旁路系统在减轻氧化皮堵塞和固体颗粒物冲蚀中的应用

王鹏宇

摘 要：随着科学技术的进步和人们对环境保护的日益重视，大容量、高参数超（超）临界机组已经成为火电建设发展的主流。锅炉过热器出口蒸汽压力已达到30MPa，主、再热蒸汽温度更是达到了605/623℃的新高度，超（超）临界机组带来高效率、高环保的同时，锅炉氧化皮堵塞和汽轮机固体颗粒物冲蚀问题，已经成为影响机组安全稳定运行不可回避的问题。本文主要对比阐述配置常规容量旁路（超）超临界机组，如何在机组启停阶段利用旁路系统对锅炉管道进行有效吹扫，从而减轻锅炉脱落氧化皮堵塞和汽轮机固体颗粒物冲蚀问题。

关键词：氧化皮堵塞;固体颗粒物冲蚀;旁路选型;稳压吹扫;降压吹扫

中图分类号：TK261 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）07-0175-02

0 引言

超（超）临界机组在经济和环保方面取得了巨大的成功，但在长期稳定运行方面却面临着锅炉脱落氧化皮堵塞和汽轮机固体颗粒物冲蚀等问题的挑战。这些问题至今尚无彻底解决的办法，但我们可以利用现有的条件尽量延缓问题出现的时间，将经济损失降到最小。

1 氧化皮脱落给机组带来的主要危害

锅炉管束脱落的氧化皮堵塞受热面管道，使管道通流量减少，造成管束短期或长期超温而爆管，其中以大量布置垂直受热面的π型锅炉尤为严重。高速蒸汽流携带出管束中积存的氧化皮颗粒又带来了汽轮机固体颗粒物冲蚀问题，严重影响汽轮机效率，增加了维护工作量。蒸汽携带的氧化皮颗粒在低速区沉积在机侧阀门处，造成阀门卡塞，威胁机组安全运行。冲出机侧系统的固体颗粒物进入到凝结水和给水系统，恶化了汽水品质，加速了锅炉的腐蚀结垢。

2 炉选型式

超（超）临界电站锅炉主要有两种类型，一种是塔式锅炉;一种是π型锅炉。π型锅炉布置有大量的垂直对流受热面（屏式过热器、高温过热器和高温再热器），在启动阶段，蒸汽动量不足以将脱落的氧化皮带出垂直管段，氧化皮堵塞在U型管底部弯头处，阻塞蒸汽的流通，造成管束超温爆管。在高负荷阶段，部分氧化皮被高速蒸汽流吹出，蒸汽所携带的高动量固体颗粒物将对汽轮机产生冲蚀。塔式锅炉，对流受热面均为水平布置，启动階段脱落的氧化皮容易被蒸汽冲走，经高低压旁路系统直接送入凝汽器中，氧化皮脱落所带来的危害明显缓解。塔式锅炉虽然在应对受热面氧化皮堵塞问题上有着先天的优势，但因其设备造价高，基建工期长，低负荷区间再热蒸汽温度难以保证等问题，在发电企业实际选型应用上与π型锅炉不分伯仲。对于超临界以上参数的锅炉，无论选择何种炉型，氧化皮问题都是无法避免的，关键在于如何减少其危害。

影响氧化皮脱落的主要有两个因素：一是氧化皮达到了一定的厚度;二是管束温度大幅度、高频率变化，氧化皮受到应力作用（主因）。氧化皮的膨胀系数要远小于金属管材的膨胀系数，管束温度变化越剧烈，氧化皮受到的应力就越大，越容易使其从本体上脱落下来。如果机组能长期在较稳定的负荷下运行，氧化皮脱落的概率就大为降低。这样不管采用何种炉型、何种旁路容量配置，都会大为延缓氧化皮堵塞和固体颗粒物冲蚀问题，所以最有效的方法就是尽可能地减少锅炉汽水系统的冷热循环，减少锅炉的启停次数。随着新能源的崛起和火力发电机组的大量建设，火电机组的利用小时数被大量压缩，大容量机组参与电网调峰已是常态化，在应对氧化皮堵塞和固体颗粒物冲蚀问题上，火电机组只能寻找新的突破点。

3 旁路型式

旁路型式，如表1所示。

设有大容量的旁路系统，在机组启停及运行中有着各种先天优势，不但满足常规的启停需求，更是减少非锅炉故障的突然停炉问题。但因其造价较高且对带基本负荷或参与调峰较少的机组来说，机组服役期间优势并不明显，所以还没有取得最广泛的应用。对于已经建成的火电机组，进行旁路系统改造，其可操作性和经济性都不强，只能利用现有的条件解决问题。

4 对锅炉内氧化皮进行吹扫

对于配置三用阀旁路系统或采用塔式锅炉的机组，当锅炉内氧化皮厚度达到临界值或已出现氧化皮脱落现象时，为防止运行中氧化皮大量脱落带来的危害，可在机组启动过程中人为的让厚度较大的氧化皮提前脱落，然后采取相应措施进行处理。将锅炉进行初步升温升压，然后快速停炉冷却，让管道内的氧化皮在应力作用下先期脱落，然后在启动中利用旁路系统将脱落的氧化皮冲到凝汽器中，从而做到提前预防主动控制。虽然这样会延长机组启动时间并增加燃料的损耗，却是减轻氧化皮危害的一种很有效方法。在机组停运过程中，汽轮机先行解列，锅炉继续短期维持运行，用旁路系统同样能对炉内脱落的氧化皮进行吹扫。对于旁路容量较小且氧化皮问题已经很严重的π型锅炉来说，易采用停炉对管道弯头处进行射线检查，然后割管清理的方法。

π型锅炉和常规容量配置的旁路系统机组，虽然在应对氧化皮堵塞上有着先天的不足，如能在机组启停过程中，合理的利用旁路系统，对垂直段对流受热面管束进行稳压或降压吹扫，将锅炉内脱落的氧化皮吹扫至凝汽器，依然可以大为减缓氧化皮的危害。

现以东方超超临界π型锅炉，旁路配置为高旁（40%）+低旁串联旁路机组为例，简述对炉内氧化皮的吹扫过程。

4.1 锅炉稳压吹扫

锅炉按照启动曲线正常升温升压，当锅炉分离器压力大于5.0MPa时，及时启动第二套制粉系统，保证燃料量充足，继续进行升温升压。手动逐渐开大高低压旁路，直至旁路阀全开，注意调整给水流量，保持锅炉贮水罐水位并尽量减小361阀的开度。当锅炉分离器压力达到7.0MPa时，维持锅炉总燃料量稳定，给水流量在750t/h左右，361阀近0开度，对锅炉管道进行稳压吹扫。稳压吹扫1小时后，进行凝结水水质化验，当凝结水外观澄清透明后，稳压吹扫结束，逐步减少燃料量、关小高低压旁路，调整锅炉各参数至汽轮机冲转所需参数。锅炉进行稳压吹扫操作相对简单，但对燃料和除盐水消耗较大。

4.2 锅炉降压吹扫

锅炉热态冲洗结束后，手动逐渐开大高低压旁路至60%以上，对旁路系统进行充分暖管。当锅炉分离器压力达到2.0MPa时，逐渐关小高压旁路，将低压旁路阀手动逐渐开大，直至全开位。当高压旁路关至最小允许开度（10%）后，快速全开高压旁路阀，对过热器和再热器进行第一次试吹扫。高压旁路全开1分钟后，关小高压旁路阀，然后再次进行升压。缓慢提高蒸汽吹扫压力，依次在分离器压力3.0、4.0、5.0、6.0、7.0MPa下，重复上述吹扫操作，直至吹扫合格为止。随着降压吹扫压力的逐步提升，及时启动第二套制粉系统，保证燃料量充足。吹扫过程注意给水流量的调节，要始终保持高旁有一定开度，维持再热器必要的冷却蒸汽流量，防止触发锅炉“再热器保护”。锅爐降压吹扫过程，对炉内氧化皮有一定的扰动作用，促使一些氧化皮提前脱落。降压吹扫过程相对复杂，需要运行人员有一定的操作经验，燃料和除盐水消耗相对较少，对高压旁路阀门有一定的冲击影响。

机组在停运过程中，如锅炉侧无明显故障，可先行将汽轮机解列，锅炉继续短期维持运行，采用类似上面的两种操作方法对锅炉管道进行吹扫。

5 锅炉氧化皮吹扫效果

塔式锅炉或配置三用阀旁路系统的机组，利用上述方法对锅炉氧化皮进行吹扫，几乎可以将脱落的氧化皮吹扫干净，有效防止了锅炉氧化皮堵塞和汽轮机固体颗粒物冲蚀问题。π型锅炉和常规旁路配置的机组，采用上述的吹扫方式也可以将大量的固体颗粒物从锅炉管束中吹出，大大减缓了锅炉氧化皮堵塞和汽轮机固体颗粒物冲蚀问题。对于锅炉管束弯头处已经存在大量脱落的氧化皮并有管路堵塞现象的机组，最好还是采用停炉进行射线检查，割管检修清理的办法。

利用旁路系统对锅炉管道进行氧化皮吹扫，只能解决已出现的部分问题，最有效的办法还是在运行中严格控制系统参数。防止锅炉出现超温超压、两侧汽温偏差大、温度大幅波动，并有效减少锅炉停运次数，加强金属监督和停运后的维护保养。应用旁路系统吹扫锅炉氧化皮虽然可以有效降低其危害，但如果吹扫过于频繁或操作中控制不当，容易出现旁路阀芯受损或锅炉超温问题，对机组的安全稳定运行带来不利的影响。

综上所述，无论采用什么炉型，何种旁路配置（一级大旁路效果较差，可根据情况适当进行），都可以应用上述方法对锅炉内脱落的氧化皮进行有效吹扫。结合运行时严格的参数控制及停运后的维护保养，虽然不能完全解决超（超）临界机组锅炉氧化皮堵塞和汽轮机固体颗粒物冲蚀问题，但也会让这些问题出现的间隔有效延长，危害大大减缓。

6 结语

超（超）临界机组是火电发展的必然方向，不仅要在材料技术上有所突破，更要在运行操作理念上跟进。在超（超）临界机组广泛应用的同时，还有许多技术问题有待解决，新的方案同样会带来新的问题，只有在实践中反复摸索才会有突破进步。锅炉氧化皮堵塞和汽轮机固体颗粒物冲蚀是无法避免的但并不是无法控制的，随着运行操作理念的完备，应用旁路系统对锅炉脱落的氧化皮进行吹扫，为防治氧化皮堵塞和固体颗粒物冲蚀打开了一个新的局面。

参考文献

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