摘要：針對超臨界機組蒸汽參數高這一特點，在鍋爐設計和主要設備的金屬材料選擇使用上提出了一些意見。在運行管理上，應對鍋爐過熱器、水冷壁、再熱器等部位加大狀態監測，嚴格控制汽水品質，對高壓閥門實施及時合理的狀態檢修，認真進行運行維護和停機保養，確保超臨界火電機組安全可靠地運行。

　　關鍵詞：超臨界；火電機組；合金鋼；安全控制；汽水品質；電網安全

　　目前，國內裝機容量已突破4億千瓦，引進和建設低煤耗、大容量的超臨界大型火電機組可以提高我國發電廠的經濟性，同時也能滿足節能、環保的要求，國內已投產600 MW、800 MW、900 MW級超臨界燃煤機組多臺，鄒縣電廠2×1000 MW超超臨界燃煤機組立項在建。隨著超臨界燃煤機組占國內裝機容量的比重越來越大，其運行情況將對電網安全產生很大影響。所以根據超臨界大型火電機組的特點，實施科學合理的安全控制監測，將對確保電力安全生產發揮積極的作用。?

　　1　超臨界機組安全生產的特點?

　　超臨界大型火電機組蒸汽參數高（壓力≥22.12 MPa、溫度≥540 ℃），和亞臨界機組相比在運行過程中存 在的問題有所不同。其主要問題有：①過熱器進出口的部分管子過度磨損和水冷壁管、再熱器管的泄漏，這些問題大多與燃料的含灰量和煙氣流速有關；②汽機高壓缸第一級葉片根部腐蝕，此種現象在機組投運6～8年后漸漸嚴重，蒸汽品質是主要的原因；③高壓閥門的泄漏問題。?

　　超臨界大型火電機組的不可用率（包括強迫停爐、維修與計劃停運）的影響因素是多方面的，超臨界壓力鍋爐的不可用率約為汽輪機、發電機和電站輔機的3倍。水冷壁管泄漏是鍋爐方面的主要問題，大部分是由于過熱所致。管壁結垢和水冷壁中質量流量過低、管內紊流程度不夠，使鍋爐在高熱負荷區發生核態沸騰所引起。造成上述問題的原因大多是鍋爐水冷壁無法得到足夠的冷卻和缺少凝結水除鹽設備或除鹽設備不完善。水的品質對于超臨界機組的可靠運行極為重要。?

　　與鍋爐相比汽輪機受超臨界壓力的影響較小。超臨界汽輪機的主要問題是汽輪機葉片和閥門受固體粒子的侵蝕，嚴格控制汽水品質并采用內置式分離器可解決上述問題。再者，腐蝕可能促成葉片（低壓缸葉片）裂縫，造成強迫停運。現已得知，含氧量高、pH值低及Na+、Cl-含量高，均會降低12%Cr不銹鋼葉片的疲勞強度。如果凝汽器中的循環水漏入凝結水，可能會增加氯化物和其他的污染，再加上如果凝結水深度除鹽裝置運行不當，則雜質就會經鍋爐而進入汽輪機。因此，汽水品質控制和防止凝汽器泄漏是重要的防范措施。

　　機組啟停期間，旁路系統設計是否得當，對閥門的運行十分重要。在機組啟停過程中閥門全開時，大量的高溫高壓蒸汽對閥門密封面進行沖刷；特別是機組事故停機時，大量的額定參數的蒸汽對閥門密封面的沖刷更為嚴重，就可能引起問題。一般認為，經過約20次啟動后，閥門需要檢查、維護和修理。

　　2　超臨界機組安全控制重點?

　　(1) 主要設備材料選擇。對于管道和聯箱的壁厚部分，除了提高蠕變強度外，消除或減小熱疲勞影響是一個主要問題。出于這個考慮，合金的應用發展集中在包含9%～12%Cr的鐵素體鋼。優化鋼中的強化元素Cr、Nb、 Mo和V含量以及用合金元素W來部分的替換Nb，在9%～12%Cr鐵素體鋼中便產生了3種新型合金HCM12A、NF616和E911（P92、P122和E911），可將蒸汽參數提高到620℃/34 MPa。若超過620℃，抗氧化能力則成為一個附加的限制因素，尤其對9%Cr鋼。含有Co和更多W的12%Cr的新型合金NF12 和 SAVE12，所承受的工作溫度范圍在650 ℃以內。當溫度超過650 ℃可能需要奧氏體鋼和鎳基合金；對于過熱器/再熱器管子,除了提高蠕變強度外，蒸汽側氧化和煙氣側抗腐蝕能力是主要的問題。此外，管壁金屬實際溫度通常超過蒸汽溫度約28 ℃。所以鐵素體鋼之中的任何一種在蒸汽溫度為565 ℃的過熱器/再熱器管子末段中使用是不太可能的，在這些比較高的溫度下需要用奧氏體鋼。根據煤的腐蝕性，較高含量的Cr鋼或包覆層是必須的。在蒸汽溫度為620 ℃和非腐蝕的運行條件下，超級304H、Tempalloy AA1、Esheat 1250、17CW?Mo材料是可接受的。在腐蝕比較嚴重的情況下，則推薦20%～25%Cr的合金。例如HR3C、NF709和IN72覆層。一些備選合金如Incone 1617、NF709和Cr30A合金等，在具有Incone 1617（50%Cr）覆層的情況下可使用在650 ℃的蒸汽環境下；如果將分別包含25%Cr、12%HCM2（T23）和HCM12的兩種新鋼種應用在上水冷壁部分，單純從蠕變強度的觀點來看，其在595～650℃的蒸汽溫度范圍中是適當的，但在鍋爐中煙氣側腐蝕問題存在時，這些合金將必須包覆或覆焊含超過18%～20%Cr的合金層；只有遵循以上原則合理科學地選擇鍋爐各部件的金屬材料，才能有效地避免金屬疲勞損壞，確保機組安全運行。?

　　(2) 加強受熱面冷卻。為了對處于較低工質流量下的每根管子提供充分的冷卻，采用優化多通道內螺紋管，該螺紋管是西門子KWU公司和B&W公司在一起研究的，該管能夠用一般的擠壓方法加工制造，它的內螺紋高度高 、螺距小、從而可使管內工質的混合與紊流加強、冷卻效果明顯優于單通道和傳統的多通道內螺紋管的冷卻效果，可確保鍋爐安全可靠的運行。并且加工方法更加簡單，成本更加低廉。?

　　(3) 壽命管理技術。為提高超臨界大型火電機組的可用率，采用高溫關鍵設備和壽命評估為基礎的設備壽命管理（LM）技術，應針對性地對過熱器、水冷壁、再熱器等主要部件的運行參數進行在線監測，利用這些參數對部件不同位置的實時狀態（溫度、應力及殘余壽命）進行評估，及時正確地將狀態和壽命評估結果應用到設備管理的決策中，可明顯提高設備運行的安全性、可靠性，實現設備的優化運行和依據狀態安排檢驗與維修管理，全面實施設備狀態檢修。

　　(4) 汽水品質控制。汽輪機葉片和高壓閥門受固體粒子的侵蝕以及旁路系統的閥門泄漏是影響機組不可用率的主要因素，關鍵原因是汽水品質不良。因此應加大對汽水品質的控制，設置全面嚴格的汽水系統在線監測，確保汽水品質的優良。另外，用氯化處理和活性炭床處理，防止供水中的有機物質進入鍋爐。因為在鍋爐運行溫度下，有機物會分解為酸性化合物，對除鹽裝置中的樹脂有害。嚴格控制水處理工況，依據BELEWS CREEK電廠所確立的水化學標準：鈉離子小于3 ppb，溶解氧小于5 ppb，硅小于15 ppb，含鐵量小于20 ppb，導電度小于02微姆，pH值為92～95，聯氨為20～50 ppb；制定較亞臨界壓力機組更嚴格的控制標準。

　　3　結論?

　　科學合理地選擇鍋爐水冷壁管的形式，根據設計參數合理選擇鍋爐主要部件的應用材料；實施科學合理的設備在線監測，嚴格對超臨界大型火電機組事故的多發部件進行在線監測，由其對鍋爐過熱器、水冷壁、再熱器等部位。嚴格控制汽水品質；對高壓閥門實施及時合理的狀態檢修，認真進行運行維護和停機保養，確保超臨界火電機組安全可靠地運行，杜絕事故停機，夯實電網安全基礎。?