1、SPE的概念及危害

固體顆粒侵蝕(SPE)是指從鍋爐的過熱器、再熱器及主蒸汽和再熱蒸汽管的內(nèi)表面剝落下來的堅硬的氧化鐵粒子及檢修爐管時殘留物隨蒸汽流入汽輪機，會對主蒸門造成卡澀(如圖6)及通流部分機械損傷(如圖7)。

機械損傷是指固體顆粒在高速擊和磨削的聯(lián)合作用下侵蝕噴嘴。動葉片及其圍帶、阻汽片等通流部件金屬材料。由于大容量機組的鍋爐過熱器再熱器系統(tǒng)十分龐大，只要其中一分受熱面積發(fā)生的氧化鐵垢層落下來，其每年形成的固體粒子的重量可達數(shù)百千克。在固體顆粒當中不僅有高溫氧化鐵的落物，而且還有停機時產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物，這些堅硬的粒子以高速不斷地擊磨削通流件，汽輪機噴嘴和動葉片的汽道失去金屬材料或產(chǎn)生變形。

2、固體顆粒的產(chǎn)生

在高溫環(huán)境下水蒸氣管道內(nèi)會出現(xiàn)水分子中的氧與金屬元素發(fā)生氧化反應(yīng)，稱為蒸汽氧化。當金屬的工作溫度大于570℃時，鐵的氧化速率會大大增加。對于抗氧化性能良好的合金鋼，因銘、硅、鋁等合金元素的離子更容易氧化，會在管道表面形成結(jié)構(gòu)致密的合金氧化膜并阻礙原子或離子的擴散，大大減緩氧化速率。隨著時間的推移，氧化層還會逐漸增厚，當然其氧化過程將按對數(shù)規(guī)律而逐步趨于收斂。對于同一種合金鋼材，工質(zhì)溫度越高。蒸汽氧化作用就越強。另外管道的傳熱強度(熱通量)越高，管道的平均溫度越高，其蒸汽氧化作用也越強。蒸汽側(cè)氧化層出現(xiàn)后相當于管內(nèi)結(jié)垢，這又提高了管壁的平均溫度，從而又加速了蒸汽氧化。氧化層的熱膨脹系數(shù)與母材不同且導(dǎo)熱系數(shù)遠比母材低。

在鍋爐啟動階段，特別是鍋爐帶負荷跳閘后的重新啟動，其受熱面會受到較大的冷熱沖擊，在此階段管子內(nèi)側(cè)的氧化層較易松動或脫落。一定厚度的氧化皮脫落時一般呈片狀，若能被蒸汽吹離則會沿蒸汽流向運動并逐步加速，由于其單位質(zhì)量遠大于蒸汽，在管子彎頭處蒸汽轉(zhuǎn)向時，氧化皮在離心力作用下會撞向管壁出現(xiàn)變形或破碎，其比表面積增加并更易被加速而后在蒸汽的推動下沿內(nèi)壁轉(zhuǎn)向，到直管段后再次被加速，直至撞向下一個轉(zhuǎn)彎處。從過熱器、再熱器到汽輪機，脫落的氧化皮跟隨蒸汽要經(jīng)過很多次轉(zhuǎn)向，在此過程中不斷重復(fù)上述運動，反復(fù)被加速、撞擊、變形和破碎，最終成為許多呈顆粒狀的氧化金屬。不過，脫落的氧化皮若較厚，在U型布置的過熱器、再熱器的向上管段內(nèi)蒸汽的動能有可能不足以克服其重力并將其沖出垂直段，則氧化皮會沉積于U型管的底部。從而增加該管段的阻力造成此處的蒸汽流量下降，并使該段金屬溫度升高，氧化加速。在下一次啟動或其他原因的冷熱沖擊時再次發(fā)生氧化皮脫落，將更減少此處的蒸汽流量及其對管子的冷卻能力，進一步加劇氧化皮脫落。

3、固體顆粒對汽輪機通流部分的侵蝕

一般情況下管內(nèi)的蒸汽設(shè)計流速小于60rrds，蒸汽中攜帶的金屬顆粒的動能及對管道內(nèi)壁的侵蝕較為有限。但當金屬顆粒進入汽輪機靜葉后，流道內(nèi)的蒸汽熱能(恰)轉(zhuǎn)換為速度能，出口流速可達甚至超過音速，導(dǎo)致金屬顆粒被大大加速。其具有的動能可能對靜葉出汽邊和動葉產(chǎn)生嚴重的侵蝕，速度越高侵蝕率越大，且侵蝕率與顆粒運動速度的3次方成正比。

此外侵蝕率亦與金屬顆粒對葉片表面的入射角有關(guān)，研究表明當入射角達20～30°時侵蝕率達最高值。當顆粒進入汽輪機葉片流道后被不斷加速的蒸汽流加速直至撞向葉片壁面。顯然，即使蒸汽流速、運動路程等其他物理條件相同，超臨界機組金屬顆粒最終的撞擊速度也將明顯高于亞臨界機組。

對于帶調(diào)節(jié)級的機組，超臨界機組的調(diào)節(jié)級焓降尤其是部分進汽方式下的焓降遠高于亞臨界機組，故超超臨界機組的噴

嘴出口蒸汽流速亦遠高于亞臨界機組，這使得超臨界機組調(diào)節(jié)級出口的顆粒運動速度遠高于亞臨界機組，故超超臨界機組的侵蝕問題必然更為嚴重。

4、防范措施

選用高溫部件如鍋爐的高溫過熱器、再熱器及主蒸汽、再熱汽管道的鋼材，使其具有完全抗氧化和耐腐蝕性能，而現(xiàn)代冶金工業(yè)技術(shù)的進步已經(jīng)能夠為超臨界機組提供多種耐高溫的金屬材料。

在新機組啟動前，對鍋爐過熱器、再熱器和主蒸汽、再熱蒸汽管道一定要進行蒸汽吹掃，將易脫落的氧化鐵粒子吹出。為了提高對氧化鐵的清除效率，可采用加氧吹掃新工藝，它能加速清除掉新投運鍋爐和蒸汽管道系統(tǒng)的表面在加工時形成的氧化皮。鍋爐過熱器、再熱器管子以及主蒸汽和再熱蒸汽管道的焊接應(yīng)采用新的焊接工藝以防焊渣等碎金屬落入;在一段管子焊接完之后立即清理干凈，再焊下一段管子。

4.1運行階段預(yù)防措施

加強機組運行中的汽溫調(diào)整和控制。同時要防止爐膛熱工況擾動造成受熱面超溫，防止減溫器后溫度突變造成受熱面氧化皮脫落。加強受熱面的熱偏差監(jiān)視和調(diào)整，防止受熱面局部長期超溫運行，發(fā)現(xiàn)有任一點壁溫超過限額時，應(yīng)降低蒸汽溫度運行，待原因查明處理正常，各管壁金屬溫度均不超限后再恢復(fù)正常汽溫運行。

4.2機組的啟停過程中控制措施

機組啟動過程中，嚴格按照升溫升壓曲線進行溫度和壓力的控制，汽溫和管屏溫升均不應(yīng)超過1.5℃/min，主汽壓升壓速率不大于0.1MPa/min;及時進行燃燒調(diào)整，防止管屏壁溫超溫。

鍋爐停運過程中，應(yīng)控制主、再汽溫溫降小于1.5℃/min(最大不超過3℃/min，且不超過60℃/h)，壓降不大于0.174MPa/min，且盡量避免減溫水的投用，若必須投用則以一級減溫水為主，二、三級減溫水不投用。

鍋爐熄火后，經(jīng)過通風吹掃后，及時停運行鍋爐送、引風機，保持鍋爐悶爐狀態(tài);鍋爐放水前，不進行鍋爐的自然通風工作。鍋爐放水結(jié)束，關(guān)閉汽機側(cè)疏水破壞真空，維持鍋爐系統(tǒng)空氣門和疏水門開啟狀態(tài)進行余熱干燥。停爐后應(yīng)檢測屏式過熱器、高溫過熱器和高溫再熱器底部氧化物的堆積情況，發(fā)現(xiàn)堆積嚴重應(yīng)割管清理。

4.3做好停爐防腐工作

防止過熱器、再熱器彎頭積水造成停運期間腐蝕。目前超超臨界機組大都采用熱爐放水、余熱烘干法進行保養(yǎng)。嚴格控制管壁溫差不超過制造廠允許值前提下應(yīng)盡量提高鍋爐受熱面放水壓力和溫度，停爐期間加強過熱器和再熱器系統(tǒng)疏水的排放，并確保管內(nèi)剝落的氧化皮在停爐期間和啟爐過程中始終處于干燥、松散狀態(tài)，以利于蒸汽吹掃。當分離器出口壓力1.60MPa，溫度295℃，開啟爐水冷壁系統(tǒng)、過熱器系統(tǒng)、再熱器系統(tǒng)各疏水和放空氣門進行帶壓放水。放水后關(guān)閉鍋爐各放水門和各放空氣門，啟動真空泵抽真空，保養(yǎng)效果良好。

在超超臨界機組運行過程中，因汽輪機通流部分失效引起的事故占很大比例，嚴重影響電網(wǎng)安全運行。本文通過分析汽輪機通流部分的積鹽、結(jié)垢、腐蝕及SPE的原因及形成機理，并提出有效的預(yù)防措施，對提高汽輪機的穩(wěn)定性能及整個機組的效率有著極其重要的意義。

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