)，控制機(jī)組降負(fù)荷速率不超過3MW/min。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐降負(fù)荷過程中控制主、再熱蒸汽溫度、各受熱面管壁降溫速率≤0.5℃/min；過熱蒸汽降壓速率≤0.1MPa/min，主、再熱汽溫滑降至450℃并運(yùn)行穩(wěn)定30分鐘左右停爐。如因檢修工作需要，根據(jù)檢修計(jì)劃主再熱汽溫最低降低至380-400℃運(yùn)行穩(wěn)定30分鐘左右停爐。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【停機(jī)過程控制】【控制停機(jī)速度，消除熱應(yīng)力】鍋爐停運(yùn)后立即調(diào)整引送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉，維持送風(fēng)量600t/h左右，吹掃5-10分鐘后關(guān)閉所有風(fēng)煙系統(tǒng)擋板及風(fēng)機(jī)動(dòng)葉進(jìn)行悶爐。當(dāng)分離器壓力0.8MPa，對(duì)鍋爐采用余熱烘干法熱爐放水。壓力降至0.2MPa全開爐側(cè)放空氣門。熱爐放水完畢，關(guān)閉所有空氣門、放水門。爐膛溫度與省煤器后煙溫均＜100℃且螺旋管水冷壁壁溫＜100℃可破壞爐底水封，如受熱面無檢修工作，則保持爐底水封。無檢修工作時(shí)鍋爐不得進(jìn)行自然通風(fēng)。正常停爐禁止進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)冷卻。利用檢修機(jī)會(huì)對(duì)管壁進(jìn)行氧化皮監(jiān)測(cè)。防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【停機(jī)過程控制】【控制停機(jī)速度，消除熱應(yīng)力】防止氧化皮脫落及鍋爐爆管最佳實(shí)踐【停機(jī)過程控制】【停爐曲線】每階段停留穩(wěn)定升壓：主熱汽溫度溫降速度0.29℃/min；再熱汽