超临界锅炉启动阶段控制氧化皮生成的措施研究

摘 要：超临界锅炉在启停过程中由于受热面温升率控制不当等因素造成氧化皮生成与剥落，造成锅炉被迫停运的事件。为避免锅炉爆管事件的发生，文章从生成氧化皮的主因入手，通过优化规范锅炉启动阶段的操作事项，提出锅炉启动阶段控制氧化皮生成的针对性措施。

关键词：锅炉;氧化皮;措施;吹扫

随着国内超临界锅炉过热器、再热汽堵塞爆管等问题频繁发生，致机组可用率降低，严重影响发电机组的安全性和经济性。氧化皮的生成和剥落主要集中在机组启停过程中，所以如何通过有效的抑制锅炉启动阶段氧化皮的生成，对锅炉的长周期安全稳定运行具有重要意义。

1 氧化皮生成原因及影响

氧化皮的生成主要原因有：管材选用、水质控制、运行控制等方面问题。

在高温环境下，水蒸汽管道内会出现水分子中的氧与金属元素反应，称为蒸汽氧化。其化学方程式如下：3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2↑;Fe3O4+Fe→4FeO;3FeO+H2O→Fe3O4+H2。超临界直流锅炉在启动过程中由于受热面温升率控制不当等因素易造成氧化皮生成与剥落，氧化皮沉积在受热面管内造成管内蒸汽流量减少，使金属加速蠕变胀粗，最终发生爆管泄漏。

2 启动阶段控制措施

2.1 锅炉上水要求

（1）超临界机组运行中，因直流炉没有排污，杂质将直接进入锅炉高温受热面，直至进入汽机通流部分，无论是汽轮机还是锅炉，对水质的要求标准极高，如果水质达不到要求将有可能导致锅炉损坏，如鼓包，管板裂纹，变形，爆管，严重腐蚀等，也有可能造成腐蚀、结垢、积盐的可能性，影响汽轮机的工作效率和安全运行。

（2）锅炉上水前应严格控制除氧器出口水质含铁量<100μg/l时才能向锅炉上水，锅炉上水时必须投运精处理混床。同时应利用辅汽至除氧器加热，结合锅炉水冷壁管壁温度，控制上水温度与炉内厚壁金属的温差≯50℃，同时注意进入锅炉水温不超过100℃，防止热水汽化，在锅炉未点火之前水蒸汽进入过热器。

（3）锅炉上水时应严格控制上水流量和上水速度，上水流量应不大于5%BMCR，为方便小流量的上水要求，建议利用汽动给水泵前置泵控制上水速度，夏季上水时间不少于2小时，冬季不小于4小时，如水冷壁管壁金属温度<38℃且给水温度较高时，上水速率应尽可能小。待汽水分离器见水后，应对锅炉水循环管路沿程放水管逐一冲洗，建议至少5分钟，然后关闭放水一、二次门，关闭省煤器出口放气阀，上水结束。

2.2 冷态清洗

（1）锅炉进入冷态清洗程序：循环清洗期间，保持给水流量为10%BMCR左右，具体决定于清洗速度。锅炉开始冷态开式冲洗：流程为：凝汽器→除氧器→给水泵→省煤器→分离器→贮水箱、疏水扩容器→冷凝水箱→循环水出水。

（2）为了加强冲洗效果，冷态开式清洗时给水量采取变流量、大流量进行冲洗。当锅炉分离器水质Fe<200μg/l时，启动炉循泵，进行锅炉冷态循环冲洗，当省煤器入口水质含铁量Fe<50PPb，分离器出口含铁量Fe<100PPb时，冷态冲洗结束。

（3）调整锅炉水冷壁给水流量在30%BMCR左右，打开水冷壁、省煤器放水一、二次门，放水时确认管路是否通畅，每路至少放水5分钟，保证各放水管内充分排污。

2.3 点火阶段控制措施

（1）点火前应可能提升水冷壁出口温度，尽量控制在高值（一般90℃左右），以便点火后能有效控制锅炉内管壁的温升速度，降低锅炉金属管热应力变化，这一点尤为重要。

（2）控制首台磨煤机启动应尽量选择高挥发分、低热值的煤种作为点火煤种。点火（等离子）前，尽量提高煤粉细度，保证燃烧效率。锅炉点火、3分钟着火稳定后，应立即降低燃料量至12t/h最低煤量，及时调整磨煤机风量在较低风煤比约58t/h，维持燃烧稳定。

（3）点火后应保持炉内各金属管壁平穩缓慢升高，结合温升速度逐步调节煤量控制升温升压率：升温过程中，主、再汽温稍快于汽水分离器升温速度，但应控制不大于1.5℃/min。控制升压速率为0.15MPa/min以内。升温升压期间，应控制炉膛出口烟温不大于540℃。

（4）汽水分离器起压后，缓慢开启高旁、低旁压力控制阀门开度，保证过热器、再热器的通流量，防止干烧，同时检查高旁、低旁阀后温度正常。

（5）当分离器压力达到0.2MPa，关闭分离器空气门、过热器区所有空气门，保持省煤器入口给水流量在600t/h左右。全面检查主、再热蒸汽管道疏水畅通，注意自动主汽门、中联门、高排逆止门、各级抽汽逆止阀等严密情况。

（6）当分离器压力升至0.5MPa，确认过热器各疏水管畅通。逐一开启水冷壁、省煤器各放水门进行一次排污，分别排污5min后关闭。根据炉水水质情况，决定排污次数。当汽水分离器压力高于0.5MPa，蒸汽流量建立后，相应的过热器、再热器受热面管壁温度高于相应压力下的饱和温度30℃～50℃且壁温趋势相对稳定时，关闭过热器、再热器所有疏水二次门。

（7）再热汽起压后达0.2MPa，再热器蒸汽流量建立，关闭再热器系统放气一、二次门，当发现蒸汽量产气量低，过热器、再热器壁温上涨过快时，可通过适当降低给水流量，提高锅炉产气量，控制壁温变化过快。

2.4 热态清洗

（1）当分离器入口温度在190℃左右时对锅炉进行热态冲洗（通过给水、燃料量及高低旁开度的调节，控制主汽压力进而控制炉水温度），热态冲洗期间应注意控制锅炉内各受热面金属温度，通过调整燃料输入量，使炉膛出口的烟温探针不超过540℃。

（2）在汽水分离器压力达5MPa前，根据过热器沿程蒸汽过热度，适当开关疏水门进行疏水。当分离器的疏水中Fe<50μg/L，SiO2<30μg/L，电导率<0.65μS/cm，热态冲洗结束。

（3）点火初期，为防止喷水不能全部被蒸发而积在过热器管内，不采用喷水减温。在锅炉启动升温升压的过程中，主要采取通过燃烧调整和控制高、低旁开度等手段调节汽温汽压。

（4）锅炉升温升压期间，加强受热面金属管壁温度的监视，控制金属壁温均匀上升;发现管壁温度异常时，应及时分析原因、稳定燃烧并停止升温升压。

（5）热态清洗结束后，应加强对锅炉给水流量的调节，保证汽水分离器溢流阀开度15%以内，避免工质浪费的基础上，增大过、再热器蒸汽流量。

（6）启动过程高、低压旁路尽可能开大运行，保持高旁开度不小于55%，低旁开度不小于60%，使过热器、再热器保持较大的通流量，防止温升速度过快。

3 过热器、再热器系统的氧化皮吹扫

机组升温升压期间可利用汽轮机启动旁路系统对锅炉氧化皮进行吹扫。在锅炉点火后升温升压阶段，应在控制汽温汽压稳定的基础上，通过汽机的高、低旁路阀开度对通过锅炉过热器、再热器进行蒸汽吹管，并实时监测凝结水含铁量的变化，判断氧化皮脱落脱落情况。

条件：当主蒸汽压力升高至4.5～5.0MPa，进行过热器、再热器系统的吹扫。吹扫顺序：再热器吹扫→过热器吹扫→再热器吹扫。

3.1 再热器吹扫步骤

（1）当主蒸汽压力升高至5MPa，解除高旁自动，逐渐关小低旁阀，调整再热蒸汽压力1.1MPa，准备进行试吹扫。

（2）将低旁开度指令置95%，检查低旁快速开启（注意：易发故障信号），就地检查管道振动情况。期间通过高旁调整再热蒸汽压力1.1MPa稳定，保持10min后，恢复高旁开度。

（3）试吹扫期间摸索分离器水位以及给水流量控制方法，如系统运行正常，无管道异常振动现象，待主蒸汽压力升至5MPa时进行正式吹扫。

（4）逐渐关小低旁阀，调整再热蒸汽压力2.5MPa;如此时低旁开度大于50%，则通过关小高旁，使低旁开度小于50%，但控制主汽压力不大于7MPa。

（5）将低旁开度指令置95%，检查低旁快速开启，期间通过高旁调整再热蒸汽压力2.5MPa稳定。保持30min后，逐步恢复高、低旁原始开度，调整主汽压力5.0MPa，再热蒸汽压力2.5MPa。

（6）视水质变化情况，重复第5项操作数次。

3.2 过热器吹扫步骤

（1）当主蒸汽压力升高至5MPa，准备进行试吹扫。

（2）解除高旁自动，逐渐关小高旁阀至10%开度，然后将高旁开度指令置95%，检查高旁快速开启，就地检查管道振动情况。吹扫10分钟后，将高旁阀关至初始开度（高旁解除自动前的开度）。

（3）试吹扫期间摸索分离器水位以及给水流量控制方法，如系统运行正常，无管道异常振动现象，待主蒸汽压力升至5MPa时进行正式吹扫。

（4）逐渐关小高旁阀至10%開度（记录当前压力），然后将高旁开度指令置95%，检查高旁快速开启，吹扫20分钟，然后逐步将高旁阀关至10%开度。

（5）待主汽压力升至初始值（高旁10%开度时记录的压力），重复第4项操作。

3.3 吹扫注意事项

吹扫期间应保持锅炉热负荷不变，并保证高、低旁开度不得过小，操作旁路时，本着先关高旁再关低旁，先开低旁再开高旁的原则，防止再热器系统超压，在高低旁开关时，要加强对给水压力、启动分离器参数的监视，防止给水波动大，同时控制炉膛出口烟温探针温度小于540℃，保证再热器的通流量，防止干烧。

4 结语

当前，国内火电厂锅炉频繁发生过热器、再热汽堵塞爆管、锅炉汽水系统节流管圈堵塞等问题，造成机组可用率降低。所以，采取合理必要的措施，利用机组启动阶段抑制氧化皮生成及剥落，将会大幅减少氧化皮造成的危害。

参考文献：

[1]张英主编.超（超）临界机组高温氧化检测及防护技术[M].化学工业出版社，2018-01-01.

[2]张磊，李广华.锅炉设备与运行[M].中国电力出版社，2008.

作者简介：冯磊（1986— ），男，蒙古族，辽宁锦州义县人，本科，中级工程师，毕业于沈阳工程学院电气工程及其自动化专业，现就职于福建省鸿山热电有限责任公司，任发电部值长，研究方向：火电厂集控运行。