干熄焦鍋爐爆管原因分析及解決措施

陳升志，袁道朵，劉 麗

（首鋼水城鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，貴州六盤水 553028）

前言

某鋼廠干熄焦鍋爐建于2011 年，鍋爐型號(hào)為Q177∕980-71.25-9.8∕540。自投產(chǎn)以來，鍋爐運(yùn)行效果良好，噸焦產(chǎn)汽率達(dá)到設(shè)計(jì)值0.54 t，為提升該鋼廠自發(fā)電量及自發(fā)電率提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。近年來，鰭片蒸發(fā)器先后出現(xiàn)2 次爆管，一、二級(jí)過熱器、吊掛管等出現(xiàn)管壁磨損嚴(yán)重、管壁減薄等現(xiàn)象，為干熄焦鍋爐及干熄焦?fàn)t安全、連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行帶來影響的同時(shí)，也損失了發(fā)電量。

1 事故經(jīng)過

某年8 月5 日，正在監(jiān)盤的崗位人員發(fā)現(xiàn)鍋爐出、入口負(fù)壓變正壓，同時(shí)鍋爐主蒸汽溫度從533 ℃急劇下降至463 ℃、汽包水位從65 mm 急劇下降至-46 mm。一崗位人員立即加大鍋爐補(bǔ)水［1］，另一崗位人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查后發(fā)現(xiàn)鍋爐出口膨脹節(jié)處向外淌水，同時(shí)二次除塵向外冒蒸汽，干熄爐H2含量從1.858%逐步上升至9.149%。崗位人員判斷鍋爐可能發(fā)生泄漏，立即匯報(bào)申請(qǐng)停爐，停爐后檢查為鰭片蒸發(fā)器泄漏，停爐后期因泄漏水量較大，鍋爐底部冷灰斗內(nèi)積灰與積水造成冷灰斗超重，鍋爐冷灰斗從轉(zhuǎn)向風(fēng)道膨脹節(jié)處脫落（見圖1）。

圖1 鍋爐冷灰斗超重脫落

2 原因分析

通過檢查，發(fā)現(xiàn)鰭片蒸發(fā)器泄漏點(diǎn)位于鰭片蒸發(fā)器檢修口（見圖2）。

圖2 泄漏點(diǎn)位置

此次事故，鰭片蒸發(fā)器共有3 個(gè)漏點(diǎn)，其中2 根鰭片管磨穿漏點(diǎn)，1 根鰭片管磨損嚴(yán)重，產(chǎn)生爆管，根據(jù)以上檢查，對(duì)造成爆管的原因進(jìn)行分析。

2.1 鰭片蒸發(fā)器排查

由于鰭片蒸發(fā)器檢修口是凹槽形狀，循環(huán)氣體流通過程中，在此處產(chǎn)生節(jié)流，使循環(huán)氣體流速加快，加速鰭片管磨損速度，導(dǎo)致爆管。

2.2 焦粉顆粒排查

循環(huán)氣體中攜帶焦粉，其中粒度超過2.5 cm 的較多（見圖3），大顆粒焦粉在流通過程中增加鍋爐內(nèi)部換熱管的磨損，特別是在鰭片蒸發(fā)器檢修口凹槽處形成旋流，加大鰭片管的磨損。

圖3 鍋爐焦粉顆粒測(cè)量

2.3 循環(huán)通道排查

鍋爐底部沉積焦粉堵塞部分氣體循環(huán)通道，在底部產(chǎn)生第二個(gè)節(jié)流口，正常運(yùn)行狀態(tài)下循環(huán)風(fēng)量為12.5 萬m3∕h，但在通過變窄的通道時(shí)，循環(huán)氣體流速增加，加速了鍋爐內(nèi)部換熱管的磨損。

2.4 數(shù)據(jù)分析

干熄焦鍋爐入口負(fù)壓統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)詳見表1，鍋爐入口負(fù)壓在-1.8 kPa～-1.3 kPa 之間的運(yùn)行時(shí)間較多，不滿足-1.2 kPa～-0.8 kPa的控制要求，由于負(fù)壓較大，導(dǎo)致大量大顆粒焦粉不能完全從一次除塵器除去，進(jìn)入鍋爐內(nèi)，造成管道磨損。

表1 干熄焦鍋爐入口負(fù)壓統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

3 其他隱患

在停爐后，除對(duì)上述爆管點(diǎn)進(jìn)行檢查外，對(duì)一、二級(jí)過熱器、管網(wǎng)蒸發(fā)器、省煤器等設(shè)備進(jìn)行全面檢查、測(cè)量，發(fā)現(xiàn)一、二級(jí)過熱器受熱管減薄較嚴(yán)重。

3.1 一級(jí)過熱器檢測(cè)情況

共有36 根換熱管，管子規(guī)格為?33.4 mm、管壁厚度為4.5 mm、材質(zhì)為12Cr1MoVG∕GB5310。磨損處壁厚≤3.0 mm。

3.2 二級(jí)過熱器檢測(cè)情況

共有33根換熱管，管子規(guī)格為?34 mm、管壁厚度為6 mm、材質(zhì)為12Cr1MoVG∕GB5310。磨損處壁厚≤3.8 mm。

3.3 吊掛管檢查情況

因焦粉顆粒磨損、高溫硫腐蝕等原因，吊掛管迎風(fēng)面部分防磨瓦損壞嚴(yán)重（見圖4）。

圖4 吊掛管防磨瓦迎風(fēng)面損壞嚴(yán)重

3.4 切管檢驗(yàn)情況

對(duì)一、二級(jí)過熱器及爆管管子進(jìn)行化學(xué)成分檢驗(yàn)，其中Cr、Mo、S均有不同程度的偏低，成分相差不大（詳見表2），但2 根漏水管道硫含量略高，管道表面硫腐蝕嚴(yán)重。

表2 12Cr1MoVG管子化學(xué)成分分析 %

經(jīng)分析，一級(jí)過熱器硫腐蝕面主要位于出口迎風(fēng)面，二級(jí)過熱器硫腐蝕主要位于出口背風(fēng)面，由于12Cr1MoVG 材質(zhì)鋼金屬壁溫≥350 ℃時(shí)發(fā)生硫腐蝕，當(dāng)溫度達(dá)到500 ℃，硫腐蝕是350℃的6～8 倍，若溫度達(dá)到750 ℃則是500 ℃的6～10 倍。而二級(jí)過熱器至鰭片蒸發(fā)器段的入口煙氣溫度均超過350 ℃，處于硫腐蝕溫度區(qū)域，故一、二級(jí)過熱器及吊掛管防磨瓦均受到高溫硫腐蝕，導(dǎo)致管道及防磨瓦減薄、受損。

大顆粒焦粉尺寸較大，不能通過鰭片蒸發(fā)器之間的間隙，焦粉堆積并在氣流作用下產(chǎn)生旋流，增加鰭片管磨損。

4 整改辦法及措施

4.1 鰭片蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化［2］

對(duì)鰭片蒸發(fā)器爆管鰭片管及旁邊磨損嚴(yán)重的2 根鰭片管進(jìn)行更換，共計(jì)更換5 根鰭片管，同時(shí)加裝防磨護(hù)板，在檢修口加阻力擋板，減緩循環(huán)氣體對(duì)檢修口的節(jié)流沖刷，見圖5。

圖5 鰭片蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化

4.2 過熱器加裝護(hù)板

對(duì)一級(jí)過熱器壁厚＜3 mm 的管子、二級(jí)過熱器壁厚＜4 mm 的管子全部更換，并對(duì)二級(jí)過熱器第一排管子加裝防磨護(hù)板。

4.3 吊掛管加裝雙層護(hù)板

將吊掛管防磨瓦由一層防護(hù)增加為兩層防護(hù)，提升吊掛瓦迎風(fēng)面抗沖刷磨損和高溫硫腐蝕能力（見圖6）。

圖6 吊掛管雙層防磨瓦

4.4 增加排灰裝置

在鍋爐底部冷灰斗安裝2 個(gè)排灰閥，每周的周一、周三、周五定期排灰，觀察排除灰中焦粉顆粒度，一旦發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)調(diào)整，及時(shí)排除集中聚集在冷灰斗中的灰，減輕冷灰斗重量，保護(hù)冷灰斗。

4.5 工藝操作優(yōu)化

對(duì)工藝操作實(shí)行精細(xì)化管理、操作［3］，控制鍋爐入口煙氣溫度＜980 ℃、鍋爐入口負(fù)壓＞-1.2 kPa、鍋爐主蒸汽溫度控制在520～540 ℃、主蒸汽壓力控制在＜9.3 MPa，同時(shí)調(diào)整干熄焦?fàn)t定修頻次，從每個(gè)月一次定修調(diào)整為2 個(gè)月一次，減少鍋爐啟、停次數(shù)，保障鍋爐在參數(shù)穩(wěn)定的環(huán)境中持續(xù)運(yùn)行。

4.6 技術(shù)升級(jí)

為徹底解決過熱器因高溫硫腐蝕造成的過熱器管子腐蝕減薄，防止爆管事故再次發(fā)生，采取了以下改進(jìn)措施。

（1）更換鍋爐內(nèi)一、二級(jí)過熱器管子，采用耐腐蝕、耐高溫效果較好的TP321H 材質(zhì)管子代替原有12Cr1MoVG 材質(zhì)管子，同時(shí)在一、二級(jí)過熱器前噴涂3層防磨、防腐蝕涂層，替代笨重的防磨瓦。

（2）如鰭片管蒸發(fā)器鰭和鰭片省煤器節(jié)距偏低，會(huì)導(dǎo)致大顆粒焦粒不能流通，造成焦粉堆積，影響鍋爐熱效率并造成磨損。為此，將鰭片蒸發(fā)器鰭片高度調(diào)整為20 mm、鰭片管間節(jié)距增加到14 mm、厚度調(diào)整為1 mm；將鰭片省煤器鰭片高度調(diào)整為16 mm，鰭片管間節(jié)距增加到10 mm、厚度調(diào)整為1 mm。在不影響鍋爐換熱效率的同時(shí)，減少了鰭片蒸發(fā)器和省煤器迎風(fēng)面焦粉堆積的現(xiàn)象，焦粉堆積情況得到了明顯改善，未觀察到明顯焦粉堆積。

4.7 復(fù)查

采取上述措施后，在后續(xù)2 次檢修過程中，對(duì)一、二級(jí)過熱器、吊掛管防磨瓦、鰭片蒸發(fā)器鰭片管等進(jìn)行檢查，運(yùn)行效果良好，未出現(xiàn)高爐硫腐蝕、減薄、焦粉堆積嚴(yán)重等現(xiàn)象。

5 結(jié)束語(yǔ)

干熄焦鍋爐的安全、連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行與鍋爐的操作調(diào)整、設(shè)備定期維護(hù)保養(yǎng)密不可分。某鋼廠針對(duì)干熄焦鍋爐運(yùn)行存在的問題，采取一系列措施，大大提高了鍋爐的運(yùn)行效率，為干熄焦系統(tǒng)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)提供了基礎(chǔ)。