防止鍋爐高溫受熱面過熱爆管的措施

高志圣

（國家能源費縣發(fā)電有限公司，山東 臨沂 273425）

在鍋爐的實際運行過程中，往往會受到多種不利因素的影響，這就會對其正常運行造成不同程度的阻礙，在其各個組成部分中，以水冷壁、過熱器、再熱器以及省煤器等4部分極易出現(xiàn)泄漏故障，進而會給鍋爐的安全運行帶來潛在的隱患。造成鍋爐泄露的原因非常多，其中最常見的主要有磨損、腐蝕、過熱、安裝以及焊接質(zhì)量差等問題，在實際的工作過程中，要予以充分的關(guān)注。為了確保鍋爐各部分能夠始終處于良好的工作狀態(tài)，就要對鍋爐的整個運行過程進行全過程的監(jiān)控，始終堅持預(yù)防為主的運行控制措施，分別從管理和技術(shù)兩個方面著手，加強各個環(huán)節(jié)配合做到可控在控。國電費縣電廠#2機組650MW超臨界發(fā)電機組，鍋爐型號為HG1913/25.4/571/569-YM3。螺旋管圈與垂直管屏之間由過渡集箱轉(zhuǎn)換連接，下部螺旋管圈管材及規(guī)格為φ38×6.5mm ，15CrMoG，上部垂直管屏規(guī)格及管材為φ31.8×5.5mm，15CrMoG。

1 鍋爐“四管”泄露原因簡要分析

國電費縣電廠#2機組650MW超臨界發(fā)電機組，鍋爐型號為HG1913/25.4/571/569-YM3，于2007年8月正是投入運行。該鍋爐的爐膛采用了當(dāng)時比較先進的全焊接密封膜式水冷壁，能夠大大提高換熱效率，為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益。該種類型的水冷壁主要是由下部螺旋環(huán)繞上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁，按照一定的結(jié)構(gòu)形式連接而成的。螺旋管圈與垂直管屏之間由過渡集箱轉(zhuǎn)換連接，為了能夠確保連接的穩(wěn)定性，并提供足夠的通道，過渡集箱包括左右兩部分，其中左側(cè)包括了63根螺旋管，而右側(cè)則是由191垂直管屏按照一定的連接方式構(gòu)成的。下部螺旋管圈管材及規(guī)格為φ38×6.5mm，15CrMoG，上部垂直管屏規(guī)格及管材為φ31.8×5.5mm，15CrMoG。

我廠#2機組從5月8日開始進行大修，為了能夠有效提高鍋爐的燃燒效率，對其中的燃燒器進行了系統(tǒng)全面的改造升級，采用了比較先進的低氮燃燒器，經(jīng)過改造后，燃燒器整體的燃燒中心相較于改造前提升了1.5m；為了確保水冷壁的密封性符合要求，下部螺旋環(huán)繞上升水冷壁管采用了焊接連接的方式，并且在機組正式運行前，對水冷壁管進行系統(tǒng)群面的酸洗，去除管內(nèi)殘留的各種雜質(zhì)，確保管路通暢。鍋爐大修完成后，于7月2日開始點火運行，直至運行時8日鍋爐的水冷壁突然發(fā)生爆裂泄漏。通過檢查后發(fā)現(xiàn)，水冷壁后墻左側(cè)起第100根和178根火側(cè)垂直管發(fā)生爆裂，爆口部位標(biāo)高48.5m。

1.1 磨損

煤粉鍋爐受熱面飛灰磨損和機械磨損，是影響鍋爐長期安全運行的主要原因。（表1）。

1.2 腐蝕

1.2.1 管外高溫腐蝕

受熱面管外壁在較高溫度條件下，由于缺氧導(dǎo)致還原性氣體存在，當(dāng)燃料中含硫量較高時（＞1%），容易產(chǎn)生管外高溫腐蝕。如果管外產(chǎn)生結(jié)渣、積灰，且上述條件存在，會產(chǎn)生較為嚴重的管外腐蝕。

在鍋爐的受熱面位置處，作為與火焰進行直接接觸的位置，水冷壁在運行過程中極易發(fā)生高溫腐蝕，究其原因，主要是由其周圍的還原性氣體引起的，通過現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，在CO濃度高的位置處，腐蝕較其周圍更加嚴重。

通過對水冷壁的高溫腐蝕位置進行研究發(fā)展，其多發(fā)生于高溫區(qū)域，例如，燃燒器的高溫影響區(qū)域。由于過熱器和再熱器中的還原性氣體相對較少，由氣體所造成的腐蝕問題也相對較輕。

為了盡可能對腐蝕進行有效的控制，在容易出現(xiàn)腐蝕的位置處，可以選用耐腐蝕性能高的合金鋼，以此提高管道整體的耐腐蝕性能，同時，還要對溫度進行科學(xué)合理的有效控制，進而降低爐膛出口的煙氣溫度，消除煙溫偏差。

1.2.2 管內(nèi)化學(xué)腐蝕

當(dāng)鍋爐在正常運行的情況下，其管內(nèi)并不會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)和腐蝕的問題。但是，當(dāng)給水的質(zhì)量較差，無法滿足鍋爐的用水需求，這就會在鍋爐內(nèi)部形成大量的結(jié)垢，而降低管壁的傳熱效率，進一步提高壁溫，最終導(dǎo)致管壁破裂的發(fā)生。當(dāng)鍋爐的受熱面與周圍的濕空氣接觸后，空氣中存在的氧氣、二氧化碳以及二氧化硫等物質(zhì)會在管內(nèi)形成電化學(xué)腐蝕，而影響鍋爐的正常運行。

1.3 超溫和過熱

鍋爐的各個受熱位置，其中溫度最高的就是過熱器和再熱器，當(dāng)汽側(cè)的換熱效果無法滿足鍋爐正常運行的需求時，就會引起溫度的異常升高，而形成超溫和過熱現(xiàn)象，這就會對過熱器和再熱器的正常運行造成不利影響。

針對我廠爆管情況進行了金相檢測，發(fā)現(xiàn)后墻水冷壁左數(shù)第100根、第178根垂直管爆管，向火面組織為相變組織，完全淬火的馬氏體針狀組織。

1.4 制造和安裝質(zhì)量

對于鍋爐而言，其是由多個組成部分焊接而成的，這就導(dǎo)致其受熱面位置處的管道上難以避免存在多處焊縫，而對于鍋爐整體而言，其焊縫多達幾萬條。在對焊縫進行焊接的過程中，由于焊縫數(shù)量巨大，這就會大大增加其焊接質(zhì)量的控制難度，導(dǎo)致未焊透、未熔合以及咬邊等各種缺陷的出現(xiàn)，而在高應(yīng)力的連續(xù)作用下，這些缺陷處最終會發(fā)展成泄漏。因此，需要對鍋爐的整個焊接過程進行科學(xué)合理的控制，確保其焊接質(zhì)量符合鍋爐正常運行的需求，進而為鍋爐的安全平穩(wěn)運行提供可靠保障。

據(jù)介紹，改造后燃燒中心上移1.5m，對于直流鍋爐來說，可能水冷壁管內(nèi)介質(zhì)的干濕分界區(qū)會有變化，從而有利于異物在垂直管屏彎頭內(nèi)沉積堵塞；對水冷壁管進行檢查，又發(fā)現(xiàn)33根水冷壁顏色異常，后墻水冷壁左聯(lián)箱對應(yīng)管子22根，后墻水冷壁右聯(lián)箱對應(yīng)管子11根，基本都集中在后墻水冷壁管，所以后墻水冷壁管介質(zhì)流動阻力不同于其它三面墻，也是后墻左右聯(lián)箱對應(yīng)垂直管屏彎頭內(nèi)沉積堵塞的一個影響因素。根據(jù)檢驗結(jié)果和分析，#2爐后墻水冷壁管爆管原因是由于彎頭內(nèi)異物堵塞，導(dǎo)致后墻水冷壁爆管發(fā)生短時過熱組織轉(zhuǎn)變，相變溫度超過15CrMoG的Ac3溫度（845℃），發(fā)生短時過熱爆管。同時大量管子，由于彎頭內(nèi)異物堵塞，發(fā)生過熱導(dǎo)致水冷壁顏色異常。

2 防止鍋爐高溫受熱面超溫爆管的措施

鍋爐高溫受熱面超溫過熱是我廠長期存在的問題，也是引發(fā)或?qū)е赂邷厥軣崦姹艿闹匾颉Ｒ虼烁淖儾缓侠淼倪\行方式，杜絕鍋爐高溫受熱面超溫就必須引起高度重視。

2.1 控制爐膛出口煙溫

在鍋爐的設(shè)計過程中，爐膛出口的煙氣溫度是一項非常重要的設(shè)計參數(shù)，其對于鍋爐整體的設(shè)計質(zhì)量具有十分重要的影響。當(dāng)鍋爐內(nèi)部的燃燒組織不合理，就會導(dǎo)致火焰的中心向上移動，進而造成爐膛出口的煙氣溫度過高，這就會對再熱器和過熱器的正常運行造成嚴重的不利影響。

為了能夠?qū)t膛出口煙氣的溫度進行有效控制，可以從燃燒器和排煙溫度兩個方面采取措施，可以采取“燃燒器～爐膛出口煙氣溫度～排煙溫度”三點式的溫度控制方式，這就能夠有效避免過熱器和再熱器出現(xiàn)異常高溫，為鍋爐的安全運行建立良好的基礎(chǔ)。

控制爐膛出口煙溫的措施有：

（1）停運上層燃燒器或磨煤機。根據(jù)我廠具體情況，提前預(yù)告負荷，盡早停運上層制粉系統(tǒng)，據(jù)統(tǒng)計，負荷500MW，停運上層制粉系統(tǒng)后，爐膛出口煙溫降低50℃～80℃

（2）降低一次風(fēng)速。我廠鍋爐降低爐膛出口溫度的措施：

①降低一次風(fēng)速：調(diào)整后將一次風(fēng)風(fēng)速從30m/s降低到25m/s左右。

②優(yōu)化一、二、三次風(fēng)風(fēng)率之間的分配關(guān)系

③提高二次風(fēng)速，調(diào)整其旋流強度，保證高溫回流，增加剛度。

2.2 控制降負荷速度

因機組降負荷速度太快引起的受熱面爆管位置通常不是發(fā)生在不是熱負荷最高的爐膛中部，而是在高溫受熱面冷段受熱面左前、左后、右前、右后的四個角上，即受熱面流量分配最小的區(qū)域。隨著主汽流量的減小，流量不均勻程度增大，出口汽溫偏差增大，管內(nèi)汽溫與管壁溫度的差值也增大，特別在極熱態(tài)工況快速降負荷過程，位于鍋爐高溫過熱器冷段受熱面四個角上壁溫會迅速升高，造成短期超溫爆管。防止爆管的措施：

（1）機組正常停機盡量采用滑停方式。滑停過程中各級過熱器和再熱器出口蒸汽溫度處于可控狀態(tài)，控制受熱面溫度變化率在1.2℃ /min～ 1.5℃ /min。

（2）盡可能防止在滿負荷工況快速降到超低負荷運行。

2.3 流量偏差太大

管內(nèi)蒸汽質(zhì)量流速低，流動阻力小，低負荷時同屏各管流量分配不均顯著，深度調(diào)峰（36.1%BMCR負荷）從前往后各管內(nèi)流量分布越來越大，管內(nèi)蒸汽的上行和下行流動差異很大；引起過熱器內(nèi)蒸汽流量減少，管內(nèi)流量分配不均劇增。在一定的負荷下，下行流動存在臨界負荷，即低于臨界負荷前部受熱面會發(fā)生因管內(nèi)流量極少而嚴重超溫爆管。穩(wěn)定范圍。

3 結(jié)語

電廠鍋爐“四管”泄露是一個永恒的主題，是經(jīng)常性的工作，完全杜絕四管泄露也是很難實現(xiàn)的，只有對根本原因進行分析和預(yù)控，才能有效的減少泄露。運行調(diào)整主要是從防止超溫、防止煙氣流速過大，防止結(jié)焦等手段。工作中只有結(jié)合設(shè)備原理，做好改進和防范措施，及時消除缺陷才能保障安全穩(wěn)定運行，減少機組非計劃停運。

表1 造成鍋爐磨損的原因