２０１１年 第≯期 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩ？ＯＮ Ｏ机械与电－７－０ 科技信息 超临界机组锅炉受热面氧化皮的产生和防范 焦燕斌 （河北国华沧东发电有限责任公司设备维修部河北沧州０６１ １１３） 【摘 要Ｉ旧前大容量机组锅炉本体受热面的奥氏体不锈钢管氧化皮剥落导致堵塞爆管是机组存在的普遍性问题。随着机组参数向超临界 甚至超超临界的发展，此类问题更为突出。近年，我国火力发电厂陆续投产了多台超临界、超超临界参数机组，同样发生了类似问题，本文针对 某电厂４号超・临界机组锅炉末级再热器管氧化皮剥落的问题，进行了周密的分析并提出了预防措施，消除隐患，保障锅炉安全运行。 【关键词】管壁温度变化；氧化皮爆管；燃烧调整 １ 设备简介 积量大于进ＶＩ侧．有焊缝及节流孔处也存在部分氧化皮堆积。其中高 某电厂４号锅炉型号：ＳＧ一２０８０／２５．４一Ｍ９６９，由上海锅炉厂制造的 温过热器自夹管弯头氧化皮堆积量较大，就是因为自夹管环绕管屏 超临界变压运行直流炉．四角切向燃烧方式、一次中问再热、单炉膛平 弯头多．气流流速低，造成大量堆积。 衡通风、固态排渣，于２００９年ｌ１月投产，２０１０年９月临修中检查发 ４氧化皮的产生和剥离对机组运行的危害 现末级再热器外三圈管子内部产生较多氧化皮。至发现氧化皮锅炉累 计运行６０００小时。 氧化皮剥离会造成受热面超温爆管。大型电厂锅炉的高温过热器 末级再热器布置在后水垂帘管的前部，折焰角的上方，管组共计 和再热器多为立式布置．每级过热器和再热器由数百根竖立的Ｕ型弯 ３３组・ 沿锅炉宽度方向横向布置，管子规格、材质种类较多，最外３圈 并列组成。因为进出口处有５Ｏ度以上的温差，因此这种过热器出口侧 管子材质为ＳＡ２１３一ＴＰ３４７Ｈ、型号中６３．５￣６ｍｍ． 直管段的氧化皮数量明显大于进口侧。机组在停机和启动，以及负荷、 温度和压力变化较大时，锅炉受热面上达到剥离条件的氧化皮开始逐 ２氧化皮的生成原理 渐剥离下来，剥落的氧化皮随蒸汽流动，多数被带入汽轮机．但在启动 Ｊ｜ 在无溶解氧的水中，铁和水反应生成Ｆｅ 并放出氢的机理，金属 初期蒸汽流量较小，不能迅速地将剥落下来的氧化皮带走，大流量时， 已经在管径较小的弯头处形成堵塞就会产生超温。所以氧化皮堵塞造 表面韵氧化膜并非由水汽中的溶解氧和铁反应形成的．而是由水汽本 成爆管大多发生在机组启动后的短时问内。 身的氧分子氧化表面的铁所形成的。管壁温度在５７０℃以下时生成的 氧化膜是由Ｆｅ ３和Ｆｅ３Ｏ 组成，Ｆｅ Ｏ，和Ｆｅ Ｏ 都比较致密（尤其是 从过热器和再热器管刹离的氧化皮，很大一部分被具有极高流速 的蒸汽携带出过热器和再热器，这些氧化皮剥离物颗粒具有极大的动 Ｆｅ，Ｏ ），因而可以保护钢材被进一步氧化。当管壁温度超过５７０℃时， 氧化膜由Ｆｅ Ｏ 、Ｆｅ３０ 、１％Ｏ三层组成（ＦｅＯ在最内层），其厚度比约为１ 能，它们会不断地撞击汽轮机喷嘴和叶片，使喷嘴和高压级叶片受到 损伤，使通流部分效率下降。 ：１０：１００，即氧化皮主要是由ＦＩｅ０组成，因ＦｅＯ不致密，因此破坏了整个 氧化膜的稳定性，这样氧化过程得以继续。氧化皮的生长规律是：Ｄ＝ 氧化皮的产生会影响金属换热效果。金属的表面形成０．２＿０．５ｍｍ 厚度氧化皮的就相当于１５００—３５００ｇ／ｍ 垢量，这会影响机组运行的经 Ｋｔ。式中：Ｄ是氧化皮厚度；Ｋ是一个与温度有关的系数；ｔ是时间。氧 化皮的生长速度与温度和时间有关。 济性 ’金属的氧化是通过氧离子的扩散来进行的。若生成的氧化膜牢 ５防范措施 固，在生成氧化膜后停ｅ化过程就会减弱，金属就得到了保护。如果生成 的氧化膜不牢固。那么生成的氧化膜不断剥落，氧化过程就会继续下 ５．１正确的选材是解决氧化皮脱落的最根本措施。在锅炉设计或投 去。高温过热器使用材料（ＳＡ一２１３ＴＰ３４７Ｈ１为奥氏体不锈钢，当其长时 运以后的改造中，对高温过热器采用抗高温氧化性能和抗剥离性能更 间处于高温高压的水蒸汽中时．管子内壁会氧化。由于ｃｒ的活性较 好一些的材质，可以使氧化皮厚度显著减薄，这是一项减缓高温氧化 扁，在氧化的初始阶段．管子内表面会生成很薄的Ｃｒｙ０氧化皮．这层 皮剥离危害的最根本措施。大量的研究和试验表明，细晶ＴＰ３４７ＦＧ钢 氧化皮的形成阻止了管子内壁进一步氧化．因此不锈钢中ｃｒ含量越 管在５５０度以上时抗蒸汽的氧化性能较强，其蒸汽侧氧化皮生长速度 高其抗蒸汽氧化性能越好，当钢中含Ｃｒ量大于２２％时，不论是粗晶 较低，因此建议将末过、末再３圈ＴＰ３４７Ｈ材质的管子更换成 不锈钢还是细晶不锈钢，其抗蒸汽氧化的性能都很好。但一般金属都 ＴＰ３４７ＦＧ材质。 ． 达不到那么高Ｃｒ含量，随着运行时间的增加，氧化皮以下的基体相应 ５．２做好氧化皮定期检测工作。在大、小修期间，采用氧化皮监测仪 地发生ｃｒ的贫化，同时在超温或温度、压力剧烈波动等情况的作用 对过热器、再热器进行氧化皮检测，同时对管材进行寿命评估并及时 下，外层氧化物出现细微的裂纹，Ｆｅ向氧化皮外扩散，恶化了其高温 更换氧化较严重的管段。 下的抗氧化能力，氧化发展速度的加快，抗氧化性能降低，氧化层也开 ５－３锅炉停炉避免采取强制通风冷却，机组启动时控制主再热汽温 始向双层、多层发展。 升速度１．５￣Ｃ／ｒａｉｎ 注意主汽温及锅炉金属壁温德监视和调整，机组负 荷低于１５０ＭＷ时禁止使用减温水。 ３氧化皮脱落 ５．４定期对蒸汽含量进行测定并记录，以评价受热面蒸汽氧化腐蚀 程度，及早发现腐蚀趋势，氢含量曲线陡增或超过５微克，升，说明发 氧化层剥离有２个主要条件：一是氧化膜达到一定厚度（不锈钢 生强烈高温氧化反应，马上采取措施，避免出现严重后果。 ０．１ｍｍ、铬钼钢Ｏ．２～０．５ｒａｍ），二是温度变化频繁、幅度大、变化率高。过 ５．５按照ＤＬ／Ｔ５６１要求，加强运行锅炉水汽监督，加强在线化学仪表 热器或再热器钢材的热胀系数一般在（１６—２０）￣１０￣／￣Ｃ．而氧化铁的热 的维护和在线检验，严格控制凝结水、给水品质，加强凝汽器钛管泄漏 胀系数一般在９．１￣１０ ℃，由于热胀系数的差异。在氧化层达到一定 检测，发现凝结水Ｎａ Ｃａｎｃｌ一及导电度明显增加要及时采取措施，凝结 厚度后．在温度发生变化尤其是剧烈或反复变化，氧化皮很容易从金 属本体剥离。氧化层的剥离是受氧化膜与基体之间膨胀系数不同产生 水Ｎａ＇大于４００￣ｅＣＬ应紧急停机。 ５．６燃烧器摆角控制在４Ｏ％一７Ｏ％之间，避免摆角上摆至最大发生卡 的应力作用而发生的。且由于铁基体和Ｆｅ 、Ｆｅ２０ 、ＦｅＯ氧化物之间 涩时出现汽温超限引起过热器、再热器短时超温。 热膨胀系数各不同，在温度变化范围较大时，就容易剥落。 ５．７蒸汽和金属温度按下列要求进行控制：高温再热器出口蒸汽温 氧化皮剥离后管径内堆积形式的影响因素有：锅炉构造及其管 度不大于５６０℃，受热面金属温度不大于５８０￣Ｃ；由于受热面可能存在 子直径；弯头的弯曲半径；管排的几何形状；管内的水动力特性。氧 较大热偏差，受热面蒸汽温度的控制要服从金属温度，金属温度超温 化皮的大小和形状、强度、韧性，管子内径和外形，管子收缩幅度，流程 的几何特性，摩擦系数。通过对管道及弯头进行射线透视拍片观察，可 要视情况降低蒸汽温度运行。 ５ 当机组出现事故采取紧急停机后，锅炉熄火后，维持炉膛风量在 清楚地看到剥落的氧化皮一般堆积在下弯头，且气流出口侧弯头处堆 ３０％一４０％左右，对炉膛进行５—１０分钟吹扫，吹扫完（下转第９６页） ２０１１年第７期 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＩｔＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｏ机械与电子０ 科技信息 设密封通道长度为６ ，解微分方程并整理得密封通道入口处压力 【参考文献】 ｐ２： ［１］熊会思．我国水泥熟料冷却机的现在和将来．新世纪水泥导报，２０００，５：１３—１６． 一 。 ［２］黄松元．散体力学．北京：机械工业出版社，１９９２：２６—６８． ｐ２＝ｐ￣ｅ （３） 对于直通道密封，设篦板下仓室的最小空气压力为Ｐ ，则Ｕ型 附 图 板的空气密封条件为： ｐ ≥ 一 １ （４） 式中ｂ一可靠性系数 对于迷宫式空气密封．通道中水泥散粒体的压力降可以分段分 析，而后综合，设通道入口处水泥颗粒的压力ｐ ，则设有迷宫通道的空 气密封条件为： 主｝ ｐ ≥ ＝ － 一 （５） 式中”ｒ迷宫通道出入口之间垂直变换方向次数 图１ ｎ——迷宫通道分段数 根据公式（５）可知：密封通道的压力换向次数ｍ以及密封通道总 长度与宽度的比值Ｂｉｂ。是篦冷机空气密封的关键因素。而且换向次数 １７１＂．的影响更为显著；因此，随着密封通道的压力换向次数ｍ增加，密封 通道长度可以相应缩短、间隙可以相应增大．而不降低空气密封的可 靠性。基于此，提出了一种交叉棒式蓖冷机的迷宫式空气密封结构。 ３适用的密封结构 迷宫结构 由两个平行平板组成密封迷宫通道，间隙值固定．其主 要目的通过改变散料移动方向以降低炉蓖元件表面散料的压力，从而 图２ 防止散料引入气体腔室，提高密封的可靠性。其效果是在于：可以适当 增大Ｕ形板和篦板之间的间隙，以降低对Ｕ形板和篦板的制造和安 装精度要求，而密封的可靠性并不降低。 附图说明： 现结合附图进一步说明 图１为计算原理图 图２为第一个实施例截面图 图３ 图３为第一个实施例迷宫结构放大截面图 图４为第二个实施例截面图 图５为第二个实施例迷宫结构放大截面图 图２和图４中１为篦板单元、２为迷宫密封下底板、３为迷宫通 道、４为Ｕ形板、５为Ｃ形板、６为驱动板。高压空气通过驱动板和Ｃ形 板之间的间隙进入迷宫通道以阻止散料进入气体腔室。和直通式密 封通道相比．散料从图２所示的迷宫密封通道一端移动至另一端需变 换运动方向ｌ８次。则依据计算公式（５），在通道间隙不变的情况下， 散料在通道另一端处的压力至少降低０．５ Ｂ－３．８ｘ１０ 倍．因此，即使通道 间隙增大，迷宫密封的可靠性较之直通式密封仍有很大的提高。当散 料从图４所示的迷宫密封通道一端移动至另一端需变换运动方向４ 图４ 次。则依据本发明给出的计算公式（５），在通道间隙不变的情况下，散 料在通道另一端处的压力至少降低０．５ ＝０．０６倍。和图２所示实施例 相比．图４所示实施例的迷宫通道结构更为简单。 总之，我们利用迷宫式空气密封结构，通过改变散料移动方向以 降低进入迷宫中的散料压力，从而防止散料引入气体腔室。通过适当 增大ｕ形板和篦板之间的间隙，以降低对ｕ形板和篦板的制造和安 图５ 装精度要求，而使密封的可靠性并不降低。ｌ ［责任编辑：汤静】 （上接第８４页】毕，停用送风机、引风机，关闭烟风挡板，锅炉闷炉３Ｏ 氧化皮的生成和剥离是保证机组安全稳定运行的重要手段，应引起重 小时以上．禁止进行强冷。 视。 ６结束语 【参考文献】 氧化皮是金属在高温水汽中发生氧化的结果，氧化所消耗的氧来 ［１］孙学信．燃煤锅炉试验技术与方法，中国电力出版社，２００２． 源于水汽本身，而非来源于溶解在水汽中的分子氧，因此氧化皮的产 ［２］杨红权．电站锅炉炉内壁温测量技术研究．动力工程，２００９． 生与剥离与给水加氧量无关。氧化皮的剥离与机组采用材质、锅炉燃 ［３］唐从耿．锅炉受热面偏差的改进措施．动力工程，２ＯＯ６． 烧工况、机组启、停速率等有关。 氧化皮的产生与剥离是高温过热器爆管的主要原因，有效的减缓 ［责任编辑：张慧］
