1、1,中国大唐集团600MW等级火电机组专业技术研讨会专题 关于超/超超临界机组 锅炉管内氧化皮问题的认识 华北电力科学研究院有限责任公司 张清峰 赵振宁,2,引 言,对于600MW及以上大型锅炉，除常规共有问题，我们重点关注： 1超/超超临界锅炉高温受热面管内氧化皮问题 2锅炉受热面壁温测量问题 3回转式空预器一次风漏风率的控制及节能效果 4中速磨石子煤相关的设计、运行中存在的问题 5锅炉风量测量及运行控制中存在的问题 6脱硫增压风机入口烟道/增压风机叶片腐蚀问题 7暖风器相关问题 8锅炉整体诊断和全面运行优化 9配煤及入炉煤管理 10大型轴流风机变频改造由于时间限制和专题内容的增加，内容有所
2、调整，减少了机理和技术细节，详细的专业知识和措施我们会在专业会议和技术服务中直接对专工等进行培训交流。,3,目 录,1 氧化皮问题危害及现状 2 对有关几个特性的认识 3 一点共识 4 纵向防范 5 生产过程中的防治重点 6 几点体会和建议,4,1氧化皮问题危害及现状,锅炉受热面管内氧化皮问题，国际上已经出现和研究了将近50年。上世纪90年代，超超临界火电机组诞生，蒸汽温度达到600 /600机组效率达到44-45%，供电煤耗达到280g/kWh，在显示优越经济性的同时，伴随着出现了过热器、再热器氧化皮问题。造成两类安全性问题：堵管导致锅炉超温爆管、导致汽轮机叶片固体颗粒侵蚀。国内氧化皮问题在
3、亚临界机组上也有存在，但近年来随着国产超临界机组的大量投产，以及新材料的广泛应用，相继有不少电厂出现了过热器、再热器管内氧化皮问题，并已经成为影响到大机组安全稳定运行的典型性问题，曾经给生产管理造成比较大的困惑，到了必须深入研究、提高认识、统一采取措施的时候了。,5,氧化皮问题刚一出现，处理重点在于简单的事故统计分析，或者主要从化学和金属两个专业入手，局限于微观分析和机理的争论，但两三年来，认识提高很快。前两天，赵振宁检索发现，国内各种期刊上发表关于氧化皮问题的论文已达上千篇，浏览了其中的两百余篇，虽然层次、侧面不同，在具体点认识上会存在不同，但对机理的认识完全一致，说明目前大家都知道氧化皮是
4、怎末回事，认识普及的任务已基本完成。虽然国内在预防治理氧化皮问题方面各自采取了不同的措施和方式，但整体上远没有深入和系统化。随着各大发电公司机组逐步向着超临界及超超临界参数发展，此类问题肯定会更为突出。,6,我们接触氧化皮问题有3年了，也参与了一些电厂和公司相关问题的分析和措施制定，这中间其实并没有太多的创新点，一说都知道。但细想起来，氧化皮问题不论从产生的原因还是防治措施，都贯穿了设计、选型、制造、安装、调试、运行、维护、检修全过程，它不仅仅是认识问题，牵扯到技术进步和管理上台阶的问题，更从可靠性和经济性两个方面直接影响到投产机组的性能，所以，氧化皮问题是大机组运行中不能回避的危害性极强的实
5、际问题，是大容量、高参数机组的标志性问题，适合于从集团公司层面进行深入研讨交流，从电厂管理角度超前培训预控，以统一思想，达成共识，从而保证相关决策的正确性和措施制定执行的有效性。氧化皮问题涉及大型锅炉最核心问题，牵扯到壁温测量等难题，只有全面掌握和解决它，才能使我们的管理和技术完全适应超/超超临界时代的到来。,7,氧化皮的形状,8,氧化皮在管内的堵塞情形,9,超温及氧化皮问题危害,10,2 对有关几个特性的认识,2.1高温水蒸气特性认识纯净的水蒸汽在低温下是稳定和惰性的，但在400以上具有强氧化特性，对于钢铁而言，水蒸汽在500700是最强的氧化剂。,11,2.2 对材料的高温强度性能 和抗氧
6、化性能的认识,材料的高温强度性能通过许用应力和许用温度表示，在保证强度的情况下，可以耐受更高的温度；比如TP304、TP347的高温强度性能优于T91和12Cr1MoV。材料的高温抗氧化性能是材料抗烟气或者水蒸气腐蚀氧化的能力。不同材料的抗氧化性能不一样，比如奥氏体钢和铁素体型钢；同一材料的晶粒度和表面处理工艺不同，其抗氧化性能亦不同。细晶奥氏体不锈钢，或者进行表面镀铬、喷丸处理，都会提高材料的高温抗氧化性能，但材料价格异常昂贵，增加工程造价。,12,2.3 对材料及其氧化皮 热胀特性的认识,碳钢和低合金钢与其管内氧化皮的膨胀系数很接近，但奥氏体不锈钢的膨胀系数比其管内氧化皮（尤其是Fe3O4
7、）的膨胀系数大得多，在温度大幅变化时会产生巨大的内应力，导致氧化皮龟裂和剥离。实践证明，TP304、TP347管内氧化皮的稳定性不如T91。,13,材料的高温热强度性能 材料的高温抗氧化性能 材料的氧化皮稳定性,14,2.4 国内超临界锅炉高温受热面管材及其管内氧化皮的认识,锅炉汽温参数的提高、多种钢材并用和拼接、选择粗晶、不加表面处理的奥氏体不锈钢，是国内当前超临界锅炉设计和运行的基础。在500以上，该材料单和水蒸气反应，就开始生成氧化层，在570以上，氧化层中增加FeO相，材料氧化的速度逐渐加快，在600620之间，金属的氧化速度存在突变点，此时不锈钢的氧化层会迅速增厚。氧化层达到一定的厚
8、度，就会在运行条件变化（导致管壁温度突然大幅变化）时剥落，成为脱落氧化皮。由于选用材料和超临界机组锅炉的汽温特性，在运行中过热器、再热器管内必然会产生氧化层，在控制不精确的情况下，达到570以上超温时，必然会生成多相超厚氧化层（易脱落氧化皮）。,15,氧化皮的生成、生长速度、以及脱落和温度及其变化水平密切相关，所以日本的观点认为，蒸汽温度控制在540以内，不会发生氧化皮剥落。即氧化皮是高汽温参数的伴生物。亚临界锅炉氧化皮问题。,16,2.5 关于氧化皮的剥落,由于奥氏体不锈钢材料与其管内氧化皮热胀特性的巨大差异，所以在温度变化时都会产生应力，在温度变化速率和幅度较大时会由于应力过大而使氧化层断
9、裂和剥离。由于受到负荷和参数控制的限制，所以升温的幅度和速率不容易飞跃，而在机组停运时，尤其高负荷非停后，特别发生过超温后非停，客观又由于快速消压和强制通风等原因造成锅炉快冷，则管内氧化皮会大面积集中脱落，就会发生局部堵管和再次启动发生短期超温爆管事故。,17,统计表明，氧化皮一般容易在降温过程中发生剥落，在350附近发生剧烈剥落。在较高温度下剥落的氧化皮为片状，在较低的温度下剥落的氧化皮为粉状。氧化皮在升温过程中，在200300时也会发生氧化皮的剥落，但剥离量比降温过程少。奥氏体不锈钢的氧化皮非常容易脱落，在温度变化和机械震动的条件下，即使较薄的氧化皮也会剥落。,18,2.6氧化皮现象与氧化
10、皮问题,一方面奥氏体不锈钢材料与其氧化皮热涨特性有较大差异，在温度变化时会产生应力；另一方面，机组启停和负荷变化，必然产生温度变化，所以氧化皮剥离和脱落问题就不可避免了。关于氧化皮及其剥离现象，其实在超临界锅炉上都有；关键在于有氧化皮现象和有氧化皮问题其性质是截然不同的。局部少量剥离，没有发生堆积堵塞，不产生后果的，是氧化皮现象；大面积集中脱落，阻塞局部蒸汽流通，产生超温甚至过热爆管的，就是氧化皮问题。国华盘山与Y电厂,19,2.6 超临界机组的自身问题,近几年来，超/超超临界机组像雨后春笋般在国内全面发展起来，实际上整体缺乏一个研究、消化、试验验总结、和改进过程。燃料多变，如何保证合理的炉内
11、空气动力特性和减少热偏差；系统复杂，如何保证壁温测点设计安装全面并严格具有代表性；多种材料拼接，如何保证定值的合理性；自动调节品质如何保证燃水比的严格动态藕和性；AGC投入情况下对电网升降负荷速率的适应性；最重要的是，虽然材料等级提高了，但机组参数的提高，到底在机组运行中，材料是否还留有合适的裕度？热偏差、流量偏差、裕度（局部超温）以上这些问题，都是超临界机组锅炉面对的典型性问题，不论哪一个方面存在问题，都会导致锅炉局部显性或者隐性超温，这是氧化皮问题的痼疾，给运行造成困难和应力，对管理和技术要求更高，大家应多加总结研究。,20,3 一点共识,国内超临界机组锅炉设计和运行条件，决定其过热器、再
12、热器管内必然会产生氧化皮及其剥离；但由于相对温度水平、温度短期变化范围及速率的不同，将呈现氧化皮现象和氧化皮问题两种截然不同的结果。超临界机组氧化皮问题，是具体管材1在高温、特别是超温2情况下，由水蒸气3氧化生成氧化层，在达到一定厚度4情况下，主要由于快冷5等原因造成大面积集中脱落6，大量堆积使管内蒸汽流量减少或者中断7，管内蒸汽冷却效果变差，导致再超温或短期过热爆管8。,21,4 关于纵向的把关,防治超临界机组锅炉过热器管内氧化皮问题仍然是系统工程，讲的是完整性和适应性，同样需要从纵的和横的两个方面来把握，才能够有效避免。纵的方面涉及设计、选型、制造、监造、安装、监理、调试、运行、维护、检修
13、、试验、监督、和改造等环节，其中设计选型中减小热偏差、选择较大的管子弯曲半径、壁温测点布置、监造质量，安装监理的作用，以及酸洗、吹管工艺的把握等异常重要。在基建和调试方面，大唐国际、尤其在宁德一期工程，有全面的先进经验可供总结借鉴，无庸赘述。,22,设计选型控制热偏差,1)锅炉厂可根据本厂的设计规范选取热力偏差系数，但不得小于1.25。 同屏各蛇形管间流量偏差按与各管阻力的1.85次方反比确定。 2)材质允许壁温所预留的裕量不小于15。 3) “最高计算外壁温度”必须低于材质抗氧化性能所允许的最高温度。 4)过热器两侧蒸汽温度偏差不大于5，再热器两侧蒸汽温度偏差不大于10，烟气热偏差不大于50
14、。 5) 为了适应高温压下金属管壁的冷却，必须校核75负荷下的辐射受热面的壁温。,23,5 生产过程中的防治,横向的防范重点在于专业结合和管理提升方面，核心是运行监控及管理。氧化皮问题涉及金属、化学、热工、和汽机专业，需要共同配合，在建立完善制度、正确制定措施、和严肃执行规程的基础上，通过规范操作、精确控制来防止超温和汽温突变避免问题。,24,5.1 金属专业方面,摸清锅炉受热面不锈钢材料的使用情况，与运行管理部门共同研讨制定正确的壁温定值，加强定值管理，及时制定适用本单位的全过程监督管理制度，加强全过程监督，防止超温现象。,25,5.2 热工专业,a.壁温测点设计的完整性、合理性，安装的正确
15、性，测量指示准确性。 b.壁温测量和控制的区别壁温内外问题和动静偏差 c.燃水比和减温水调节品质。 d.AGC及实际升降负荷速率控制。,26,5.3 汽机方面,a.工质和能量的平衡问题。 b.旁路的使用。 c.机炉协调。 d.初试负荷和FCB期间防止出现短期严重超温,27,5.4 化学专业,水质监督及处理方式。保证水冷壁和受热面内表面清洁稳定，保证良好的汽温特性和壁温水平。,28,5.5 显性超温和隐性超温,5.5.1显性超温 壁温测点指示超过壁温定值。 大面积超温：运行工况控制问题。 单点超温（偏差）：设计问题或者空气动力问题。 5.5.2隐性超温（内伤） 壁温测点指示没有超过壁温定值，但有
16、氧化皮出现、或者发生管材老化现象。 定值不合理。 测点没有代表性。 内外差值问题。,29,过热器烟温和壁温分部,30,5.6 机组启动注意事项,a.严格按照机组运行规程规定进行锅炉上水； b.加强机组启动前的冷、热态水冲洗；减少机组频繁启停，减少机组负荷波动；控制锅炉升降负荷速率，避免频繁启停，减少热冲击。,31,c.严格按照锅炉启动曲线进行升温升压。 太仓控制升温速率如下： 温度在0200时，升温速率小于5/min； 温度200300时，升温速率小于3/min； 温度300450时，升温速率小于2.5/min； 温度450以上时，升温速率小于1.85/min； d.严格通过控制燃水比控制负荷
17、和汽温，合理使用减温水。 e.启动过程中加强受热面金属管壁温度的监视，控制金属壁温均匀上升；发现管壁温度异常升高（包括异常降低）时，稳定燃烧工况运行，停止升温升压； f.机组启动和并网带负荷过程中受热面金属管壁温度出现报警，通过稳定燃烧工况运行无法消除异常时，降低燃料量或机组负荷消除金属管壁温度报警；若还是无法消除报警且存在上升趋势时，申请停炉对超温管子进行割管检查处理。,32,5.7 机组运行中的监控,加强燃烧调整（入炉煤平稳、降低火焰中心、严防结渣、减小热偏差）和参数控制（燃水比、减温水），减小炉膛左右侧烟温、汽温偏差；防止出现锅炉严重结渣和严重结渣不均匀；优化吹灰，合理分配锅炉各段吸热，
18、严防超温；严肃超温管理。 a.运行人员加强受热面金属管壁温度的监视，出现金属管壁温度报警及时通知锅炉运行专工并记录； b.若高温过热器管壁温度超过600，应选择降低主蒸汽温度至560565运行；若降低温度运行后金属温度还是超限,适当降低机组负荷，维持金属管壁温度不超过600，同时汇报； c.严格控制燃烧和燃水比，减少减温水使用和波动； d.优化吹灰制度并严格执行制度，保证疏水彻底，疏水温度不低于300。若机组连续550MW以上负荷运行， 白班、前夜班对炉膛水冷壁和屏式过热器全面吹灰； e.机组升降负荷时控制主蒸汽和再热蒸汽温度变化率小于1.85/min。,33,5.8 机组停运注意事项,a.合
19、理控制降温速率。机组负荷200MW以上，控制主蒸汽和再热蒸汽降温速率小于1.85/min； b. 慎重使用减温水。机组负荷降至100MW以下时关闭二级减温水，只通过一级减温水调节主汽温； c. 慎重选择深度滑停。 d.合理停炉。闷炉概念。机组负荷降至200MW时，快速开启高低压旁路降负荷至50MW，手动MFT打闸停机；吹扫5分钟后，停止送引风机运行，关闭风烟系统挡板。 e. 停炉后采用抽真空保养方式，按照锅炉抽真空保养操作票进行。,34,5.9 检修和点检的重点,a.逢停必查，确立制度。 b.停炉检修中不要随意敲打管子。 c.及时割管检查，由冷及热（到底超温没有？哪里超温了？），由内及外（壁温
20、测点安装的对应吗？和金相符合吗？），仔细总结规律，优化改进壁温测点和定值，尤其对于隐性超温，务必深究（技术）。 d.选择合理检查手段，提高工作效率。 e.及时更换病管，中断致病条件，防止恶性循环。,35,6 超/超超临界锅炉 防治氧化皮问题的几个案例,扬二电厂 国华太仓电厂 上锅600MW和660MW机组锅炉T23和T91材料 关于1000MW机组（调研）受热面内部清洁、调试质量、双切圆空气动力特性和运行热偏差控制,36,7.几点体会和建议,1.超临界机组炉内管氧化皮问题，是锅炉机组防治四管泄漏问题的一个专门课题，仍然服从锅炉问题的一般规律，不是深不可测的神秘境地，在现有条件下，通过技术和管理
21、的提高，或者通过必要的技术改造，可以防范和有效改善。 2.解决问题的入手重点仍然是对锅炉机组性能研究掌握。 3.制度、规程、措施体系的完整适应性，规范操作和精确控制。 4.氧化皮问题颠覆了我们对直流锅炉简单的一般认识。 1.要重视锅炉的测量问题，重点和难点是风量和壁温测量，这是大型锅炉运行的核心问题。 2.如果存在氧化皮问题，一定要重视相应受热面的壁温测点对应检查分析和优化加装。 3.超/超超临界机组电厂或者机组出现过氧化皮问题的电厂必须制定完整的防治制度和措施。在下次的防止电力生产重大事故措施时我们一定建议要把“防治氧化皮措施”加进取。,谢谢交流！,祝大家们： 工作顺利 身体健康,张清峰 华北电力科学研究院,办公室电话：010-88071201 载波电话： 92-681-1201 手机： 13501250448 E-mail: ,
