350MWCFB超临界机组固体颗粒物侵蚀特性和防护措施

徐怀德

神华神东电力山西河曲发电有限公司

350MWCFB超临界机组固体颗粒物侵蚀特性和防护措施

徐怀德

神华神东电力山西河曲发电有限公司

本文以超临界机组为基础，阐述了固体颗粒侵蚀的性能特点，分析了对固体颗粒侵蚀进行防护的设计和使用过程。

超临界机组；固体颗粒物；侵蚀特性；防护措施

一、引言

固体颗粒侵蚀（简称SPE），是指在某些特定工况下主再热蒸汽带有一定浓度的固体颗粒物，随蒸汽流入汽轮机，从而对汽轮机部件造成冲击磨损的一种现象。

SPE源头：特定工况下，锅炉受热面金属氧化脱落形成氧化皮，部分沉积在锅炉，部分被蒸汽携带，不断撞击，破碎，形成金属氧化物固体颗粒。

SPE产生原因：喷嘴在加速过程中形成汽固两相流，固体颗粒轨迹撞击，破坏喷嘴边和腹部。动叶进口速度三角形发生变化，颗粒速度小于蒸汽流速，撞击、破坏动叶进汽边背弧。通流部件受到这些粒子高速、连续的冲击和磨削，喷嘴和动叶片的汽道上的金属材料被剥离，有的因为受到撞击或磨削而变形。固体颗粒侵蚀后降低了汽轮机的效率和可靠性。

SPE固体颗粒物浓度变化规律：化学水工况使钝化膜中Cr成分以铬酸形式进入汽水系统，使钝化膜呈层状分布，易脱落，炉侧受热面温度巨变，由于热胀冷缩和热应力作用，氧化皮脱落，固体颗粒物浓度增加。机炉启停，负荷巨变时。

二、超临界CFB机组介绍

1.神东河曲发电厂锅炉为东方锅炉厂自主开发的DG1150/ 25.4-Ⅱ1型超临界循环流化床锅炉。DG1150/25.4-Ⅱ1型CFB锅炉为超临界直流炉，单炉膛、M型布置、平衡通风、一次中间再热、全紧身封闭、循环流化床燃烧方式。

2.汽轮机是上海电气集团公司生产：超临界、表凝式间接空冷凝汽式，型号：NJK350-24.2/566/566；NJK-凝汽式间接空冷，350-机组额定功率350MW，24.2-主汽压力24.2MPa，566-主汽温度566℃，566-再热汽温566℃。

三、固体颗粒侵蚀的特性

根据入射角的不同，固体颗粒侵蚀类型分为两类：其中入射角大于90度的称为变形侵蚀，入射角小于90度的称为切削侵蚀。固体颗粒的侵蚀率受到撞击速度、入射角的影响。如果固体颗粒的入射角相等，如果撞击速度越大，那么固体颗粒受到的侵蚀越严重。如果撞击速度相同，入射角不同，侵蚀率也会不一样。通过试验得到如下结论：固体颗粒的入射角在20-25度左右时，叶片的侵蚀率此时最大。

对于喷嘴出口的撞击速度而言，冲动级林比反动级高，相应的固体颗粒的侵蚀比也要更严重，冲击级动叶片固体颗粒侵蚀如图2所示。现在我国的超临界机组一般都是冲击式汽轮机，这种汽轮机比反动式汽轮机受到的固体颗粒侵蚀要严重。

四、固体颗粒物冲蚀的危害

1.主、再蒸汽阀严密性下降。甩负荷工况下易超速。

2.旁路阀严密性下降，工质内漏、损耗。

3.汽轮机叶片表面粗糙度变大，叶片型线变化，动叶、喷嘴背弧段冲蚀，叶片减薄，强度下降汽流方向角变化，严重情况下，导致叶片事故。

五、应对固体颗粒侵蚀的措施

1.设计

（1）旁路系统。汽轮机的旁路系统的容量尽量选择余度较大，满足锅炉启动大流量冲洗。

（2）受热面管材。超临界锅炉的运行形式是直流锅炉，这是由超临界锅炉的汽水特性决定的。在进行超临界锅炉的冷壁出口温度设计时一般较低，这种情况下可采用12CrMoG管，这种管材属于膜式水冷壁管屏，不必对整屏进行焊接热处理，安装对接焊口时，也不必进行焊接热处理。超临界机组锅炉设计时规定的主汽温度是566度，钢材要有较佳的热强性，要采用新型高铬奥氏体钢，这种管材的热强性高，具有较好的抗蒸汽氧作作用以及耐高温腐蚀的作用。

（3）调节级喷嘴的调整设计。对喷嘴的几何形状进行改变，对每一级和下一级的喷嘴和动叶的距离进行调节，就可以有效的改善固体颗粒的侵蚀率。

（4）锅炉、汽轮机制造、安装过程中应保证设备管路的洁净无氧化皮。

2.神东河曲防止固体颗粒物侵蚀防护措施

（1）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；

（2）新机组启动阶段采用酸洗、吹管及旁路蒸汽冲洗等措施充分去除氧化皮。

（3）冷态启动过程中严格按照机组升温控制曲线控制蒸汽温度、床温变化，控制锅炉脉动给煤时间，杜绝锅炉爆燃现象；在进行热态启动时，要根据每个热状态下的升温控制来对蒸汽温度进行调节。

（4）在锅炉启动的同时，要启动旁路系统，这样可以使过热器和再热器免遭干烧，从而造成管壁的温度超标。

（5）对燃烧、配风进行调整，对煤水比进行控制，可以对受热面的温度场分布情况进行改观，使受热面管材的壁温偏差和气温偏差得到降低；严禁锅炉受热面超温运行和剧烈温度变化，严格限制锅炉及受热面的快启、快停和快冷方式。

（6）加强过热器和再热器壁温的监测和控制，严禁超温、超负荷运行。要保证管壁监测报警系统具有较低的温度值，对过热器和再热器的管壁温度进行严格的控制，如果出现汽温的超标，就要及时进行考核和管理。

（7）对锅炉水汽进行监督，对在线化学仪表进行维护和检验，这样可以保证在线化学仪表数据显示的准确性。要对凝结水、给水品质进行控制，在运行时要保证凝结水精处理装置的正常运行，汽水品质要控制在指标范围内，这样做可以保证机组的汽水化学的良好品质。

（8）机组变负荷相应速度限制在4MW，，如发生负荷快速波动等因素引起氧化皮大面积剥落，极易发生固体颗粒物侵蚀。

（9）机组运行一年后化水全挥发分处理改为OT加氧模式。

（10）锅炉停运后严禁强制冷却，执行自然冷却。

六、结论

1.固体颗粒侵蚀造成的后果非常严重，对超临界汽轮机叶片等部件的可靠性和经济性有非常不利的影响。影响汽轮机高温叶片等部件的固体颗粒侵蚀率的因素主要有：颗粒颗粒的数量、撞击速度、入射角、材料的而侵蚀性能等。

2.要保证超临界机组的汽轮机的使用寿命和内效率，就要减少固体颗粒的侵蚀，只有侵蚀率降低了，才能保证机组的安全稳定运行。

［1］史进渊，杨宇，邓志成，孙庆，张恒涛.超超临界汽轮机固体颗粒侵蚀的研究［J］.动力工程，2003，23（4）：1000～6761.

徐怀德（1988-），男，大学本科，助理工程师，集控技师，从事集控专业运行工作，神华山西河曲发电有限公司生产技术部，锅炉主管。