徐懷德

神華神東電力山西河曲發(fā)電有限公司

350MWCFB超臨界機(jī)組固體顆粒物侵蝕特性和防護(hù)措施

徐懷德

神華神東電力山西河曲發(fā)電有限公司

本文以超臨界機(jī)組為基礎(chǔ)，闡述了固體顆粒侵蝕的性能特點(diǎn)，分析了對固體顆粒侵蝕進(jìn)行防護(hù)的設(shè)計(jì)和使用過程。

超臨界機(jī)組；固體顆粒物；侵蝕特性；防護(hù)措施

一、引言

固體顆粒侵蝕（簡稱SPE），是指在某些特定工況下主再熱蒸汽帶有一定濃度的固體顆粒物，隨蒸汽流入汽輪機(jī)，從而對汽輪機(jī)部件造成沖擊磨損的一種現(xiàn)象。

SPE源頭：特定工況下，鍋爐受熱面金屬氧化脫落形成氧化皮，部分沉積在鍋爐，部分被蒸汽攜帶，不斷撞擊，破碎，形成金屬氧化物固體顆粒。

SPE產(chǎn)生原因：噴嘴在加速過程中形成汽固兩相流，固體顆粒軌跡撞擊，破壞噴嘴邊和腹部。動葉進(jìn)口速度三角形發(fā)生變化，顆粒速度小于蒸汽流速，撞擊、破壞動葉進(jìn)汽邊背弧。通流部件受到這些粒子高速、連續(xù)的沖擊和磨削，噴嘴和動葉片的汽道上的金屬材料被剝離，有的因?yàn)槭艿阶矒艋蚰ハ鞫冃巍９腆w顆粒侵蝕后降低了汽輪機(jī)的效率和可靠性。

SPE固體顆粒物濃度變化規(guī)律：化學(xué)水工況使鈍化膜中Cr成分以鉻酸形式進(jìn)入汽水系統(tǒng)，使鈍化膜呈層狀分布，易脫落，爐側(cè)受熱面溫度巨變，由于熱脹冷縮和熱應(yīng)力作用，氧化皮脫落，固體顆粒物濃度增加。機(jī)爐啟停，負(fù)荷巨變時(shí)。

二、超臨界CFB機(jī)組介紹

1.神東河曲發(fā)電廠鍋爐為東方鍋爐廠自主開發(fā)的DG1150/ 25.4-Ⅱ1型超臨界循環(huán)流化床鍋爐。DG1150/25.4-Ⅱ1型CFB鍋爐為超臨界直流爐，單爐膛、M型布置、平衡通風(fēng)、一次中間再熱、全緊身封閉、循環(huán)流化床燃燒方式。

2.汽輪機(jī)是上海電氣集團(tuán)公司生產(chǎn)：超臨界、表凝式間接空冷凝汽式，型號：NJK350-24.2/566/566；NJK-凝汽式間接空冷，350-機(jī)組額定功率350MW，24.2-主汽壓力24.2MPa，566-主汽溫度566℃，566-再熱汽溫566℃。

三、固體顆粒侵蝕的特性

根據(jù)入射角的不同，固體顆粒侵蝕類型分為兩類：其中入射角大于90度的稱為變形侵蝕，入射角小于90度的稱為切削侵蝕。固體顆粒的侵蝕率受到撞擊速度、入射角的影響。如果固體顆粒的入射角相等，如果撞擊速度越大，那么固體顆粒受到的侵蝕越嚴(yán)重。如果撞擊速度相同，入射角不同，侵蝕率也會不一樣。通過試驗(yàn)得到如下結(jié)論：固體顆粒的入射角在20-25度左右時(shí)，葉片的侵蝕率此時(shí)最大。

對于噴嘴出口的撞擊速度而言，沖動級林比反動級高，相應(yīng)的固體顆粒的侵蝕比也要更嚴(yán)重，沖擊級動葉片固體顆粒侵蝕如圖2所示?，F(xiàn)在我國的超臨界機(jī)組一般都是沖擊式汽輪機(jī)，這種汽輪機(jī)比反動式汽輪機(jī)受到的固體顆粒侵蝕要嚴(yán)重。

四、固體顆粒物沖蝕的危害

1.主、再蒸汽閥嚴(yán)密性下降。甩負(fù)荷工況下易超速。

2.旁路閥嚴(yán)密性下降，工質(zhì)內(nèi)漏、損耗。

3.汽輪機(jī)葉片表面粗糙度變大，葉片型線變化，動葉、噴嘴背弧段沖蝕，葉片減薄，強(qiáng)度下降汽流方向角變化，嚴(yán)重情況下，導(dǎo)致葉片事故。

五、應(yīng)對固體顆粒侵蝕的措施

1.設(shè)計(jì)

（1）旁路系統(tǒng)。汽輪機(jī)的旁路系統(tǒng)的容量盡量選擇余度較大，滿足鍋爐啟動大流量沖洗。

（2）受熱面管材。超臨界鍋爐的運(yùn)行形式是直流鍋爐，這是由超臨界鍋爐的汽水特性決定的。在進(jìn)行超臨界鍋爐的冷壁出口溫度設(shè)計(jì)時(shí)一般較低，這種情況下可采用12CrMoG管，這種管材屬于膜式水冷壁管屏，不必對整屏進(jìn)行焊接熱處理，安裝對接焊口時(shí)，也不必進(jìn)行焊接熱處理。超臨界機(jī)組鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定的主汽溫度是566度，鋼材要有較佳的熱強(qiáng)性，要采用新型高鉻奧氏體鋼，這種管材的熱強(qiáng)性高，具有較好的抗蒸汽氧作作用以及耐高溫腐蝕的作用。

（3）調(diào)節(jié)級噴嘴的調(diào)整設(shè)計(jì)。對噴嘴的幾何形狀進(jìn)行改變，對每一級和下一級的噴嘴和動葉的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，就可以有效的改善固體顆粒的侵蝕率。

（4）鍋爐、汽輪機(jī)制造、安裝過程中應(yīng)保證設(shè)備管路的潔凈無氧化皮。

2.神東河曲防止固體顆粒物侵蝕防護(hù)措施

（1）機(jī)組啟動期間嚴(yán)格進(jìn)行冷態(tài)沖洗和熱態(tài)沖洗水質(zhì)指標(biāo)的控制；

（2）新機(jī)組啟動階段采用酸洗、吹管及旁路蒸汽沖洗等措施充分去除氧化皮。

（3）冷態(tài)啟動過程中嚴(yán)格按照機(jī)組升溫控制曲線控制蒸汽溫度、床溫變化，控制鍋爐脈動給煤時(shí)間，杜絕鍋爐爆燃現(xiàn)象；在進(jìn)行熱態(tài)啟動時(shí)，要根據(jù)每個(gè)熱狀態(tài)下的升溫控制來對蒸汽溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（4）在鍋爐啟動的同時(shí)，要啟動旁路系統(tǒng)，這樣可以使過熱器和再熱器免遭干燒，從而造成管壁的溫度超標(biāo)。

（5）對燃燒、配風(fēng)進(jìn)行調(diào)整，對煤水比進(jìn)行控制，可以對受熱面的溫度場分布情況進(jìn)行改觀，使受熱面管材的壁溫偏差和氣溫偏差得到降低；嚴(yán)禁鍋爐受熱面超溫運(yùn)行和劇烈溫度變化，嚴(yán)格限制鍋爐及受熱面的快啟、快停和快冷方式。

（6）加強(qiáng)過熱器和再熱器壁溫的監(jiān)測和控制，嚴(yán)禁超溫、超負(fù)荷運(yùn)行。要保證管壁監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)具有較低的溫度值，對過熱器和再熱器的管壁溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，如果出現(xiàn)汽溫的超標(biāo)，就要及時(shí)進(jìn)行考核和管理。

（7）對鍋爐水汽進(jìn)行監(jiān)督，對在線化學(xué)儀表進(jìn)行維護(hù)和檢驗(yàn)，這樣可以保證在線化學(xué)儀表數(shù)據(jù)顯示的準(zhǔn)確性。要對凝結(jié)水、給水品質(zhì)進(jìn)行控制，在運(yùn)行時(shí)要保證凝結(jié)水精處理裝置的正常運(yùn)行，汽水品質(zhì)要控制在指標(biāo)范圍內(nèi)，這樣做可以保證機(jī)組的汽水化學(xué)的良好品質(zhì)。

（8）機(jī)組變負(fù)荷相應(yīng)速度限制在4MW，，如發(fā)生負(fù)荷快速波動等因素引起氧化皮大面積剝落，極易發(fā)生固體顆粒物侵蝕。

（9）機(jī)組運(yùn)行一年后化水全揮發(fā)分處理改為OT加氧模式。

（10）鍋爐停運(yùn)后嚴(yán)禁強(qiáng)制冷卻，執(zhí)行自然冷卻。

六、結(jié)論

1.固體顆粒侵蝕造成的后果非常嚴(yán)重，對超臨界汽輪機(jī)葉片等部件的可靠性和經(jīng)濟(jì)性有非常不利的影響。影響汽輪機(jī)高溫葉片等部件的固體顆粒侵蝕率的因素主要有：顆粒顆粒的數(shù)量、撞擊速度、入射角、材料的而侵蝕性能等。

2.要保證超臨界機(jī)組的汽輪機(jī)的使用壽命和內(nèi)效率，就要減少固體顆粒的侵蝕，只有侵蝕率降低了，才能保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］史進(jìn)淵，楊宇，鄧志成，孫慶，張恒濤.超超臨界汽輪機(jī)固體顆粒侵蝕的研究［J］.動力工程，2003，23（4）：1000～6761.

徐懷德（1988-），男，大學(xué)本科，助理工程師，集控技師，從事集控專業(yè)運(yùn)行工作，神華山西河曲發(fā)電有限公司生產(chǎn)技術(shù)部，鍋爐主管。