・３９・ 亚临界机组锅炉氧化皮产生原因及预防措施 Ｃａｕｓｅｓ ａｎｄ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ Ｓｕｂｃｒｉｔｉｃａｌ Ｕｎｉｔ Ｂｏｉｌｅｒ Ｓｃａｌｅ 华毅①ＨＵＡ Ｙｉ；凌学武①ＬＩＮＧ Ｘｕｅ—ｗｕ；王林①ＷＡＮＧ Ｌｉｎ；王义厢②ＷＡＮＧ Ｙｉ—ｘｉａｎｇ （①神华神皖安徽安庆皖江发电有限责任公司，安庆２４６０００：②安徽特种设备检测院，合肥２３００５１） （（￣Ｓｈｅｎｈｕａ Ｓｈｅｎｗａｎ Ａｎｈｕｉ Ａｎｑｉｎｇ Ｗａｎｊｉａｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ａｎｑｉｎｇ ２４６０００，Ｃｈｉｎａ； ＠Ａｎｈｕｉ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ ２３００５ １，Ｃｈｉｎａ） 摘要：结合亚临界机组锅炉运行、检修的总结，对末级过热器管排的取样进行了金相分析、硬度测定、氧化皮检查，分析了氧化皮 的生成及剥落原因式，并提出了控制氧化皮形成和剥落在运行及检修中的预防措施。 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｂｅｒｉｔｉｃａｌ ｂｏｉｌｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ．ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｈａｒｄｎｅｓｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｃａｌｅ ｃｈｅｃｋ ａｒｅ ｄｏｎｅ ｔｏ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｏｆ ｆｉｎａｌ ｓｔａｇｅ ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｒ ｔｕｂｅ．Ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｐａｌｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｓｃａｌｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｃａｌｅ ｉｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ａｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｌ’ｄ． 关键词：亚Ｉｌ缶界锅炉；氧化皮；防范措施 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｂｃｒｉｔｉｃａｌ ｂｏｉｌｅｒ；ｓｃａｌｅ；ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ 中图分类号：ＴＫ２２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—４３１１（２０１４）２８—００３９—０２ Ｏ引言 运行直流锅炉，一次中间再热、自然循环、单炉膛、平衡通 随着亚临界３００ＭＷ燃煤机组的大量投产及长期的 风，摆动燃烧四角切圆燃烧方式。水冷壁采用内螺纹垂直 运行，锅炉高温受热面蒸汽通道氧化皮问题成为锅炉爆管 上升膜式水冷壁、炉水循环泵启动。炉膛采用封闭布置，全 的主要原因之一，同时也带来了传热恶化、汽轮机固体颗 悬吊结构，固态排渣，全钢构架。末级过热器壁管子规格为 粒侵蚀、汽ｆ－ｊ卡涩、叶片损坏等诸多问题，成为大容量发电 ５１ｘ７．５，材质为钢１０２（１２Ｃｒ２ＭｏＷＶＴｉＢ），抗氧化温度 机组长期安全、稳定、经济运行的极大困扰和障碍 。为了 ６００￣Ｃ，最高允许温度５８４℃，运行控制温度为５７７℃。截止 了解电站锅炉氧化皮形成与剥离的原理和规律，提出有效 ２０１３年１月，＃１机组累计运行６２０４６／Ｊ￣Ｂ，－Ｊ。 的预防和解决措施，提高机组的可用率和安全经济性。对 ２氧化皮脱落经过及检测分析 于发电厂的管理和工程技术人员而言，充分认识氧化皮的 ２．１氧化皮脱落经过２０１２年１１月１２日＃１机调停 生成机制和剥落特性，并从运行、检测和维护、检修等方面 消缺，１１月１５日２１：００分，样１机启动后带负荷至 采取有效措施，降低氧化皮造成的损害，已经成为提升机 ２００ＭＷ后，发现末级过热器壁温测点６（固２７排）与相邻 组管理水平的当务之急。 测点５（固２２排）、测点７（固３２排）壁温显示异常，与相邻 １设备概况 点差３０—４０℃，随负荷的变化该点壁温显示值高达６００— 安庆皖江发电有限责任公司一期工程２ｘ３ＯＯＭＷ机 ６１０ｏＣ。经分析认为：壁温显示异常的影响因素主要有以下 组，锅炉是由上海锅炉厂引进先进技术制造的亚临界变压 两个方面：①热控测量异常；②该测点对应的管子内部有 异物堵塞，流通的蒸汽减少使该测点温度异常升高。根据 作者简介：华毅（１９８７一），男，安徽安庆人，助理工程师，从事锅炉 上述情况，初步判断为管子内部最大可能是在弯头部位存 检修专业。 在异物（氧化皮脱落沉积），从而造成管子内部通流面积减 Ｗｒ 可行性。 参考文献： ２ｏ０ 【１１李永东，朱吴．永磁同步电机无速度传感器控制综述『Ｊ］．电 １０ｏ 气传动，２００９，３９（９）：３—１０． ［２］Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ Ｈ，Ｖａｄｓｔｒｕｐ Ｒ，Ｂｏｒｓｔｉｎｇ Ｈ．Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｏｂｓｅｒｖｅｒ Ｏ ｏｆｒ．Ｓｐｅｅｄ Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ＰＭ Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ『ｃＶ／Ｃｏｎｅ Ｒｅｃ．ｏｆ ｔｈｅ ３８ｔｈ ０ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＩＡＳ，２００３，ｌ：５９９—６０３． Ｔｉｍｅ（ｓ）Ｔｉｍｅ（ｓ） （ａ）起动到稳态机械角 ｏ））定子磁链ｎ轴分量 ｆ３］Ｌｉ Ｚｈａｎｇ，Ｋａｉ Ｓｕｎ，ａｎｄ Ｌｉｐｅｉ Ｈｕａｎｇ．Ｃｏｍｐａｉｒｓｏｎ ｏｆ ＲＢ— 速度估测值∞ 估测值 稳态波形 ＩＧＢＴ ａｎｄ ｎｏｒｍａｌ ＩＧＢＴ ｉｎ Ｔ—ｔｙｐｅ ｔｈｒｅｅ—ｌｅｖｅｌ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｆＣ １５ｔｈ 图２ ５００ｒｐｍ稳态下的测试波形 Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（ＥＰＥ）． ４结语 Ｌｉｌｌｅ：ＩＥＥＥ，２０１３：１－７． 本文使用ＰＳＩＭ软件对采用自适应积分法的电流源 ［４］徐德鸿．电力电子系统建模及控制［Ｍ】．１版．北京：机械工业 ＰＭＳＭ变频调速系统进行了仿真分析，该方法既消除了传 出版社．２０１３：９５—１７９． ［５］ＡＩ—ｎａｂｉ Ｅ，Ｗｕ Ｂｉｎ，Ｄａｉ Ｊｉｎｇｙａ ｅｔ ａ１．Ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ＣＳＩ—ｆｅｄ 统反电动势积分法的直流偏移，又将定子磁链和转子位置 ＩＰＭ ｄｒｉｖｅ＠ｓｔｅｍ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｉｔｈ ｍｉｎｉｍｕｍ ｄｃ－ｌｉｎｋ ｃｕｒｒｅｎｔ【ｃ］／／３６ｔｈ 的估算误差降到合理范围，从而说明了该方法的优越性， Ａｎｎｕａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ＩＥＥＥ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ． 同时也验证了电流源变频调速系统进入电动汽车市场的 Ｇｌｅｎｄａｌｅ．ＡＺ：ＩＥＥＥ．２０１０：８５７—８６３． ・４０・ 价值工程 少，汽流量减少，造成壁温较高，综合考虑：目前此路环管 温，受热面温度场不均的问题，局部超温导致氧化皮更容易 中汽流量相比其它环管，汽流量偏小，可以控制温度监督 生成。④炉水中含氧量等因素也能导致氧化皮生成加快。 运行。 ３．３氧化皮脱落的原因氧化皮氧化层剥离有两个主 运行三个月后，利用调停期间对过热器弯头部位的氧 要条件：一是多层氧化层达到一定厚度，一般超过０．１ｍｍ， 化皮沉积情况利用射线进行了全面的检查，管排共检验 二是温度变化频繁、幅度大、变化率高，不同材质在高温下 ８１排５６６个弯头（共５６６个弯头，２７排进口外１圈因超温 的线性膨胀系数不同，氧化铁较小，Ｒ１０２较大，由于热胀 直接换管），发现１２６个弯头有堆积物，均在进口段。堆积 系数的差异，当管内壁氧化皮达到一定厚度后，在温度发 物５％的弯头有３５个、８％的弯头１４个、１０％的弯头３９ 生变化，尤其是温度发生反复或剧烈变－Ｉ￣：Ｂ，－Ｙ（如快速冷 个、１５％的弯头２０个、２０％的弯头１５个、３０％的弯头１个、 却），氧化皮很容易从金属基体中剥落。 ４０％的弯头１个、１００％的弯头１个，其中氧化皮最多的有 累计运行６万多￣Ｊ，Ｂ，３－，大修后曾连续长周期运行一年 ２６和２７排，２６排进口测下部弯头氧化皮沉积达１００％（如 多，生成的氧化皮较多，在计划检修中为缩短检修工期，机 图１），２７排进口测下部弯头氧化皮沉积达４０％，上述出口 组在停机过程中基本上是快速冷却、壁温波动较大，导致 侧的氧化皮很少。对氧化皮沉积达８％的弯头均割管清理 氧化皮从管道内壁剥落，堆积在管道“ｕ”形弯的下弯头 处理，达５％及以下的弯头对通流面积影响不大，未进行割 处，２０１２年调停后，末级过热器局部超温，主要是快停检 管处理 修启动后温度变化产生的热应力导致氧化皮进一步脱落 形成，从本次收集的氧化皮看，大部分都是停炉后新脱落 的氧化皮，原运行过程中脱落的并不多。 ４预防措施 ４．１运行中采取的措施①锅炉滑停中温降速度控制 合理，因设备和检修原因，可以通过自然通风冷却，应避免 停炉后强制通风冷却。②启动中加强冷、热态蒸汽系统的 清洗，并严格控制冷态冲洗和热态冲洗水质指标；使部分 氧化皮等杂质被冲洗掉，合理设置汽机旁路有利于锅炉管 氧化皮问题的预防和脱落后的处置。③严格控制锅炉升 图１氧化皮沉积图 温、升压速度，汽轮机冲转、并网运行前后温度升降率应控 ２．２检测分析由末过第２６、２７排泄漏弯头及出口直 制。为防止炉膛热负荷工况扰动造成受热面超温，运行中 管段上部取样进行金相分析、硬度检测及氧化皮检查。分 应以燃烧调整（如燃烧器角度、风量匹配等）作为汽温主要 析结果为弯头和直段管段组织中贝氏体形态消失，碳化物 调节手段，避免用一、二级减温水大开大关来调节汽温，尤 聚集在铁素体晶界位置，贝氏体为４—５级球化；泄漏位置 其是二级减温水的使用。④机组并网后，控制主、再热汽温 硬度偏低，其它部位硬度正常；内壁氧化皮最厚处达 在５３０￣（２，运行不低于５ｈ。⑤加强炉水给水水质监测，严格 ０．３７ｍｍ，内壁氧化严重。 控制给水含氧量。⑥加强超温监督管理，尤其加强对锅炉 ３氧化皮生成及原因分析 管易超温管段的监视，防止超温爆管，发现异常及时分析 ３．１氧化皮的生成机理参照热力学中的ＦｅＣ相图， 并采取相应措施。⑦应注意对测温装置的校验及壁温测点 根据有关试验分析判断Ｒ１０２在５７０℃（临界点）以下，生 安装工艺控制，确保测量数据；隹确、可靠。 成的氧化膜由Ｆｅ ０ 和Ｆｅ Ｏ 组成，这两种氧化物都比较 ４＿２检修方面采取的措施①加强检查：拍片检查、氧 致密，反过来可以保护金属基体内部避免更进一步的氧 化皮测厚、内窥镜检查、割管检查等。做到逢停七天以上必 化。当温度超过５７０￣Ｃ时，６００—６２０℃氧化速度加快，在 查，发现管道有变色等异常时应及时进行检查，发现问题 Ｆｅ２０ 和Ｆｅ３０４的内层会生成ＦｅＯ，ＦｅＯ处于最内层，ＦｅＯ 及时处理。②减小停运频率，加强设备的正常维护，延长检 点阵结构简单，是铁原子的缺位固溶体。铁离子易由里向 修周期。 外扩散，氧原子易向内扩散与铁离子结合，因此加剧铁的 ５结论 氧化，又由于ＦｅＯ致密性差，结构疏松，破坏了整个氧化 目前，国产亚临界３００ＭＷ锅炉在国内相继发生氧化 膜的稳定性，在热应力等因素的作用下，Ｒ１０２的抗氧化能 皮爆管的事件，锅炉一旦发生氧化皮脱落问题将会给后续 力大大降低。 的处理工作造成很大的难度，因此提前预防氧化皮的生成 ３＿２氧化皮生成的原因分析①１号炉累计运行约６ 和脱落是问题关键。对机组的启停方式的控制、减温水投 万多小时，２０１１年大修后曾连续长周期运行一年多，加上 入的控制、炉水含氧量、超温控制等因素需要特别关注，并 高负荷运行等因素，加快了氧化皮生成，经检查测量主要氧 需要持续的研究和掌控。 化皮厚度在０．１９—０．３ｌｍｍ之间。②管子设计选材因素， 参考文献： Ｒｌ０２本身高温性能尚可，但抗氧化性能较差，氧化皮比较 『１ｌ陈媛，王旭．超（超）临界锅炉氧化皮脱落原因分析及防治措 容易生成和脱落，在当时的设计制造中并没有过多的考虑 施［Ｊ］．华电技术，２０１３，３５（３）：１－４． ｆ２憎壁群，陈裕忠，冯庭有．１０３６ＭＷ机组锅炉受热面氧化皮 氧化皮的问题。③过热器受热面设计可能存在偏大，加上煤 的预控措施研究［Ｊ］．发电设备，２０１２，２６（４）：２９２—２９５． 种掺烧变化较大，存在入炉煤煤质特性不均，致使燃烧温度 ［３］富君，张宏杰，张承钢，薛贺成．亚临界锅炉水冷壁腐蚀泄 波动、热负荷变化等问题，在运行时会出现局部受热面高 漏原因分析及处理【Ｊ］．内蒙古电力技术，２００２（０３）．
