660MW超临界锅炉氧化皮防治介绍.pdf

第 4 2卷第 3期 2 0 1 1年 5 月 锅 炉 技 术 B0I LER TECH N0LoGY Vo 1 ． 4 2，No ． 3 M a y ．，2 01 1 文章 编号 C N3 1 1 5 0 8 2 0 1 1 0 50 0 6 3 0 4 6 6 0 MW 超 临界锅炉 氧化皮 防治介绍 张志远 ，丁 明青。 1 ．神华河北 国华 沧东发电有限责任公 司，河北沧州0 6 1 1 1 3 ； 2 ．吉林电力股份有 限公 司 浑 江 发 电 公 司 ，吉林白山 1 3 4 3 0 0 摘要 锅炉受 热面氧化皮的生成及脱 落在 大容量机组较为普遍 ， 以国华沧东电厂 3号锅炉 为例 ， 对氧化皮 问题进行 了详细分析 ， 对氧化皮的防治从基建 、 调试及生产等方 面提 出了相应措施。经运行实践证 明， 已取得 了一定 的应用效果 。对于锅炉受热面氧化皮的防治工作具有一定的参考价值 。 关 键 词 超 临界 锅 炉 ；氧 化皮 ；防 治 中图 分 类 号 TK2 2 9 ． 2 文 献 标 识 码 B 0 前 言 控 制 锅 炉 高温 受 热 面 氧化 皮 的生 成 以及 脱 落 一直是 困挠发 电企业 的 难题 。近 年 来 ， 锅 炉发 生 氧化皮 脱 落 危 害 机组 安 全 运 行 的 国 内外 案 例 已有 多起 。针 对锅 炉氧 化 皮这 一 共 性 问题 ， 国华 公司沧东电厂积极开展技术攻关 ， 提 出了高温受 热面 氧化皮 防治 的相应 技 术措 施 ， 为 防止 或 减缓 锅 炉过热 器 、 再 热 器 氧 化 皮 的 生 成 与 脱 落 ， 减 少 锅炉 非计划 停运 ， 提 高锅 炉运 行 的 可靠 性 和 经济 性取 得 了一 定 的效 果 和经验 。 1 设备概况 国华 沧东 发 电有 限 责任 公 司 3号 机 组 是 国 华 电力公 司成 立 以来 自主 建 设 的第 一 台超 临界 机 组 。锅 炉为 国产 超 临界 参 数 、 变 压 运 行 、 螺 旋 管 圈直流锅 炉 ， 单 炉膛 、 一 次 中 间再 热 、 四角切 圆 燃烧 方式 、 平衡通风 、 固态 排渣 、 全钢悬 吊 兀 型结 构 、 露 天布置 的燃煤 锅炉 。 该 6 6 0 Mw 超 临界锅 炉 ， 末 级过 热 器选 材 以 T9 1为主 ， 仅管屏 外 圈选 用 TP 3 4 7 H， 总重 量 比为 3 O 1 ； 高 温再热 器选材 以 T 9 1 和 T P 3 4 7 H 为主 ， 总 重量 比为 3 ． 4l 。 2 氧化皮问题分析 目前 国 内 电厂 以及 研 究 机 构 已经 做 了大 量 的治 理和研究 工作 ， 普 遍认 为 机组 的氧 化皮 可 分 为 2 类 一 是 锅 炉 过热 蒸 汽 系统 的氧 化 皮 ； 二是 锅 炉水 系统 的腐 蚀产 物 。 2 ． 1锅 炉过 热蒸汽 系统的 氧化皮 过 热 蒸 汽 管 内氧 化膜 的形 成 分 为制 造 加 工 和运 行后 2个 阶段 。 1 过 热 蒸 汽 管 制 造 加 工 过 程 中 氧 化膜 的 形成 是在 5 7 0℃ 以上 的高 温制 造条 件 下 ， 由空气 中 的氧和金属 结合 形成 的。该 氧化 膜 分 3层 ， 由 钢表面 起 向 外 依 次 为 F e O、 F e 。 O 、 F e O 。 。试 验 表 明 与 金属基 体 相 连 的 F e O 层 结构 疏松 ， 品格 缺 陷多 ， 当温 度 低 于 5 7 0℃ 时结 构 不 稳 定 ， 容 易 脱落 ， 或在半 脱落 层 部位 发 生腐 蚀 。因 此在 新锅 炉投产 前一定 要对 锅 炉进 行 酸洗 ， 全 部 去除 制造 加工 时形成 的易脱 落 氧化 层 ， 然后 重 新钝 化 以利 在机组 运 行 时形 成 良好 的氧 化 层 。建 议 在 基 建 调 试期 间对过热 器 和再 热 器管 路进 行 加 氧吹 扫 ， 将 易脱 落 的氧 化层 颗 粒 冲掉 的 同时 加 速 形 成 坚 固的氧化 层 ， 否 则 ， 在 投 运 后 会 产 生 严 重 的 氧 化 皮 问题 。这 种 易 脱 落 的 氧 化 膜 在 机 组 投运 后 产 生恶性 循环 脱 落 一 氧化 一 再 脱 落 一 再 氧 化 ， 最 终 形成 大量 的氧化皮 。 2 过 热蒸 汽 管路 内壁 在 运 行 后 所 形 成 的 氧 化膜 可分为 2种情况 在 4 5 0℃ ～5 7 0℃ ， 水 蒸 汽 与纯铁发 生 氧 化反 应 ， 生 成 的 氧化 膜 由 F e O。 和 F e 3 O 组 成 ， F e 2 O 。和 F e 。 O 都 比较 致 密 ， 可 以保 护或 减 缓 钢 材 的 进 一 步氧 化 。在 5 7 0℃ 以 上 ， 水 蒸汽 与 纯 铁 发 生 氧化 反 应 ， 生 成 的 氧 化 膜 收稿 日期 2 0 0 9 1 21 7 作者简介 张志远 1 9 7 4 ， 男 ， 工程师 、 技师 ， 主要从事超临界火电机组 的生产管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 锅 炉 技 术 第 4 2 卷 由 F e 3 、 F e 3 O 、 F e O 3层组 成 ， F e O 在 最 内层 ， F e O是不致 密 的 ， 破 坏 了整 个 氧 化 膜 的稳 定性 ， 氧化膜 易 于脱 落 。所 以严 格 控 制 受 热 面 超 温 是 运行期 机组控 制氧化皮 的生成 的关键 。 2 ． 2 锅炉水 系统的腐 蚀产物 1 锅 炉水 回路 中使 用 的 材 料 主要 是 碳 钢 和低 合金 钢 ， 也 有 部 分 高 合 金 钢 以 及 铜 合 金 材 料 。在水系 统 中 接 触 的工 质 是 经 过 化 学 药 剂 处 理后 的除盐水 ， 进入 锅 炉蒸 发系 统 和汽 机 中 的产 生铁 氧化 物 杂 质 以及 管 内的 腐 蚀 产 物 。铁 氧 化 物可 能沉积在 蒸发 系统 、 过 热系 统及 再 热 系统 管 路 内 ， 导致爆 管 ； 同时进 入汽 轮机 ， 使 汽 轮机 效 率 降低 以及 叶片 腐 蚀 ； 进 入 主 汽 阀 和 调 节 阀 ， 使 阀 门的调节特性 改变 和恶 化 ， 甚 至卡 死 。所 以 防止 这些 材料 的腐 蚀是 十分重要 的 。 2 各 种 盐 、 酸 、 碱 和金 属 腐 蚀 产 物 等 物 质 在蒸 汽 中 的溶解 度 随蒸 汽 压 力 升 高 而 提 高 。 当 机组 运行在高 负荷 或额 定 负荷 时 ， 若锅 炉 给水 系 统 的金属腐蚀 产物 未得 到合 理控 制 ， 则 大量 的金 属腐 蚀产物 同样会沉 积在过热 系统管 系 内壁 。 2 ． 3 氧化皮 的危害 氧化皮 问题危 害 巨大 ， 主要 表 现在 以 下几 个 方 面 1 氧化皮在管 系弯头处易 发生堵 塞 ， 引起 相 应的受热面管璧金属超温 ， 最终导致机组强迫停机 。 2 长 期 的 氧 化 皮脱 落 ， 使 管 壁 变 薄 ， 强 度 变差 ， 直至爆 管 。 3 锅 炉 过 热 器 、 再 热 器 、 主蒸 汽 管 道 及 再 热蒸 汽管 内脱 落下 来 的氧 化皮 ， 是 坚硬 的 固体 颗 粒 ， 严 重损伤 汽轮 机通 流 部分 高／ 中压 级 的喷 嘴 、 动 叶片及主 汽阀 、 旁 路 阀等 ， 导致 叶片 冲蚀 ， 损 伤 严重 时甚至必 须更换 叶片 。 4 进 入主汽 阀和 调节 阀 ， 使 阀 门 的调节 特 性改 变和恶化 ， 甚 至卡死 。 5 检修 周期缩 短 ， 维护 费用上 升 。 6 一些 机组 为 了减缓 氧 化 皮脱 落 ， 采用 降 参数 运行 ， 牺 牲 了机组 的效率 。 上述各种 情况导 致 机组 运行 的安 全性 、 可靠 性及 经济性均 大幅度 降低 。 3 氧化皮的控制措施 机 组氧化 皮问题 是 客观 存在 的 ， 正 确 的措 施 是尽量避 免 、 减缓 氧化 皮 的生 成及 缓 解运 行 时 氧 化皮 的脱落 及脱落 下 的氧化皮所造 成 的危 害 。 3 ． 1基 建设计 与调试 阶段 在 此 阶段 ， 我 们 已经 做 了大 量 的工 作 ， 在 设 计上增 大炉膛 空 间 ， 降低 了炉膛 的 容积 热 负荷 及 热偏差 ； 采 用 耐 氧化 的合 金 钢 ； 吸 取 国 内 同类 型 锅炉容 易发 生 超 温 爆 管 的 环 节 ， 加 装 壁 温 测 点 、 工质温 度测点 ； 进行 了严 格 的锅 炉 空气 动 力场 试 验工作 ， 减 小锅 炉不 同受 热 面 之 间 的热 偏 差 ； 加 强酸洗 和吹管 工作 ， 保证 了机组 投 运前 将 易脱 落 氧化皮 清除干净 。 3 。 2 生产 阶段 1 国内其他 电厂机 组成 功 运行 经 验表 明 采用加 氧运 行 ， 可在 机 组 投 产 前 或 运 行 初 期 ， 在 金属管 道 内表 面加 速形 成 致 密的 、 不 易脱 落 的氧 化膜 亚 临界 低参 数工 况下 ， 从 而减 缓氧 化皮 的 生长 与脱 落 。沧 东 发 电 有 限 责任 公 司正 在 积 极 争取进 行加强 加氧控 制研究 ， 保证 汽水 品质 。 2 机 组 启 动 期 间 严格 进 行 冷 态 冲洗 和热 态 冲洗 水质指 标 的控制 ， 冷 态 冲洗 分 离器 排 水水 质 F e g ／ L前 禁 止 锅 炉点 火 ， 热 态 冲洗 分 离器排 水 F e 5℃／ mi n ， 要适 当降 低机组 的升、 降负荷速率或暂停 升降负荷 ， 待温 度调整 稳定 后 继 续 进 行 负 荷 变 动 操作 后 继 续 进 行负荷 变动操 作 。 1 1 事故 停机 后 ， 尽可 能 “ 闷炉 ” ， 维 持 锅 炉 停机前 的 温度 和 压 力 ， 同时 尽 快 查 明事 故 原 因 ， 努力 实现 机 组 的 热 态 或极 热 态 启 动 。机 组 由 于 故 障紧急 停 机 ， 炉 膛 通 风 1 0 mi n 后 立 即停 止 送 、 引风机运行 并关 闭送 风机 出 口和引 风 机进 、 出 口 挡板进 行 闷炉 ， 防止受 热 面 温度 快速 降低 。如 紧 急停 炉后需 要 对 锅 炉进 行 冷 却 ， 需 注 意 要 控 制 过热器 、 再热 器 出 口蒸 汽 温度及 受 热 面金 属 温度 降温速 率 ≯ 3℃／ rai n ， 主 、 再 热 降 压 速 率 ≯ 0 ． 3 MP a ／ mi n ； 降压结 束后水 冷 壁上 水 控制 启 动分 离 器 温度 降低 速率 ≯ 3℃／ mi n ； 启 动 分离 器储 水 箱 见 水后方 可启 动烟 风系 统进 行通 风 冷 却 ； 通 风 冷 却 时根 据 环 境 温 度 控 制 风 机 的 出力 ， 调 整 冷 段 过热 器和冷 段 再 热 器 人 口烟 气 温 度 的 降 低 速 率 ≯3℃／ mi n。 1 2 严 格执行 “ 逢 停 必 检” 。利 用 每次 停机 机会进 行锅炉 受热 面尤 其 是 高温 受热 面 检查 ， 根 据停机 时间长 短安 排末 级 过热 器 、 末级 再 热 器 出 口弯头拍 片 检 查 ， 掌 握 氧 化 皮 脱 落 堆 积 情 况 ， 如 发现有堆 积 氧 化 皮 的 弯 头 进行 割 管 清 理 及 更 换 处 理 。采 取预 防性 检 查 、 风 险 评 估 工 作 ， 杜 绝 事 故发 生 。 1 3 通 过定期 对 炉 内 、 炉外 壁 温测 点 检查 ， 分析 高温过 热器管 壁 温度 分 布规 律 ， 通过 调 整 高 温过 热器 管 排 处 烟 温分 布 ， 最终 达 到实 时 掌控 、 有效评 估高 温过热 器 运行 状况 ， 指 导 运行 调 整 和 检修策 略 ， 避 免 发生 机 组 非 计 划 停 运 ， 确 保 机 组 安全稳 定经 济运行 。 4实施 效 果 沧东 电厂 3号 锅 炉 自 2 0 0 8年 1 O月 1 4日首 次 点火 ， 2 0 0 9年 3月 2 7日转 入 商 业 运 营 。在 2 0 0 9 年 5月机 组 C修过程 中 ， 对 炉 内各 受热 面管 进行 检测 ， 未发现 氧 化皮存 在 。经 过 近 1 年 多来 的运 行实践 ， 未发生 锅炉爆 管事件 。 本文对 于 同 类 型 机 组 氧 化 皮 问题 的 防 治具 有一定 的借 鉴和参 考价值 。 参考 文献 [ 1 ]国华电力超 超 临界机组锅炉蒸汽氧化腐蚀技术攻关组．国 华 6 0 0 Mw 等级超 超 临界机 组高温受热面 氧化 皮防治技 术措施[ R ] ．沧州 国华沧东发电有限责任公司， 2 0 0 8 ． [ 2 ]徐远鹏 ； 受热面氧化皮成因分析 。火电厂蒸汽通流部件高温 氧化皮的影响与防治对 策研讨会 [ c ] ．昆 明 中国电机工程 学会火力发电分会 ， 2 0 0 2 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 6 锅 炉 技 术 第 4 2卷 6 6 0 MW Su p e r c r i t i c a l Boi l e t Oxi d e Ce nt r ol I nt r o du ct i o n ZHANG Zhi y ua n ，DI NG M i ng q i n g 1 ．Gu oh ua Ca ng do ng Powe r Ge ne r a t i on Co ．Lt d， Ca n gz ho u 0 61 11 3，Chi na； 2 ．J i n l i n g El e c t r i c P o we r C o ．Ge n e r a t i n g Co mp a n i e s Hu n j i a n g，Ba i s h a n 1 3 4 3 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t I n t hi s pa p e r，Ca ng Don g Gu oh ua Po we r Pl a n t Boi l e r No． 3，f o r e x a mpl e ，on t he o x i de c o nd u c t e d a d e t a i l e d a n a l ys i s o f t h e o xi d a t i o n p r e v e n t i o n a n d t r e a t me nt o f s ki n f r o m t he i nf r a s t r uc t u r e，c o mm i s s i o n i ng a nd p r od u c t i o n，s e t a pp r op r i a t e me a s u r e s ． Fo r t he ul t r a ul t r as up e r c r i t i c a l un i t s h e a t i n g s ur f a c e o x i de o f t he pr e v e nt i o n a n d c o n t r ol wo r k ha s a c e r t a i n r e f e r e n c e v a l ue ． K e y wor d s s u p e r c r i t i c a l bo i l e r； c o nt r o l ； ox i d e 上接 第 5 6页 参考文献 [ 1 ]毛健雄 ， 毛健全 ， 赵树民． 煤的清洁燃 烧[ M] ． 北京 科学 出版 社 ， 1 9 9 8． [ 2 ]全 国发 电机 组技 术协 作会． 全 国火 电 6 0 0 Mw 级 5 0 0 ～ l 0 0 0 MW 机组技术分析『 J ] ． 电力技术． 2 0 0 6 2 1 1 3 ． [ 3 ]徐通模， 袁益超 ， 陈干锦 ， 等． 超大容量超 超临界锅 炉的发展 趋势[ J ] ． 动力工程 ， 2 0 0 6，2 3 3 2 3 6 3 2 3 6 9 ． [ 4 ]袁益超 ， 刘聿拯 ， 陈之航． 大型电站锅炉烟温偏差与汽温偏差 研究[ J ] ． 锅炉技术 ， 2 0 0 3 ， 4 3 3 1 5 2 0 ． E 5 ]张维侠 ， 张震． L N C F S燃烧系统在 6 0 0 Mw 超临界机组中的 应用E J 3 ． 锅炉技术 ， 2 0 0 7 ， 3 8 6 4 2 4 5 ． [ 6 ]周月桂． 大容量四角切向燃烧锅炉烟气偏 差的试 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t y o f t he r e l a t i ve t a ng e n t i a l c i r c l e d i a me t e r i n SOFA z on e Dx d s 0 F A， r ot a t i o n m o me n t um f l o w mo m e nt s of ou t l e t J 。 c ，v e l o c i t y d e v i a t i o n c o e f f i c i e n t Ea n d v e l o c i t y u n e v e n c o e f f i c i e n t M 2 we r e o b t a i n e d wh e n t h e xJ i s c o n s t a n t wi t h t h e r e v e r s e d t a n g e n t i a l a n g l e c h a n g i n g ． W he n t he r e v e r s e d t a ng e nt i a l a n gl e i s 5 。～ 1 0 。 ，t he r o t a t i o n di r e c t i o n of ma i n f l o w ke e p s u nc h a ng e d ．Th e r o t a t i on d i r e c t i o n i s u n s t a bl e s t a t e wh e n de f l e c t i o n a n g l e be t we e n 1 0 。 a n d 1 5 。 ，but t h e r o t a t i o n d i r e c t i o n c h a n g e d t o r e v e r s e wh e n t h e d e f l e c t i o n a n g l e b e t we e n 1 5 。 a n d 2 O 。 ．The s e r e s ul t s ha v e r e f e r e n c e v a l u e f or t he d e s i g n o f ne w u n i t a nd t he o p e r a t i o n of u ni t a t Dr e s e n t ． K e y wor d s s e p e r a t e d o v e r f i r e a i r ；LNCFS f i r i ng s ys t e m ； r e v e r s e d t a n ge nt i a 1 a ng 1 e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m