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东南大学钡上学位论文 大容量电站锅炉金属氧化皮问题综合分析 摘要 随着我国电力建设的快速发展，新投产的机组逐步向人容量、高参数方向发展，超临界以及 超超临界机组将成为我国的主力机组。而机组参数提高斤，金属氧化皮问题对锅炉、汽机安全运 行的影响将更为突山。 本文研究了大容量电站锅炉受热面金属氧化皮的形成机理及导致金属氧化皮剥落的影响因 素。结合国内多家屯站锅炉金属氧化皮问题的实例，详细分析了金属氧化皮剥落的危害。同时针 对氧化皮剥落造成汽机1 司体颗粒侵蚀的问题，从理论上分析研究了吲体颗粒的侵蚀机理、影响冈 素及防范措施。 针对扬州第二发电厂氧化皮剥落问题，本文从锅炉的设计、运行、金属材质、剥落氧化皮的 特征，以及金属氧化皮剥落的规律和现场金属氧化皮的测量数据等多方面进行了分析，确定了扬 州第二发电厂锅炉受热面金属氧化皮的形成和剥落的主要原因是该厂高温过热器长捌超温运行， 加快了氧化皮的形成速度，但其厚度在氧化皮剥落过群中并不是决定因素。导致氧化皮剥落而堵 塞受热面的关键原因是在启动过程中过早地投入过热器减温水，此情况下主汽流量根小，汽温特 性的纯延迟时间和和时间常数比正常二l ：况f 人得多，减温水投入后，使主汽温及高温过热器壁温 人幅度快速波动，导致了金属氧化皮产生剥落。 本文最斤从燃烧调整、设备改造、启动方式优化等方面提出了减轻金属氧化皮形成、防i r 金 属氧化皮剥落的综合解决方案。现场实践表明，已实施的方案有效地减少了扬州第二发电厂金属 氧化皮剥落对锚炉安全运行的危害；针对氧化皮形成机理提出的待实施的改造方案将从根本上解 决扬州第发电厂金属氧化皮剥落的问题。 关键词：氧化皮固体颗粒侵蚀超温燃烧调整锚炉爆管 东南人学硕上学位论义 c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so ft h eo x i d e - s c a l ee x f o l i a t i o ni nl a r g e c a p a c i t yb o i l e ro fp o w e rp l a n t a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fp o w e rc o n s t r u c t i o no fo u rc o u n t r y ，n e w l y - b u i l tu n i t sg r a d u a l l yo r i e n t t ol a r g ec a p a c i t ya n dh i g hp a r a m e t e r s s u p e r - c r i t i c a la n ds u p e 卜s u p e 卜c r i t i c a lu n i t sw i l lb e c o m el e a d i n g p o w e r u n i t si no u rc o u n t r y h o w e v e r , p a r a m e t e r so fu n i t sb e c o m eh i g h e r , o x i d e s c a l ei s s u ew i l lb r i n g a b o u tm o r eo u t s t a n d i n ge f f e c t so no p e r a t i o no fb o i l e ra n dt u r b i n e t h i sa r t i c l ep r e s e n t sac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so ni s s u eo fo x i d e s c a l eo nb o i l e rm e t a lh e a t i n g s u r f a c e ，a n dm a i n l yc o v e r sf o r m a t i o nm e c h a n i s mo fo x i d e - s c a l e ，e f f e c l i n gt h c t o r so fe x f o l i a t i o no f o x i d e s c a l e ，e f f e c t so no p e r a t i o no fb o i l e ra n dt u r b i n ea r i s i n gf r o me x f o l i a t i o no fo x i d e s c a l ea n dh o wt o p r e v e n tt h es p e ( s o l i dp a r t i c l ee r o s i o n ) p r o b l e mo ft u r b i n et h r o u g h o u tp a r tf r o me x f o l i a t i o no f o x i d e - s c a l e ，e t c t h i sa r t i c l e ，b a s e do ne x f o l i a t i o no fo x i d e s c a l eo ft h eb o i l e ro fy a n g z h o un o 2p o w e rp l a n t ， c o n d u c t sac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so nr e a s o n so fo v e r - t e m p e r a t u r eo fs u p e r h e a t e ra n dr e h e a t e r ，a n d p r o v i d e sa ni m p r o v e dp l a no nr e s o l v i n go v e r - t e m p e r a t u r ep r o b l e m b u t ，b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h et h e o x i d e - s c a l et h i c k n e s s i tf o u n dt h a tt h et h i c k n e s so ft h eo x i d e - s c a l ei sn o tt h ec o n c l u s i v ef a c t o rt h a t c a u s e so x i d e s c a l ep r o d u c e se x f o l i a t i o n ，i na d d i t i o n ，b a s e do na n a l y s i sc o n d u c t e do nv a r i a t i o no fm a i n s t e a mt e m p e r a t u r ei nt h ep r o c e s so fu n i t s s t a r t u p ，i ti sf o u n dt h a tm a i ns t e a mt e m p e r a t u r ea n d s u p e r h e a t e rt u b et e m p e r a t u r ev a r yt o of a s tw h e na t t e m p e r a t i n gw a t e ri sp u ti n t oo p e r a t i o na tl o wl o a d d u r i n gs t a r t u p ，t h i si st h ec o n c l u s i v ef a c t o rt h a tc a u s e so x i d e - s c a l ep r o d u c e se x f o l i a t i o nd u r i n gs t a r t u p t os o l v et h i si s s u e ，s t a r t u pp r o c e d u r e so fu n i t sa r eo p t i m i z e d ，w h i c hi n c l u d eo i lb u r n e r sa r ep u ti n t o s e r v i c ea n dp u l v e r i z i n gs y s t e mi sp o s t p o n e dt ob ep u ti n t os e r v i c ea n du n i t ss t a r tu pw i t hb y p a s ss y s t e m a f t e rt h ea b o v em e a s u r e sa r et a k e n ，m a i ns t e a mt e m p e r a t u r eo b v i o u s l yv a r i e ss l o w l y d u r i n gu n i t s s t a r t u p b a s e do nc o m b u s t i o na d j u s t m e n t ，o v e r - t e m p e r a t u r eo fh e a t i n gs u r f a c er e l i e v e dt h r o u g ht e c h n o l o g y i m p r o v e m e n ta n do p t i m i z a t i o no fs t a r t u pp r o c e d u r e s ，b o i l e rt u b ef a i l u r ed u et oe x f o l i a t i o no fo x i d e s c a l e i se l i m i n a t e da n ds a f ea n ds t a b l eo p e r a t i o no fu n i t sa r ea s s u r e d k e yw o r d s ：o x i d e s c a l e ，s p e ( s o l i d p a r l i c l e e r o s i o n ) ，o v e r - t e m p e r a t u r e ，c o m b u s t i o n a d j u s t m e n t ，b o i l e r ，t u b ef a i l u r e 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：厶丝主日期：兰! ! ：垒! ! 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括于q 登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：上缴导师签名：毽期型 第一章绪击 1 1 选题背景 第一章绪论 随着我国经济持续、快速地发展，电力需求旺盛，电力工业得到了快速发展。到2 0 0 5 年底， 全国电力装机容量达到4 4 亿千瓦，发电晕达到2 1 8 7 0 亿千瓦时。2 0 0 5 年新投产机组容量达5 1 0 0 万千瓦。筹不多相当了：新中国头三十年投产机组容量的总和。目前我国新投产的机组逐步向大容 量、高参数方向发展，新投产的6 0 0 m w 以上机组基本上均为超临界机组，火电机组采用超临界 参数后对金属材质提出了更高的要求，主要表现为金属的许用温度及抗氧化温度的提高。 随着蒸汽温度和单机容量的提高，锚炉爆管已成为电厂可靠性降低的首要原因。根据我国 1 9 9 7 年对全国1 0 0 m w 以上电站锅炉的可靠性统计，锅炉非计划停运中四管泄漏占5 4 8 ，居机 组非计划停运原因的首位，其中过热器约占i 3 。北美电力可靠性委员会( n e r c ) 发电可用率数 据库系统( g a d s ) 资料亦说明“四管 i | 漏”中约3 0 为过热器管子故障。燃煤锅炉的恶劣工作 条件是造成这些故障的主要原因，金属的氧化作用及水质不合格等因素均会造成金属的腐蚀，从 而缩短了管材应有的t 作寿命，尤其应该注意的是：锅炉受热面内肇氧化皮在一定条件下会产生 剥落而堵塞受热面管子，导致锅炉受热面发生短期过热面爆管。 氧化皮剥落而造成锅炉受热面发生爆管的现象在国内电站锅炉中已多次发生，扬州第二发电 厂、宝钢电厂、妈湾电厂均发生过由于氧化皮剥落而造成锅炉爆管的问题，其中扬州第二发电厂 两台锅炉在运行约2 0 0 0 0 小时后末级过热器的出口段接近发生了儿起爆管，成为凼绕安全生产的 首要问题。 由丁金属材料在高温条件f 可直接和水汽本身的结合氧发生高温氧化反应，金属高温氧化的 结果是在金属表面产生一定厚度的氧化皮，锅炉过热器、再热器和土蒸汽管道等部位高温氧化皮 若发生剥落，会产生以下问题”7 j ： 1 导致锅炉受热面内部通流部分发生堵塞，从而使锅炉金属受热面发生局部过热而爆管； 2 剥落的氧化皮进入汽轮机会损伤汽轮机通流部分，影响汽机的级效率； 3 剥落的氧化皮若沉积于汽机主汽门阀芯和阀座之间，则会造成汽机主汽门发生卡涩，机组甩 负荷时土汽门关闭不严会造成汽机发生超速； 4 氧化皮剁落也会影响机组的汽水品质。 由此可见，氧化皮问题会对电站锚炉、汽机以及热力系统的安全经济运行产生重大影响。而 长期以来，由于氧化皮问题涉及的专业面较广，涉及到金属材质、化学水处理、锅炉汽机运行等 方面的专业知识，同时由于缺少对氧化皮厚度进行检测的有效手段，因此国内对这一问题的研究 较为落后，对于锅炉高温氧化皮的形成机理和预防手段均缺少足够的认识，这一现状不能满足我 国电力行业向大容鼍、高参数方向发展的需要。 1 2 选题意义 扬州第一二发电厂2 0 0 0 t h 锅炉由于过热器氧化皮剥落多次造成过热器爆管，严重影响了机组 的安全运行。本文主要针对扬州第二发电厂锅炉氧化皮剥落而造成高温过热器爆管的问题进行研 究，同时结合国内其它相犬电厂氧化皮问题的分析及解决方案，分析研究了电站锅炉受热面氧化 皮的形成、剥落以及堵塞机理，探讨从远行控制、设备改造等方面防r 氧化皮剥落的措施和方案。 第一章绪言 针对扬州第二发电厂机纽运行的实际状况，提出通过运行控制及相关技术改造等方面来减少机组 运行中的超温现象，并提出在机组启停过稃中采取相关措施来控制管壁温度变化速率，从而避免 了启动过程中高温过热器氧化皮剥落而引起受热面超温爆管，同时即将实施的改造方案将从根本 上解决锅炉超温问题，对保障扬州第二发电厂机组的安全经济运行具有较大的意义。 在我国，锅炉氧化皮剥落造成锅炉爆管己多次发生。但由于我国对金属氧化皮厚度的检测手 段相对落后目前电厂运行对于金属氧化皮问题不够重视，不少电厂对金属氧化皮的厚度没有进 行检测对于锅炉受热面爆管的原冈分析缺少科学依据。 随着我国机组向高参数、大容量方向不断发展，对金属材质的要求越来越高，不仅要求金属 有较高的许川温度，同时也要具有较高的抗氧化温度。同时由于电网的峰谷筹不断增大，越来越 多的机组承担调峰运行，甚至会出现两班制运行的机组，而机组在启停阶段由丁：承受着较大的金 属热应力，较易导致金属氧化皮发生剥落。由于氧化皮剥落会造成销炉爆管及汽轮机主汽门卡涩 等问题，锅炉发生爆管会直接导致机组的故障停运，而汽机土汽门卡涩则会导致汽机甩负荷后发 生超速，这些问题均会严重影响火电机组的安全运行，同时氧化皮剥落损伤汽轮机通流部分会导 致汽机效率f 降，影响机组的经济运行。 锅炉氧化皮剥落的问题已成为影响扬州第二发电厂机组安全运行的重要因素，迫切需要进行解 决，此外，随着我国电力工业向超临界乃至超超临界参数发展，火电机组面临着越来越严重的氧 化皮侵蚀的问题，因此深入研究火电机组氧化皮问题，对于保证我国电力1 = 业的顺利发展具有重 要的理论意义和实际意义。 1 3 文献综述 早在上世纪5 0 年代未，国外研究机构就发现锅炉过热器和再热器的氧化皮剥落会引起过热器 和再热器管的堵塞和汽轮机主汽门卡涩以及尉体颗粒侵蚀的问题。美国e d i s o n 公司在1 9 6 5 年调 查了2 4 8 台机组，发现其中2 1 4 台存在这一问题( 占8 5 ) ，其中较为严重的有1 3 5 台。 研究发现，s p e 问题大多在机组投运数年后才开始出现。为了解决这一问题，国外把它作为 重点问题组织进彳一研究，并在1 9 7 4 年的美国动力会议上发表了专论。后来在1 9 8 1 年的英国材料 性能杂志上以及1 9 8 3 年的美国动力会议上发表了此专题的论文和一些解决措施的报道。直剑1 9 9 9 年，美国e p r i 还为给水加氧处理是否会引起过热器管氧化皮的剥落问题进行了研究，最后得山 结论，认为不同的水工况对过热器氧化皮剥落没有什么影响。过热器氧化皮的剥落，主要是由丁 运行工况的条件，如超温和渝度压力变化以及材料等方面因素所造成的”j 。 对于防止锅炉过热器和再热器的氧化皮剥落，国外研究成果可归纳为以f j l 点： 1 采用耐氧化的合金； 2 改善锅炉的运行工况，减少蒸汽超温，减少机组频繁启停，减少远行参数的大幅度波动； 3 采用金属表面的镀铬方法。 采用炉管表面渗铬或用铬酸盐溶液在3 0 5 。c 条件下循环4 8 小时的方法，能有效地延长金属 表面氧化层生长和剥落的时间。1 9 8 2 年美国在一台6 1 2 m w 新机组上采用表面渗铬处理，另一台 没有采用渗铬处理，结果那台没有渗铬的机组在运行1 4 0 0 0 - 2 4 0 0 0 小时后机组可用率明显降低， 而进彳丁渗铬处理的机组，虽经8 4 5 次启动，在运行3 5 0 0 0 小时后进行检夯，未发现任何异常问题。 但由于采用此方法费用较高，还有铬的环境污染问题，推广有困难，因此目前解决过热器与再热 器管氧化皮剥落的问题，尚无有效可行的化学处理方法。 相关文献的研究表明：蒸汽通流部件表面氧化皮的生成与剥落土要是由机组返行丁况的变化 以及通流部什的选材等方面囚素所决定的。国外g e 、b & w 、f w 、e p r i 等部门研究了列体氧化 皮颗粒对汽轮机通流部分的冲蚀机理，在设计、运行，耐冲蚀涂层及维护等方面提出了可行的解 决办法，同时还提出对金属表面采用镀铬以及采用铬酸盐处理的方法来避免金属氧化皮的问题。 2 第一章绪言 但国外研究更多注重氧化皮问题对汽机安全经济运行的影响，对于氧化皮对锅炉的运行影响以及 如何通过运行技术管理等方法来防止氧化皮剥落问题的研究相对较少。 1 4 论文主要工作、技术路线和主要成果 本文以扬州第二发电厂6 0 0 m w 机组为研究对象，从三个方面研究大容量电站锅炉金属氧化 皮问题：( a ) 金属氧化皮的形成和剥落机理分析；( b ) 大阜运行数据分析研究；( c ) 机组结构数据分析 比较。 通过研究分析，确定扬州第二发电厂过热器发生爆管的原因。同时，针对金属氧化皮形成和 剥落的原因，从设备改造、运行优化方面提出防止金属氧化皮形成和剥落的对策。并对所提出对 策的实施效果进行评价，以及对待实施对策的效果进行估计。 第一章为绪论部分，阐明了本论文的选题背景及意义，并对本人所作的一 作、所取得的成累 进行介绍，此外，本章还对扬州第二发电厂的主要设备进行了简介。 第二章首先对氧化皮形成及剥落机理进行分析，阐明了金属高温氧化的机理为金属和水汽中 的结合氧直接进行化学反应，形成金属氧化皮。初期形成的氧化皮结构较为致密，不易发生剥落， 但若金属长期超温或温度压力反复波动，则会造成金属氧化皮发生剥落，影响锅炉及汽机的安全 运行。 第三章针对扬州第二发电厂锅炉氧化皮剥落的现象进行分析，阐明造成扬州第二发电厂过热 器爆管的原丙，一方面是过热器t 2 2 材质抗氧化能力较差，锅炉存在超温运行时t 2 2 钢材产生了 一定厚度的氧化皮；另一方面是由于启动过程中低负荷启动磨煤机投用减温水时高温过热器管壁 温度变化过快，从而引发了金属氧化皮和金属母材的膨胀量相著较大，使高温过热器山口段金属 热应力过大，造成金属氧化皮发生剥落，减少了管内冷却介质的流量而引发金属受热面的进一步 超温，而进一步导致受热面内壁氧化皮厚度迅速增长而产生剥落，在这一恶性循环的作用下，最 终致使管壁温度超过其钢材许用温度而导致爆管的发生。 第四章对解决和缓解氧化皮剥落的问题进行了分析。解决氧化皮问题一方面要解决锅炉受热 面超濡运行的问题，扬州第二发电厂目前己进行了诸如燃烧器改造及增加炉膛吹灰器等大荤的改 造丁作，并取得了一定的效果，但还未能最终彻底解决锅炉受热面超温的问题，将要实施的方案 包括提高赢温过热器管材等级以及进行磨煤机分离器改造。另一方面对扬州第二发电厂启动过稃 进行优化，通过投入油燃烧器，推迟投入制粉系统及过热器减温水的时间，从而缓解了启动初期 主汽温及高温过热器管擘温度的快速变化，避免氧化皮发生剥落。经过以上两方面优化后，扬州 第二发电厂两台机组连续启停近二十次未发生氧化皮剥落造成锅炉爆管，机组可靠性得到了明显 的提高，获得了巨大的经济效益。此外，本章还对减轻氧化皮剥落对汽机通流部分侵蚀问题进行 了阐述，并对国外采用铬酸盐处理受热面内表面及对汽机通流部分进行的表面喷涂1 艺进行了介 绍。 本文关于大容量电站锅炉氧化皮问题的研究成果，对分析大容量锅炉氧化皮的形成与剥落有 重要的理论意义，对解决大机组的同类问题具有很好的实用价值。 1 5 扬州第二发电厂设备简介 1 5 1 锅炉系统设备概述 扬州第二发电厂一期工程为两台6 0 0 m w 机组，# 1 、2 机组分别于1 9 9 8 年1 1 月及1 9 9 9 年6 3 第一章绪言 月投产，锅炉为美国b & w 公司产品，汽轮机为美国曲犀公司产品，主要辅机及控制系统也均从 国外进口，机组的自动化水平很高，代表了当时国内发电设备的先进水平。锅炉的型式为面l 临界、 一次再热、自然循环、平衡通风、单汽包、半露天布置煤粉炉。锅炉配有6 台m p s 8 9 g 型磨煤 机，5 台磨煤机运行可达额定出力。锅炉燃烧方式为对冲方式，6 套制粉系统对应3 6 只d r b e l x c l 燃烧器。锅炉设计煤种为神府烟煤，属于易结渣煤种。锅炉土汽温采用减温水调节，再热汽温正 常情况f 采用尾部烟道挡板进行调节，事故情况f 可通过减温水进行调节。过热蒸汽采用两级喷 水进行汽温调节，一级减温器( 粗调) 位于屏式过热器进口，二级减温器( 细调) 位于屏式过热 器出口，再热蒸汽减温器位于低温再热器进口。( 扬州第二发电厂锅炉总体位置参见图l 一1 ) 1 5 2 锅炉主要设计数据 图1 - 1 扬州第二发电厂锅炉概貌图 扬州第二发电厂设计煤种为神府烟煤，着火、燃烬特性为极易，但灰熔点t l 、t 2 、t 3 分别为1 1 9 7 、1 2 2 1 ，1 2 6 3 * ( 2 ，属于易结渣性煤，校核煤种为昔北烟煤，煤质分析资料见表1 1 一表1 4 。 与其它煤种相比，神府煤的热值、内水及氧化钙较高，含硫草及灰熔点较低。扬州第二发电 厂实际运行燃用煤多为神府烟煤，可燃基挥发份达3 2 ，低位发热量2 3 0 0 0 k j k g 左右。 4 第一章绪言 1 5 2 1 煤质分析资料1 9 1 设计煤种：神府烟煤 校核煤种：晋北烟煤 表1 1 元素分析( ) l 项目 chons a ( 灰份)w ( 全水份) i 设计煤种 5 5 8 53 4 48 9 3o 70 _ 3 l1 5 4 51 5 3 2 l 校核煤种 5 3 2 63 0 44 9 41 1 10 9 22 8 4 28 3 表1 2 工业分析( ) l 项目挥发份i 古| 定碳灰份水份 q ( k j , k g ) k ( 可磨系数 设计煤种2 6 5 34 2 71 5 4 5 1 5 3 22 1 4 0 7 5 5 0 0 i 较核煤种 1 7 2 84 5 9 92 8 4 28 3 12 0 4 7 35 7 6 4 表1 3 灰份分析( ) l 项目 f e 2 0 3 c a o m g o s i 0 2 a 1 2 0 3 s 0 3 面0 2 p 2 0 5n a z o + k 2 0 l 设计煤种 9 8 62 2 2 30 8 63 9 2 51 4 4 88 5 5，1 9 5 l 校核煤种 2 3 ，4 63 9 3i 2 75 0 4 11 5 7 3|，2 3 3 表1 4 灰熔点( 还原性气氛) l 项目 t l ( ) t 2 ( ) t 3 ( ) 【设计煤种 1 1 9 7 1 2 2 11 2 6 3 l 校核煤种1 1 4 0 1 1 9 01 2 7 0 1 5 2 。2 机组主要设计参数 表1 5 机组主要热力设计参数汇总表 b m c r】0 0 8 0 5 0 3 0 项目单位 t - m c r ( v w o ) t r lb m c rb m c r b m c r 蒸发龟 t h2 0 0 01 8 1 91 7 4 51 6 0 0 1 0 0 06 0 0 燃料鼋 t h2 7 7 92 5 6 32 4 7 32 3 3 61 5 3 79 2 2 土汽温度 5 4 15 4 i5 4 l5 4 15 4 l5 3 5 过热器出口压力m p a 1 7 3 91 7 2 61 7 2 11 7 1 31 2 1 71 0 5 4 省煤器进口温度 2 7 52 7 l2 6 82 5 72 3 62 1 2 省煤器出口温度 2 9 92 9 42 9 22 8 42 6 42 4 2 再热汽流晕 t h1 7 0 01 5 8 41 5 2 41 4 0 88 9 65 4 5 再热器进口汽温 3 2 53 1 73 1 43 0 42 9 93 0 3 冉热器进口汽压m p a 3 9 l3 4 33 2 82 9 81 7 01 2 3 再热器出口汽压 m p a3 7 53 ，2 83 1 42 8 51 】61 1 8 再热汽温5 4 l 5 4 15 4 1 5 4 l 5 4 l4 9 6 再热器乐降 m p ao 1 60 1 5o 1 4o 1 30 0 8o 0 5 过热器乐降m p a1 2 81 0 60 9 80 8 30 4 6o 2 0 汽包压力 m p a1 8 5 6 1 8 2 2 1 8 0 81 7 8 61 2 5 31 0 6 5 5 第一章绪击 炉膛出口烟温 1 0 0 59 8 09 6 89 5 38 3 57 0 4 a h 出口一次风温 3 2 63 1 93 1 83 0 92 9 1 2 6 5 a h 出口二次风温 2 9 93 0 43 0 22 9 42 8 22 6 l a h 出口烟温( 朱修正，已修正、 1 2 9 ，1 2 l1 2 “1 2 l1 2 4 ，1 1 81 1 9 ，1 1 41 1 0 ，1 0 31 0 蝴 炉膛至a h 出口烟气压降 k p a1 8 0 1 7 31 6 91 6 11 1 4o 6 7 送风机进口至炉膛压降 k p a2 6 01 7 l1 5 51 8 71 0 4 o 。5 0 一次风进口至炉膛压降 k p a9 5 57 7 47 4 68 0 76 3 14 9 0 过晕空气系数 1 7 01 8 2 1 8 2 2 3 63 2 54 4 6 锅炉效率 9 3 8 79 3 9 69 4 0 69 4 0 79 4 1 69 4 0 2 a h 进口一次风阜 k e g s 1 7 0 ，91 5 7 31 5 4 31 5 0 81 1 8 - 39 2 2 a h 出口一次风鼍k e g s 1 2 3 81 1 3 81 1 1 21 0 6 o7 6 85 3 1 a l l 进口一次风昔 k e g s 4 7 9 24 2 8 84 1 0 94 1 7 32 8 5 61 7 7 9 a h 出口二次风颦 k e g s 4 8 3 74 3 3 44 1 6 34 2 2 ，52 9 1 81 8 5 o 表1 6 炉膛的主要设计数据 项目单位设计数据 炉膛宽度 m m 1 9 5 0 0 炉膛深度 m m1 7 4 0 0 炉膛容积o 1 6 0 6 0 j 负棚标高 m m6 3 6 5 0 炉底水冷罐倾角5 0 有效辐射热负荷 w m 32 3 3 7 8 0 断面热负荷 w m 2 4 6 5 9 5 9 0f 1 0 0 b m c r ) 燃烧器区域热负荷 w m s1 0 5 4 1 2 0 炉膛出口烟气晕 k e g s 6 7 3 9 后墙水冷擘下集箱标高 m m7 9 9 0 后墙水冷壁上集箱标高6 4 6 5 0 一次风母管盲行( 热冷) m m中3 9 2 0 d 】7 0 0 二次风母管尺寸 m m 6 】0 0 9 2 1 3 5 炉膛出口烟温 1 0 0 5 1 5 3 锅炉主要辅机及部件介绍 1 5 3 1 风烟系统 扬州第二二发电厂送风机、引风机及一次风机均为t l t - b a b c o c k 公司的产品，其中送风机为 轴流式，调节方式为动叶调节，而一次风机及引风机为离心式，调1 y 方式为入口导h 1 调节。锅炉 风烟系统在风机出口及电除尘器、空气预热器进、出口处均设有联络风道，一方面减少了锅炉配 风的偏筹，另一方面也增强了运行方式的灵活性。 1 5 3 2 制粉系统 扬州第二发电厂磨煤机为美国b w 公司产品，型号为m p s 8 9 g ，磨煤机结构见图1 2 。磨 6 第一章绪言 煤机配有液压加载系统，可根据磨煤机的煤量变化自动调整磨辊加载力的大小，以达到停能降耗 和减少启动初期磨煤机振动的目的。该磨煤机采用静态分离器，磨煤机出口煤粉管采用同定缩孔， 不好在线调整磨煤机出口6 根煤粉管的粉量偏差。 图1 - 2m p s 8 9 ( 3 磨煤机剖面图 1 5 3 3 燃烧系统 扬州第二发电厂燃烧系统由油枪和煤粉燃烧器构成，油枪分为点火油枪及油燃烧器，点火油 枪布置丁煤粉燃烧器的侧方，共3 6 个，土要作刚为稳燃，下层燃烧器原先各配有1 只供锅炉启停 用的助燃油燃烧器，共1 2 个。油枪主要上作性能参数如下表所示： 表1 7 点火油枪及油燃烧器相关数据 项目单位油燃烧器点火油枪 数最只1 2 3 6 燃油牌号o f 轻柴油嘴轻柴油 燃油晕 k g h 2 3 0 44 6 8 油压 m p a 0 6 8 9 1 ，0 3 4 雾化蒸汽压力m p ao 9 6 5】0 3 4 喷嘴类型i j e t 雾化器 r a c e r 雾化器 7 第一章绪言 b & w 原先设计要求机组冷态启动时需投入油燃烧器进行“暖炉”，并网带初负荷后再投入磨 煤机运行，1 0 额定负荷以上才可投入过热器减温水。但扬州第二发电厂调试过程中为降低启动 过稃中的耗油量，启动时不投用油燃烧器，并网后即投入磨煤机，同时投用过热器减温水。后为 了简化系统，减少设备维护鼋，去除了9 支油燃烧器。 扬州第二发电厂煤粉燃烧器为双旋流燃烧器，型号为d r b e 1 x c l 。所谓的双旋流燃烧器就 是将旋流燃烧器的二次凤分成两部分。两部分旋流方向不同。以达到分级配风。降低n o 。，提赢 燃烧效率的目的。 煤粉燃烧时产生n o 。需要高温及富氧两个条件同时存在，缺一不可。d r b - e i - x c l 燃烧器即 采用分级燃烧技术，使燃烧过稃分级进行。燃烧过程的每一个阶段均不同时具备高温和富氧这两 个条件，从而抑制了燃烧过程中n o ，的产生( 见图l ，3 ) 。煤粉从燃烧器一次风管喷出后，先进入 图1 3 的a 区域，该区域的特点为煤粉浓度较大，但氧气浓度较少，同时该区域的温度较低。b 区域为烟气卷吸区，由于二次风的旋流作用，将高温烟气卷吸至燃烧器的根部提供了煤粉稳定 燃烧所需鲍着火热量。c 区域为n o 。掷制区，在该区域中。烟气温度已经较高。但由于二次风未 完全介入燃烧，造成该区域氧化性气氛不足不满足n 魄产生所要求的两大条件。d 区域为高温 区，该区域范围较小，在该区域内，由于氧气较为充分。燃烧过程进行得很快，使得该防域的温 度水平很高。e 区域为富氧区，在该区域内氧晕充足，燃料量较少，温度也较低。f 区域为燃烬 区，该区域的作用是逐步提供完全燃烧所需的氧气，使燃烧过程得以充分进行。以上分析表明， 在双旋流燃烧器的绝大部分燃烧区域中均不同时满足产生n o 。所需的高温和高氧这两个条件，对 n o 。的生成有明显的抑制作用。 图1 - 3d r b e i - x c l 燃烧器原理图 1 5 3 4 汽水系统 扬州第二发电厂过热蒸汽流程为：给水一省煤器一汽包一下降管一水冷肇下联箱一水冷肇一 汽包一炉项和包覆过热器一一级过热器i 段一一级喷水减温器一一级过熟器i i 段一二级喷水减温 器一二级过热器一去高压缸。 g 第一章绪言 再热蒸汽流稃为：汽机高压缸捧汽一雨热减温器一低温再热器一高温再热器一去汽机中压缸。 1 高温过热器 扬州第二发电厂锅炉高温过热器布置在炉膛出口水平烟道，沿炉膛宽度方向共6 4 屏，每屏6 管罔。蒸汽采用从两端进入，中间引出的混合流犁式。受热面主要采用t 2 2 、t 1 2 钢，在出口段 距离顶棚2 3 米处采_ i f j 少量t 9 1 钢。高温过热器钢材材质分布情况及管径尺寸参见图1 4 。 2 高温再热器： 扬州第二发电厂再热器分为低温再热器和高温再热器，低温再热器共1 7 0 屏，每屏6 根管子， 高温再热器共8 5 厨，每屏1 2 根管子。高温再热器主要材质为t 2 2 ，仅在高温再热器出口采用少 量t 9 1 材料，高温再热器材质分布情况及管径尺寸参见图l _ 5 。 避 高温进热器出口警排p 采示驻鲁挥d 三种材质四种规格： s a 2 1 3 t 1 2 ( 2 ”o 4 0 ”) s a 2 1 3 t 2 2 ( 2 ，0 4 0 ”) s a 2 1 3 t 2 2 ( 2 ”0 4 8 ”) s a 2 1 3 t 9 1 ( 2 ，0 2 7 ”) 图1 4 高温过热器结构图 9 第一章绪言 ：； | i ll 旧0 。o 4 。 呵0 “l “夕e 1 5 4 汽轮机及热力系统概述 图1 巧再热器结构图 扬州第二发电厂汽机是由美国西犀( w e s t i n g h o u s e ) 公司设计制造的可e 临界、一次中间再热、 单轴、四缸四排汽、以反动式为主、双背压纯凝式汽轮机，型号为t c 4 f 9 8 0 ，额定设计主汽压力 1 6 6 6 m p a ，主蒸汽温度5 3 8 ，再热蒸汽温度5 3 8 ，末级动叶高度为9 8 0 4 m m 。汽轮发电机组 设计额定输出端电功率为6 0 0 m w ，最大迫续功率为6 3 9 5 m w ，最大保证功率为6 6 1 7 5 7 m w 。 汽轮机的通流部分由高压、中压和低压三部分组成，共设5 8 级。高压部分由1 个冲动式单列 调节级和l1 个反动式压力级组成。中压部分为双向分流式。每一分流由9 个反动式压力级组成， 共计1 8 级。低压部分分为两缸双向分流式，每一分流由7 个反动式压力级组成，共计2 8 级。 汽轮机的高压、中压及低压转子均为无中心孔的整锻转子，高、中压转子采心鼓式结构，2 个低乐转子为i l 轮式结构。整个汽轮机共设8 道径向轴承，分别安装丁：每根转子的两端。 扬州第二发电厂机组配置2 台6 0 额定流晕的汽动给水泵，1 台3 0 额定流阜的电动给水泵， 凝汽器为2 台表面式凝汽器，结构及尺寸完全相同，两台凝汽器的汽侧空间和热井完全独立，但 冷却水为串联单流程，即一台凝汽器的冷却出水进入另一台凝汽器，从而在两台凝汽器中形成不 同的汽轮机背压。两台凝汽器底部的热井由管道连通，低压凝汽器的凝水通过该近通管流到高压 侧，与高压侧较高温度的凝水混合后，被凝结水泵输送到低压加热器同路。电厂同热系统由四台 低压加热器、三台高压高加热和一台除氧器组成。 扬州第二发电厂机组旁路采用一、二级旁路组合方式，高乐旁路为单通道结构，低压旁路采 _ h j 井联双通道璎式，旁路容量约为3 0 机组额定蒸发颦。高、低压旁路均采有液压方式进行控制， 并配有旁路减温水系统。 扬州第一发电厂机组正常启动方式为高、中压缸联合启动，由于配有3 0 额定蒸发颦的汽机 旁路系统，西序公司也允许采心中压缸启动方式，但实际运彳丁中发现低压旁路减温水容最偏小， 旁路系统流鼍大时低压旁路减温器后温度会过高从而引发旁路系统跳闸，故机组实际运行中从未 1 0 第一章绪言 采用中压缸启动方式加。 1 6 本章总结 本章对扬州第二发电厂锅炉及汽机热力系统进行了介绍，并对实际运行和调试工作中遇到的 主要问题进行了阐述。总之，扬州第二发电厂机组主、辅设备均采用了进口设备，其中低n o 。燃 烧器、汽机d e h 等技术均代表了电力行业的先进技术，但锅炉受热面中t 9 l 材质取用偏少，受 热面易发生超温问题，影响了机组运行的安全性。 第一章氧化皮形成的机理发危害 第二章氧化皮形成的机理及危害 金属在高温条件下氧化过程较为复杂，本章将阐明高温条件下金属氧化的形成机理，并对影 响氧化皮剥落的因素以及氧化皮剥落的危害进行分析。 2 1 氧化皮形成及剥落的机理 早在1 9 2 9 年，德国科学家s c h i k o r r 研究发现，金属可以在高温水汽中发生氧化，氧化所消耗 的氧来源于水汽本身的结合氧，而非来源于水汽中的溶解氧。后来在7 0 年代，德国科学家通过电 子显微镜观察，进一步确定了铁和水蒸汽直接反应产生金属氧化物的事实，反应化学方稃式如f ： 3 f e + 4 h 2 0 - f c 3 0 4 “h 2 实际生产中，电站锅炉在投产初期蒸汽中氢每较高，反映了上述反应的正确性。在锅炉投运 初期，蒸汽中氢气的含量较高，但很快就降得较低，这说明金属表面致密的氧化皮已经形成，这 一时间通常需十几至二十小时，而通过计算即可发现通过给水而带入锅炉的氧量远不足以满足金 属氧化而需的氧量，这一现象也充分说明了在高温情况f 金属可以直接和水蒸汽发生化学反应的 正确性。 金属在蒸汽中产生氧化皮是一个自然过程，在开始时，氧化皮生成很快，而一旦氧化皮生成 后，进一步氧化便会慢下来。金属初期形成的氧化皮结构较致密( 一般为双层膜结构) ，起剑阻i e 金属进步发生氧化的作用。但在某些不利的运行条件f ，如超温或压力温度剧烈波动时，金属 表面的舣层膜氧化皮会发展为多个舣层膜组成的多层膜氧化皮结构，如图2 1 所示，而金属氧化 皮片度增加后易发生氧化皮剥落的问题”“。 图2 - 1 多层膜氧化皮结构 锅炉受热面氧化皮最容易剥落的位置为u 形立式管的上端，尤其是山口端。因为出口段温度 最高，氧化皮坶度最厚。而立式管的上端承受着管屏的白重，产生很大的拉虑力。当温度变化人 的时候，在这个部位产生拉仲程度的变化，加上热胀系数的差异，使得附着在管壁上的氧化皮与 金属本体间的伸缩变化的著异更人。所以，u 形管的上端，尤其是出口段，是氧化皮最易剥落的 部位。 1 2 第一章氧化皮彤成的机理及危害 2 1 1 影响金属氧化皮的形成及厚度的增长的因素 相关试验表明，金属超温运行利材料的特性是影响金属氧化皮形成及增氏的主要因素。 1 金属超温运行的影响 在火电机组运行期间，锅炉受热面表面氧化层会逐渐增厚。当管擘超温时，过热器管和再热 器管表面氧化层会迅速增厚，图2 - 2 给出了t 2 2 材质金属氧化皮厚度变化与金属管壁温度的关系。 o x i d et h i c k n e s s ( m = l s ) 金属甄纯皮厚度( i i l s ) o5 0 ，0 0 0 0 0 ，0 0 0 15 0 ，0 0 0 2 0 0 0 0 02 5 0 ，0 0 03 0 0 0 0 0 t t m e ( h o u r s i | 阔( 小时) 图2 - 2t 2 2 材质金属管擘温度( k ) 和金属氧化皮厚度( m i l s ) 的关系曲线删 从以上曲线可知，当管擘温度在1 0 7 5 k ( 5 8 0 c ) 下运行1 5 万小时厉金属氧化皮厚度将达到 3 0 m i l s ( 0 7 6 2 m m ) ，而当管壁温度在1 1 5 0 k ( 6 2 0 c ) 下返行3 万小时后金属氧化皮厚度就可达到 3 0 m i l s ( 0 7 6 2 m m ) 。由此可见，金属超温运行后氧化皮厚度增长速度人大增快。 2 材料的影响 不同材料的氧化层抗剥落能力有较大差别，因此材料的选用是否合理，是影响氧化皮剥落的 重要冈素。金属材质中铬含量的增加有助丁| 提高金属的抗氧化性能，目前锅炉常用钢材中t 2 2 材 质抗氧化漏度相对较低，而t 9 1 承it p 3 4 7 钢材的抗氧化温度较高。 2 1 2 影响金属氧化皮剥落的因素 国外研究表明，金属氧化皮剥落情况可_ j 以下数学公式计算。 蛆2 l 瓦瓦老而面j 偿” 式中： at c 受压应力作用的氧化皮产生剥落的临界温度降幅 t 氧化皮厚度： e o 。杨氏模量； 3 s；阳加约9 第一章氧化皮形成的机理发危害 。血一金属的线性热膨胀系数； a0 x _ 一氧化皮的线性热膨胀系数； 、k 。泊桑比； 静一界面间断裂能，取决于氧化皮和母材的机械性能。 从上式