（内蒙古蒙东能源有限公司鄂温克发电厂内蒙古呼伦贝尔021000）
摘要：本文主要针对火电厂锅炉金属氧化皮剥落的问题展开探讨，论述了火电厂锅炉金属氧化皮剥落的原因，并对这个问题进行了进一步的剖析，提出了一些防范的措施，希望可以为今后的火电厂锅炉金属氧化皮剥落问题的解决提供参考。
关键词：火电厂；锅炉金属；氧化皮；剥落；防范
在当前的火电厂锅炉金属氧化皮的剥落问题方面，许多工作人员依然不能够有效解决，还时常困扰着火电厂的发展，所以我们一定要更加清楚的研究该问题，并且提出有效的防范措施。
1、金属高温氧化概述
绝大多数的金属在使用过程中，由於室温下的侵蚀或高温下的氧化，其性能都会变差。不同金属性能恶化的速度差别很大，这取决于金属表面层的性质。如何能减慢其恶化的速度和在表面形成有效的防护涂层是提高金属和合金实用性能的关键。在火电厂的锅炉中，炉管常会出现氧化皮脱落的现象，而且这种现象极容易造成炉管的堵塞，从而造成火电厂安全事故的发生。此类安全事故在所有安全事故当中占有很大的比重，所以为了能够降低安全事故发生的概率，尽量使企业和工作人员受到损失，应严格控制并处理此类事故的发生。此外，许多锅炉在燃烧时由于没有保温回热的措施和装置，会造成热量的损失，损失的这部分热量就要依靠更多的煤炭能源来弥补，由于缺乏回收热量的装置，因此让许多热量的白白的丧失掉，这是非常不利于节能降耗的。另外，火电厂的大部分锅炉设备都存在一个使节能降耗难以实现的致命的问题――漏风漏灰。从表面上看这不是一个非常重要的问题，但是如果细想，锅炉漏灰就意味着浪费了一部分的热量，锅炉漏风就意味着风进入锅炉的内部，将锅炉的温度降低，温度降低势必要将更多煤粉进行补充，使其燃烧来升高锅炉的温度，如果从节能减耗的角度上来说，这就属于一种浪费，不仅如此，漏入的风会导致煤粉燃烧不均匀，就算采用最好的煤炭进行能源补充和燃烧也无济于事，这和采用质量稍差煤粉的效果是一样的，都是在进行能源的浪费。设备的这个问题是巨大的，一天的煤炭的补充量可能不是很多，但是凡事积少成多，长此以往下去，势必会造成巨大的能源浪费。
随着我国电力建设的迅猛发展，由于大容量的超临界机组燃煤效率高、污染排放物少等优点，其应用的数量持续增长，其是目前适应我国洁净煤燃烧技术和提高能源利用率的发展方向。由于发电机组的容量增大和蒸汽参数的不断提高，新型的耐热钢由于其强度和良好的抗蒸汽氧化性能，被广泛应用于过热器和再热器的高温受热面。由于锅炉长时间使用，其受热面管氧化皮剥落问题较为严重，金属氧化皮的剥落不仅会堵塞锅炉管，从而引起严重的超温或爆管事故，甚至还会对蒸汽轮机汽室叶片、叶轮、阀门等部件造成严重磨损，且影响蒸汽水的品质。如何防范火电发电厂锅炉设备金属氧化皮是对锅炉安全问题重要举措之一，也是目前系统地探索火电厂安全生产重要的研究课题内容之一。
目前对锅炉设备氧化皮形成机理的研究较多，国内外火电厂涉及金属氧化皮问题也相应比较多，从机组蒸汽出口温度为540℃左右的亚临界和超临界机组。也有对管材材料12Cr1MoV珠光体钢，T22、T91等铁素体类钢，也有TP347H等细晶不锈钢管，但研究的侧重普遍偏向于单一类型的结构或钢管材料。针对大型电站锅炉受热面金属氧化皮形成机理以及防范措施却很少做系统的研究，例如从锅炉产品设计、生产制造、运行、材料、剥落氧化皮特征等系统化分析。由于金属氧化皮生成涉及金属材质、化学水处理、锅炉设备运行等多个学科，且对锅炉高温金属氧化皮形成机理和预防手段缺乏认识。
2、氧化皮形成及剥落的机理
1929年，德国科学家Schikorr发现，金属在高温水汽之中，容易伴生氧化效应，而其中的氧气，就是水汽中的结合氧，和其溶解的氧没有关联性。到了上世纪七十年代，德国科学家进一步通过显微镜来进行观察，进一步得出铁元素和水汽直接反应，进而生成相应的氧化物，其反应式如下:
在具体生产环节，电站锅炉在投产之初，其中蒸汽中的氢元素具有较高的含量，这说明了上述的反应方程式具有正确性。随后不久，该氢气含量又会随之下降，这也表明金属表面所存在着的致密性氧化皮开始形成。而这所需要的时间，不会超过20h。另外，经过计算，水中所溶解的氧气难以为这种反应提供更多的氧元素，这也进一步反应直接出现上述反应的正确性。金属在蒸汽环境中，构成氧化皮属于自然过程，在初期，氧化皮的生成相对快速，然而，一旦形成，那么氧化反应速度就会显著下降。另外，在初期，氧化皮结构具有显著致密性，通常属于双层膜结构。它能够进一步阻碍氧化反应。如果环境因素交叉，比如存在着超温，或者压力波动，这样，金属的双层膜氧化皮，就会进一步演化成多层膜氧化皮结构，而随着该氧化皮厚度的不断提升，最终就容易出现脱落。而最容易出现脱落的区域为U型立式管上部，其中出口端表现的更为突出。因为该区域有着较高的温度，而且皮层厚度更为突出。再加上该部位还会承受自重，因此拉应力更大。当温度显著变化之时，该部位的拉伸水平就会随之改变，再加上热胀系数之差，就会让氧化皮和金属体之间出现松动，进而使之该部位的氧化皮更容易被剥落。
3、影响金属氧化皮的形成及剥落的因素
3.1影响金属氧化皮的形成因素
相关实验显示，在超温环境之下，金属材料自身属性是导致出现氧化皮的关键原因。第一，超温环境的影响。在火电机组运行期间，锅炉受热表面的氧化层厚度为渐渐提升。而管壁在超温环境之下，过热和再热装置的表层氧化皮会加速变厚。第二，材料所带来的影响。材料不同的氧化层，其抗剥落能力会有着显著差异，所以，材料的科学选择就显得极为重要。如果在钢材中适当掺入一定量的铬，那么抗氧化性能就会随之提升，当前，SA213-T23\\T91\\TP347H这三种钢材，第一种抗氧化温度较低，而后两种则相对较高。
3.2影响金属氧化皮剥落的因素
研究显示，金属氧化皮剥落，会受到不同因素的差异化影响，除了物性参数之外，还和氧化皮厚度以及温度的动态变化有着显著关联性。对于前者而言，当氧化皮增长至一定厚度之后，其中不锈钢超过0.1毫米，铬钼钢厚度处于0.2至0.5毫米之间，此时，如果温度动态变化显著，那么就容易激发氧化皮脱落。另外，随着氧化皮厚度的不断提升，其弹性也会随之下降。而针对温度的变化，当机组在停机和开启之时，温度、负载和压力等都会出现显著变化，此时的氧化皮也更容易出现脱落。国外的600兆瓦的超临界寄主，在其主蒸汽管道中，利用等速采样系统对其启停和满载这几个不同环境进行测试，总结了三百多份蒸汽样本。结果显示，在开启和停机阶段，同体颗粒浓度要比正常环境下高出二至三个数量级，这也表明氧化皮剥落在启停阶段更为严重。
4、金属氧化皮剥落规律分析及防范措施
4.1减轻金属受热面超温
对煤粉吸毒，燃烧装置结构等部件进行相应的调整，进而对其燃烧条件进行优化。可以在炉膛区域，引入吹灰装置，并对燃烧装置进行优化，进一步扩展锅炉的受热面，并为再热装置上的部分管屏之上，配置相应的绝缘材料，最后对受热面的通道加以优化，其目的就是防范金属受热面的温度，从而最大限度控制氧化层产生。
在所有材质的炉管当中，T23材质的炉管所发生氧化反应是最明显的，其所出现的氧化皮脱落现象也是最为严重的。当设备在运行过程中是因为这类材质的钢管而出现严重的氧化皮脱落，那么便可以通过更换不同材质的炉管以解决这个问题（如将炉管的材质更换成T91）。此外，炉管材料所具有的氧化性还与材料结构等因素有关，能够通过对材料所具有的晶粒度进行处理以及对材料的便面进行喷丸处理以增加炉管的抗氧化性，尽量避免出现氧化皮的脱落。
4.2优化锅炉启停参数
在火电厂锅炉启停环节，主要是对其参数进行相应的优化，譬如，提前引入旁路系统，然后在启动锅炉时，伴随该旁路系统的启动，这样，固体颗粒对汽轮装置的冲蚀效应就会显著下降，同时对启停参数加以优化，将制粉系统的运行进行适当的延迟，将低负载运行环节进行缩短，从而实现氧化层适当的降低。
设备在正常运行的过程中，需要对其运行温度进行控制，以确保设备中各部分的温度一直保持在设计温度之下。与此同时，还要重点关注设备受热面上温度出现的偏差，以做好燃烧的调整，并将设备当中温度的偏差控制在10度以内，从而避免设备部分地方由于温度过高，而加快氧化反应。当在设备运行时，如果发现了设备当中某部分的温度已经超过了设计温度，工作人员就对其出现的原因进行具体的分析，并制定和实施有效的措施，以降低温度。
4.3母材及结构优化
应用具有更高抗氧化性以及许用温度的T22钢材来制作受热面。从原材料角度来对其展开优化，对那些容易超温的管材零部件，加以更换。借助于给水加氧，对金属氧化皮进行处理，让氧化皮上的四氧化三铁转换成稳定性更强的三氧化二铁进行覆盖，这样就能提升该氧化皮稳定性。此外，针对受热面还可以镀上铬元素，并进行适当的化学清洗，最大限度降低该氧化皮厚度。另外还需要从锅炉结构角度展开设计，这同样也会降低该氧化皮的厚度，譬如，将喷嘴结构、主气阀门等结构进行优化等。
4.4建立严格规范的检修制度
当前，针对金属氧化皮的处理，并没有全面的消除方式，因此，还需要从管理视角，构建和执行定期抽检和检查制度，对现场管理水平加以提升，从而更好的提升设备的安全运行水平。
在控制设备启动温度上，应根据设备的不同类型选取不同的方法去控制设备的运行温度。当设备冷态开启，并且设备中的蒸汽压力和流量都能够满足设备的运行需求时，便可以对相关系统和元件进行吹扫，将所有沉淀的氧化皮清除干净。而设备的热态开启时，便需要对设备当中金属材料的温度进行全面的控制，避免其出现大幅度的温度变化，使其能够达到设备停止前的温度状态。同时，在设备处于低负荷状态时，应尽量不要使用减温水，从而减少设备进行干湿转化的时间，进而降低由于金属温度发生变化而影响到设备的运行。
结束语
综上所述，在火电厂锅炉金属氧化皮剥落问题方面，本文进行了进一步的分析，也对问题进行了总结，从而针对问题提出了一些有效的防范措施，希望可以为今后的相关工作提供借鉴和参考。
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