660MW超臨界鍋爐高溫受熱面氧化皮的產(chǎn)生原因

譚全

摘要：鋼鐵在高溫下發(fā)生氧化作用，表面形成了一層腐蝕產(chǎn)物，這種產(chǎn)物被稱為氧化皮。氧化皮的主要化學成分為鐵的氧化物，包括FeO、Fe3O4以及Fe2O3等，其中FeO結(jié)構(gòu)松散，起到的保護作用很小，F(xiàn)e3O4 與Fe2O3 的結(jié)構(gòu)相對緊密。在超臨界鍋爐的高溫受熱面，往往更容易出現(xiàn)氧化皮，如何讓鍋爐高溫受熱面氧化皮的產(chǎn)生和脫落得到有效的控制，已經(jīng)成為了電力企業(yè)需要處理的問題之一。對此，本文針對660MW超臨界鍋爐高溫受熱面氧化皮的產(chǎn)生進行了研究與分析，提出了相應的控制方法，以期達到控制氧化皮的生成和脫落，從而提高鍋爐運行效率的目的。

關鍵詞：超臨界鍋爐;受熱面;氧化皮

前言：

近些年來，超臨界鍋爐發(fā)電具有節(jié)能減排、耗煤量低等優(yōu)點，已經(jīng)在我國逐步成為鍋爐選擇上的主要趨勢。但是660MW超臨界鍋爐也依然存在有一些問題，例如材料經(jīng)過長時間的慢慢氧化積累而形成一層氧化皮。氧化皮的膨脹系數(shù)與密度都和鋼管基材之間，存在著不曉得差異，這就會造成氧化皮很容易在外部里的影響下脫落，將受熱面管堵塞。從現(xiàn)階段的情況來看，氧化皮的產(chǎn)生與脫落，們已經(jīng)成為了影響660MW超臨界鍋爐運行的一大因素。

1 氧化皮產(chǎn)生的基本原理

金屬在高溫條件下，可以與水蒸汽發(fā)生嚴重的氧化反應。當溫度高于450℃的時候，金屬鐵與水蒸汽發(fā)生如下反應反應，生成含鐵元素的氧化物[1]：

3Fe+4H20=Fe3O4+4H2

與鐵發(fā)生氧化的氧元素是存在于H2O中的，HO與O2和H2之間的比值平衡如下：

2H2+02=2H20

所以水蒸汽的氧化性強度，被O2和H2之間的比例所影響，在600℃的溫度條件下，與FeO平衡的值大約為7，相應的平衡氧分壓大約為10～26atm。但是在實際情況中。過路的運行使得水蒸汽的流量較大，生成H2的量不大，而且還容易隨著水蒸氣流失，所以平衡值會小于7，從而促進了導致鐵的氧化速率。

2 氧化皮產(chǎn)生的原因

2.1 鍋爐過熱蒸汽系統(tǒng)的氧化皮

660MW超臨界鍋爐高溫受熱面容易因為蒸汽溫度過高而產(chǎn)生氧化皮，在制造加工和運行兩個階段尤為明顯。在制造加工階段，蒸汽管內(nèi)的溫度可以達到570℃以上，這就促使了鐵的氧化，產(chǎn)生了氧化膜，這種氧化膜的主要成分有FeO、Fe3O4，以及Fe2O3。其中FeO結(jié)構(gòu)松散，起到的保護作用很小，F(xiàn)e3O4 與Fe2O3 的結(jié)構(gòu)相對緊密，能夠起到一定的保護作用[2]。對于新的鍋爐設備，經(jīng)過酸洗環(huán)節(jié)，促使其表面Fe3O4以及Fe2O3的保護層，這樣能夠讓產(chǎn)生的氧化皮不易，從而防止鍋爐鋼體表面裸露，導致新的氧化皮產(chǎn)生，形成一個惡性循環(huán)，對鍋爐的質(zhì)量造成了威脅。660MW超臨界鍋爐高溫受熱面在運行后溫度大約在450～570℃，在這種環(huán)境下生成的氧化膜主要成分為Fe3O4和Fe2O3，能夠在一定程度上阻止660MW超臨界鍋爐高溫受熱面再次發(fā)生氧化，起到一定的保護作用。

2.2 鍋爐水系統(tǒng)腐蝕物產(chǎn)生氧化皮

660MW超臨界鍋爐的水回路管道的組成材料，主要為碳鋼、低合金鋼，或者高合金鋼、銅合金等等。在水回路管道中，存在著一些化學藥劑以及工業(yè)廢水，這些化學成分進入鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)發(fā)生反應，會產(chǎn)生多種具有腐蝕性的物質(zhì)。部分含鐵的氧化物還會出現(xiàn)沉積的現(xiàn)象，對管路造成堵塞。如果化學物質(zhì)進入汽輪機中，會對汽輪機葉片造成腐蝕，使其運行效率下降。如果進入到汽閥，容易讓閥門變得遲鈍，還會出現(xiàn)汽輪機徹底卡住的現(xiàn)象。

3 氧化皮的相關防護措施

3.1 日常沖洗環(huán)節(jié)

660MW超臨界鍋爐在日常沖洗環(huán)節(jié)中，排出的水質(zhì)必須達到冷態(tài)沖洗和熱態(tài)沖洗水質(zhì)的要求標準。在使用冷態(tài)沖洗時，讓鍋爐水循環(huán)泵啟動，保持冷水調(diào)節(jié)閥處于打開狀態(tài)，持續(xù)沖洗分離器，等到排水中鐵元素的含量不超過100μg/L的時候，冷態(tài)循環(huán)沖洗才能夠結(jié)束。在使用熱態(tài)沖洗的時候，對燃料和水的用量都需要嚴格的控制，保持分離器口在200°C的恒溫條件，持續(xù)沖洗，等到排水中鐵元素的含量不超過100μg/L的時候，熱態(tài)循環(huán)沖洗結(jié)束[3]。

3.2 溫度控制環(huán)節(jié)

氧化皮的一大根本原因，是環(huán)境溫度的變化，因此對于660MW超臨界鍋爐的蒸汽和金屬溫度，要進行嚴格的控制，對660MW超臨界鍋爐運行狀態(tài)，也要采取實時的全面監(jiān)控。對于溫度標準，需要保證鍋爐主、在熱汽溫兩側(cè)的溫度差值在10℃以下。如果發(fā)現(xiàn)溫差變大，要對鍋爐兩側(cè)送、引風機的工作狀態(tài)進行及時的檢查，確保各個不見得工作運行狀態(tài)沒有異常，保障鍋爐金屬溫度分布均勻，如果有異常情況出現(xiàn)，必須在第一時間做出處理程序，維護鍋爐的運行不受更大的影響。

結(jié)論：

660MW超臨界鍋爐能夠提高企業(yè)的發(fā)電效率，減少能源消耗，從而起到一定的改善上臺環(huán)境的作用。與此同時，超臨界鍋爐受熱面容易產(chǎn)生氧化皮，而氧化皮脫落會對鍋爐運行造成影響等系列問題，也給生產(chǎn)運營帶來了一定不良影響。做好冷態(tài)沖洗與熱態(tài)沖洗，控制好鍋爐的運行溫度，能夠在一定程度上預防鍋爐受熱面上產(chǎn)生氧化皮，從而對對鍋爐的正常運行做出了保障。

參考文獻：

[1]魏力民，劉超，程義，譚舒平.超（超）臨界鍋爐高溫受熱面氧化皮產(chǎn)生與剝落的影響因素及防護措施[J].理化檢驗（物理分冊），2017，53（10）：731-736.

[2]武東森，郭文海，李傳榮.超臨界鍋爐高溫受熱面內(nèi)壁氧化皮的形成及剝落機理研究[J].工業(yè)鍋爐，2018（06）：1-4.

[3]魏力民，劉超，程義，譚舒平.超（超）臨界鍋爐高溫受熱面氧化皮產(chǎn)生與剝落的影響因素及防護措施[J].理化檢驗（物理分冊），2017，53（10）：731-736.