鍋爐運(yùn)行調(diào)整如何加強(qiáng)對過熱器的保護(hù)

李長鎖

(山東大唐東營發(fā)電廠籌建處，山東 東營 257091)

某電廠鍋爐型號(hào)為HG-670/140-9(200 MW)，由哈爾濱鍋爐制造廠生產(chǎn)，為超高壓、中間再熱、自然循環(huán)、全懸吊、燃煤汽包爐。銘牌出力蒸汽流量670 t/h，過熱器出口壓力13.72 MPa，過/再熱器出口溫度540/540 ℃，設(shè)計(jì)效率89.74 %。燃燒器采用四角噴燃切圓燃燒直流式，爐頂觀看為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，共4 層。該廠原設(shè)計(jì)煤種是開灤洗中煤，低位發(fā)熱量Qnet.ar=13 105 kJ/kg，灰熔點(diǎn)(DT/ST/FT)大于1 500 ℃，按設(shè)計(jì)煤種不存在過熱器過熱超溫現(xiàn)象。但鑒于目前的煤炭市場現(xiàn)狀，該廠很少按設(shè)計(jì)煤種上煤，實(shí)際運(yùn)行中煤種的差別很大，既有發(fā)熱量很高、灰熔點(diǎn)很低的山西煤，又有發(fā)熱量低、灰分高的本地小窯煤。有時(shí)僅在一個(gè)運(yùn)行班入爐煤種變化就多達(dá)十幾種，給運(yùn)行調(diào)整帶來極大不便，非常容易造成金屬材料疲勞破壞、爐內(nèi)結(jié)焦、管壁超溫等狀況。

目前，許多電廠肩負(fù)著調(diào)頻任務(wù)，負(fù)荷調(diào)整幅度較大，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)間較短。特別是近幾年隨著大機(jī)組和超大機(jī)組的相繼投產(chǎn)，調(diào)頻任務(wù)就主要落在中小機(jī)組身上。機(jī)組啟停調(diào)頻和節(jié)期停備等日益增多，晝夜負(fù)荷差別越發(fā)明顯，高峰時(shí)達(dá)到額定負(fù)荷，低谷時(shí)機(jī)組深調(diào)只能帶額定負(fù)荷的50 %。設(shè)備承受著巨大的、頻繁的應(yīng)力變化，加快了金屬材料的老化，客觀上造成金屬管壁損壞率的增加。

1 過熱器的特點(diǎn)

過熱器的作用是將鍋爐水冷壁受熱面產(chǎn)生的飽和蒸汽提高到額定壓力下具有一定過熱度的過熱蒸汽，使蒸汽的焓值增加，提高其做功能力，從而降低汽輪機(jī)組的汽耗，提高機(jī)組的熱效率，同時(shí)降低汽輪機(jī)末級(jí)葉片的蒸汽濕度，防止汽輪機(jī)末級(jí)葉片受到腐蝕和水沖擊。過熱器設(shè)計(jì)與運(yùn)行的主要原則是：①防止受熱面金屬溫度超過材料的許用溫度；②過熱器溫度特性好，在較大的負(fù)荷范圍內(nèi)能通過調(diào)節(jié)維持額定汽溫；③防止受熱面管束積灰、磨損和腐蝕。

過熱器的工作環(huán)境極其惡劣，其外部是鍋爐煙氣溫度最高的區(qū)域，粘浮在其表面的爐渣會(huì)造成管壁過熱，金屬鹽的高溫腐蝕，加之飛灰的磨損，極易造成過熱器管的損壞；其內(nèi)部飽和蒸汽攜帶的可溶性鹽，會(huì)在過熱器管內(nèi)結(jié)垢，造成垢下腐蝕，同時(shí)管內(nèi)流動(dòng)的蒸汽是整個(gè)機(jī)組中蒸汽溫度最高的，長時(shí)間的連續(xù)運(yùn)行易造成金屬材料脆化疲勞，高溫蠕變，勢必縮短金屬材料的使用壽命。

過熱器的這種作用和特點(diǎn)，使得在設(shè)計(jì)制造和運(yùn)行中對過熱器的保護(hù)就至關(guān)重要。由于提高金屬材料的強(qiáng)度受目前的冶金技術(shù)和設(shè)備成本造價(jià)的制約，因此，在現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行中，保護(hù)過熱器的途徑主要是提高檢修工藝，加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整。

2 過熱器的損壞特征

HG-670/140-9 鍋爐過熱器管的金屬材料主要是12Cr1MoV，它的極限溫度是580 ℃，如果在機(jī)組運(yùn)行中過熱器管壁溫度超過這個(gè)溫度，就是超溫，或稱過熱。過熱是造成金屬管壁損壞的原因，按照過熱器管壁過熱時(shí)間的長短，可將過熱分為長期過熱和短期過熱。

2.1 長期過熱造成的爆管

圖1 是某鍋爐過熱器長期過熱爆管的照片。從圖上看，破口不大，斷裂面粗糙、不平整，破口邊緣是鈍邊，不鋒利，破口附近有許多平行于破口的軸向裂紋，破口外表面有一層較厚的氧化皮，氧化皮較脆，易剝落。

圖1 長期過熱導(dǎo)致的爆管

長期過熱爆管的原因分析如下。

(1)由于設(shè)計(jì)不完善、溫度測點(diǎn)損壞或不能覆蓋該處過熱器管壁，致使部分過熱器管壁金屬溫度不能得到有效監(jiān)督。

(2)在安裝焊接時(shí)，接口內(nèi)進(jìn)入焊流，造成管內(nèi)徑縮小；制造時(shí)使用的管徑，小于標(biāo)準(zhǔn)管徑；管子長度、彎曲弧度不同形成的阻力不同等，均會(huì)使運(yùn)行的管內(nèi)蒸汽流量減少，不能很好地對過熱器管壁進(jìn)行冷卻，形成水力不均。在外部由于煙氣旋轉(zhuǎn)方向、角度的差異，結(jié)焦堵塞煙氣通道，使煙道內(nèi)的煙氣流量不均，形成熱力不均，都會(huì)導(dǎo)致爆管過熱器長期處在超溫狀態(tài)。

(3)運(yùn)行中該處管外壁結(jié)焦、積灰或內(nèi)壁結(jié)垢造成過熱器管壁長期超溫。因?yàn)椴徽撌墙Y(jié)焦、積灰或內(nèi)壁結(jié)垢，都會(huì)造成傳熱系數(shù)減小，管內(nèi)蒸汽和管外煙氣不能進(jìn)行正常的熱量交換，必然造成管壁過熱，直至爆管。

(4)煤種變化的影響。部分煤種含炭量高，揮發(fā)分低或煤粉較粗，爐內(nèi)火焰燃燒延遲，引起火焰中心上移，機(jī)組長期超負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致爐膛出口煙溫超過設(shè)計(jì)許用值(1 072 ℃)，造成過熱器管壁超溫。另外，煤的灰熔點(diǎn)低(小于1 200 ℃)，大量在水冷壁上結(jié)焦，減少了水冷壁管的吸熱量，造成爐膛出口溫度升高，過熱器管壁超溫。

2.2 短期過熱造成的爆管

圖2 是某鍋爐短期過熱爆管的照片。從圖上可以看到，爆破口張開得很大，呈喇叭狀；破口邊緣鋒利，減薄較多；破口斷面較為平滑，呈撕裂狀；破口附近管子脹粗較大；管子外壁一般呈藍(lán)黑色，破口附近沒有眾多的平行于破口的軸向裂紋。

圖2 短期過熱導(dǎo)致的爆管

短期過熱爆管原因分析如下。

(1)在運(yùn)行中由于調(diào)整不及時(shí)，或減溫水調(diào)整門故障造成減溫水短時(shí)中斷；開停制粉系統(tǒng)，排粉機(jī)帶粉；運(yùn)行中給粉機(jī)突然風(fēng)壓高；煤質(zhì)突然變化等原因，致使蒸汽溫度升高超過規(guī)定值，管壁溫度升高超過極限值，造成管壁過熱爆管。

(2)部分運(yùn)行人員片面追求主汽溫度壓“紅線”運(yùn)行，對過熱器管壁金屬溫度監(jiān)視不到位或不重視管壁超溫，在金屬管壁溫度超過許用值時(shí)未及時(shí)調(diào)整，造成過熱爆管。

(3)機(jī)組起動(dòng)時(shí)，在鍋爐水壓試驗(yàn)后未將過熱器U 形管內(nèi)的積水疏凈，形成“水塞”，使管內(nèi)蒸汽不能正常流動(dòng)，不能對管壁進(jìn)行冷卻，導(dǎo)致金屬管壁處于“干燒”狀態(tài)，造成過熱爆管。

(4)零米冷灰斗、水封槽冷卻水因掉焦突然失去，大量冷風(fēng)從爐底進(jìn)入爐膛，造成主、再熱汽溫快速升高，引發(fā)金屬管壁溫度也大幅升高，導(dǎo)致管壁過熱爆管。

(5)停爐后沒有對金屬管壁進(jìn)行良好的保護(hù)，其金屬表面受到氧化腐蝕，形成“病灶”，在鍋爐運(yùn)行時(shí)導(dǎo)致爆管。

3 過熱器的保護(hù)

防止超溫、保護(hù)過熱器是一個(gè)系統(tǒng)工程，它包括鍋爐設(shè)計(jì)、金屬材料、檢修安裝工藝、化學(xué)監(jiān)督管理、運(yùn)行調(diào)整等許多方面?，F(xiàn)從運(yùn)行調(diào)整的角度來探討如何對過熱器進(jìn)行保護(hù)。

3.1 機(jī)組啟?；虻拓?fù)荷時(shí)的保護(hù)

機(jī)組啟?；虻拓?fù)荷運(yùn)行時(shí)，盡管爐外煙氣溫度不高，過熱器管壁卻極有可能超溫。這是因?yàn)檫^熱器管內(nèi)沒有蒸汽流量或蒸汽流量很小，不足以冷卻過熱器管壁。鍋爐水壓試驗(yàn)后，沒有進(jìn)行徹底疏水，立式過熱器管內(nèi)有積水，在積水排除前，過熱器處于“干燒”狀態(tài)。為了保護(hù)過熱器管壁溫度不超溫，此時(shí)必須嚴(yán)格限制過熱器入口的煙氣溫度。措施是限制燃燒量或調(diào)整爐內(nèi)火焰中心位置，控制爐膛出口煙溫，并網(wǎng)前爐膛出口煙溫控制在510 ℃。即在蒸汽流量較小時(shí)，控制煙氣溫度不超過金屬許用值。

鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火后及時(shí)投入Ⅰ，Ⅱ級(jí)旁路系統(tǒng)，控制蒸汽流量，確保過熱器管壁金屬溫度不超標(biāo)。20 %負(fù)荷以下禁止使用減溫水降低過熱蒸汽溫度，因?yàn)榈拓?fù)荷時(shí)，蒸汽流量較小，流速較低，減溫水噴入后，會(huì)引起過熱器管內(nèi)的蒸汽流量分配不均勻，造成熱偏差；噴入的減溫水不能全部蒸發(fā)，積存于個(gè)別U 形管內(nèi)，形成“水塞”，造成管內(nèi)蒸汽不能正常流動(dòng)，使過熱器管壁得不到冷卻而超溫。隨著主蒸汽壓力的升高，過熱器內(nèi)的蒸汽流量增大，使管壁逐漸得到良好的冷卻，這時(shí)用限制過熱器出口汽溫的辦法來保護(hù)過熱器。過熱器出口汽溫的高低主要與鍋爐燃料量、蒸汽流量、爐膛火焰中心位置和煙氣過?？諝庀禂?shù)有關(guān)。

3.2 正常運(yùn)行時(shí)過熱器的保護(hù)

正常運(yùn)行時(shí)，過熱器的蒸汽流量較大，正常情況下足以對過熱器管壁進(jìn)行冷卻。但由于煤質(zhì)的變化、煤粉細(xì)度的變化、燃燒方式的變化、爐內(nèi)水冷壁結(jié)焦、運(yùn)行值班人員技術(shù)水平的差異等諸多方面的原因，也時(shí)常造成過熱器管壁超溫。

在煤質(zhì)方面，如果入爐煤含炭量太高、揮發(fā)分又比較低，則煤粉不能在噴燃器出口附近迅速燃燒，使火焰向后推遲。此時(shí)應(yīng)調(diào)整給粉機(jī)運(yùn)行方式，減少上排給粉機(jī)臺(tái)數(shù)，增加下排給粉機(jī)臺(tái)數(shù)，盡量降低火焰中心位置。制粉系統(tǒng)故障，使煤粉變粗，煤粉不能在爐膛火焰中心燃盡，而隨煙氣上移進(jìn)一步燃燒，造成爐膛出口煙氣溫度升高，過熱器管壁超溫。入爐煤灰熔點(diǎn)低會(huì)造成水冷壁、前屏過熱器結(jié)焦，爐內(nèi)熱量后移，造成爐膛出口煙氣溫度升高，對流過熱器管壁超溫。過熱器本身結(jié)焦，粘浮在其表面的焦塊遇可燃物后進(jìn)一步燃燒，形成惡性循環(huán)，使過熱器管壁燒壞。從運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，爐內(nèi)結(jié)焦是過熱器超溫的首要問題，防止鍋爐結(jié)焦是保護(hù)過熱器的基本措施。目前采取的主要措施是：控制低灰熔點(diǎn)煤入爐，采取高、低灰熔點(diǎn)煤按比例摻配，進(jìn)行混合燃燒。正確、合理使用吹灰器，及時(shí)消除受熱面結(jié)焦。合理調(diào)整燃燒，避免缺氧燃燒，防止因產(chǎn)生一氧化碳還原氣體而降低灰熔點(diǎn)溫度。在鍋爐檢修時(shí)認(rèn)真校正噴燃器角度，防止沖刷水冷壁，避免末燃盡煤粉粘在水冷壁上燃燒，形成惡性循環(huán)。控制爐內(nèi)溫度，避免鍋爐長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行。

加強(qiáng)化學(xué)汽水品質(zhì)的監(jiān)督，確實(shí)保證汽包內(nèi)蒸汽清洗裝置可靠使用，認(rèn)真執(zhí)行底部定期排污制度。合理使用汽包連續(xù)排污系統(tǒng)，嚴(yán)格保證蒸汽品質(zhì)合格，防止過熱器管內(nèi)壁結(jié)垢。

在燃燒方面，出現(xiàn)管壁溫度不正常升高時(shí)，應(yīng)積極采取有效措施，適當(dāng)開大上排二次風(fēng)門，關(guān)小下排二次風(fēng)門，把二次配風(fēng)調(diào)整為倒梯形。合理調(diào)整給粉機(jī)運(yùn)行方式、制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式，降低火焰中心位置。在條件允許的情況下，減少送風(fēng)量，避免對流過熱器因?qū)α鲹Q熱量增加而超溫。但要辯證地理解減少送風(fēng)量，這是因?yàn)椋核惋L(fēng)量的增大使煙氣量增加、對流過熱器吸收的熱量增加，容易造成過熱器管壁超溫；如果送風(fēng)量過小，煤粉由于缺氧不能在爐膛內(nèi)完全燃燒，煤粉燃燒位置上移，可燃物質(zhì)被煙氣帶到水平段，由于煙道的漏風(fēng)，氧量得以補(bǔ)充，不能完全燃燒的煤粉在爐膛出口及水平段煙道進(jìn)一步燃燒，對流過熱器管內(nèi)蒸汽溫度急劇升高，造成過熱器管壁溫度升高。同時(shí)，煙囪冒黑煙，極易造成鍋爐滅火和引發(fā)尾部煙道二次燃燒。

運(yùn)行人員在監(jiān)盤時(shí)必須隨時(shí)監(jiān)視鍋爐各處的金屬溫度。在金屬管壁溫度異常升高時(shí)，必須引起高度重視，及時(shí)查找原因，適當(dāng)?shù)卦黾訙p溫水量，降低過熱器蒸汽溫度，增加傳熱溫差，降低過熱器金屬溫度。在減溫水量很大(一般大于35 t/h，一、二級(jí)減溫水調(diào)整門開度超過80 %)時(shí)，在保證汽包給水量正常供給的前提下，可適當(dāng)關(guān)小給水調(diào)整門開度，來提高給水壓力，增加減溫水量。如果電網(wǎng)負(fù)荷允許，應(yīng)及時(shí)聯(lián)系值長，適當(dāng)?shù)亟档蜋C(jī)組負(fù)荷，降低爐內(nèi)溫度。采用滑壓運(yùn)行方式，即在保證機(jī)組負(fù)荷不變的情況下，降低過熱器出口汽壓、汽溫，以提高過熱器管內(nèi)的蒸汽流量，加大換熱量，降低金屬管壁溫度。充分利用DCS 曲線及早發(fā)現(xiàn)主汽壓力、主汽流量、給水流量、爐膛負(fù)壓等參數(shù)的不正常變化，定期查看四管泄漏監(jiān)視系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)問題認(rèn)真分析研究，判斷是否為爐內(nèi)過熱器管泄漏。

提高設(shè)備巡回檢查質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)過熱器管泄漏。過熱器管泄漏的特點(diǎn)是：初期泄漏發(fā)展比較慢，為非破壞性泄漏，一般為幾天或幾周；當(dāng)泄漏發(fā)展到一定階段時(shí)，就會(huì)轉(zhuǎn)為破壞性爆漏，一個(gè)點(diǎn)的泄漏會(huì)破壞四周的其他管道，產(chǎn)生連鎖性破壞，若任其發(fā)展就可能破壞整個(gè)爐內(nèi)管道。所以，應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏并及時(shí)消除，避免擴(kuò)大過熱器的損壞區(qū)域。

3.3 停爐后對過熱器的保護(hù)

鍋爐停爐，停止向外供汽后，過熱器內(nèi)的蒸汽工質(zhì)也停止流動(dòng)，但這時(shí)爐內(nèi)溫度還較高，尤其是爐墻會(huì)釋放出大量熱量，繼續(xù)對過熱器進(jìn)行加熱，有可能使過熱器超溫?fù)p壞。因此在鍋爐停止向外供汽后，應(yīng)將過熱器出口聯(lián)箱疏水門開啟放汽，使蒸汽流過過熱器對其冷卻，避免過熱器超溫。排汽時(shí)間一般為30 min。疏水門關(guān)閉后，如主汽壓力仍上升，應(yīng)再次開啟過熱器出口聯(lián)箱疏水門放汽。但疏水門開度不宜太大，以免鍋爐被急劇冷卻。

總之，在電廠鍋爐的運(yùn)行中，應(yīng)密切監(jiān)視過熱器的各種相關(guān)參數(shù)，及時(shí)采取有效措施進(jìn)行調(diào)整，加強(qiáng)對過熱器的保護(hù)，以防止過熱器管爆漏事故的發(fā)生。