托電二期鍋爐鍋爐受熱面管超溫原因分析及對策

宋衛(wèi)娜

中國水利電力物資有限公司，北京 西城 100045

1. 設備概況

托電二期鍋爐型號為B&WB-2028/17.5-M。該鍋爐為亞臨界壓力，一次再熱，單爐膛平衡通風，自然循環(huán)，單鍋筒鍋爐，設計燃料為煙煤，采用中速磨正壓直吹制粉系統(tǒng)，前后墻對沖燃燒方式，并配置低氮雙調峰旋流燃燒器，前后墻各分三層布置，每層6臺，共計36臺。爐膛深度為17400mm，寬度為20100mm，尾部設置分煙道，采用煙氣分流擋板調節(jié)再熱器出口溫度。鍋爐本體采用緊身封閉裝置，固態(tài)連續(xù)排渣。在尾部豎井下設置兩臺三分倉容克式空氣預熱器。

設計參數(shù)如下: 鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(B-MCR):2028t/h；過熱器出口蒸汽壓力：17.5MPa，出口蒸汽溫度：541℃；再熱器蒸汽流量：1717.3t/h，進口蒸汽壓力：3.992MPa，出口蒸汽壓力：3.832MPa，進口蒸汽溫度：330℃，出口蒸汽溫度：541℃；省煤器進口給水溫度：282.1℃；高加進口減溫水溫度：187℃；噴水溫度：187℃；鍋筒設計壓力：19.8MPa；省煤器設計壓力：20.2MPa；再熱器設計壓力：5.0MPa；鍋爐效率：93.43%。

2. 托電二期鍋爐給水循環(huán)流程及高溫受熱面主要用鋼情況

2.1 鍋爐給水及再熱蒸汽循環(huán)流程

鍋爐給水由給水管道從鍋爐左側引入省煤器下集箱，經水平管組、懸吊管進入省煤器前后上集箱，通過左右兩根導管引入鍋筒。鍋水由4根大直徑下降管引到標高7m的水冷壁下集箱位置，經118根供水管分配到每個水冷壁下集箱。通過水冷壁管加熱成為汽水混合物后進入水冷壁上集箱，再由184根引出管導入鍋筒內前后隔倉并分配到每個旋風分離器。鍋筒頂部引出的飽和蒸汽分兩路進入過熱器，其中一路流至尾部豎井包墻，然后分四路流經整個尾部豎井，匯集到二個一級過熱器進口集箱后，從一級過熱器出口集箱經左右兩根導管進入一級噴水減溫器，再由兩根導管引入屏式過熱器進口集箱，經屏式過熱器受熱面管子匯集到屏式過熱器出口集箱。屏式過熱器出口集箱與二級過熱器進口集箱由兩根管道相連，并在管道上設置二級噴水減溫器。該管道布置使蒸汽沿爐寬左右交叉，經交叉和減溫后的蒸汽進入二級過熱器進口集箱。由34根分集箱將蒸汽引進二過入口管組，然后再通過33根分集箱導入二過出口管組，最后主蒸氣匯集到過熱器出口集箱，由集箱中部等徑三通引出，經過90°彎頭，再引至主蒸汽管道。

再熱蒸汽流程為：從高壓缸排出的蒸汽由單根再熱蒸汽管道左側引入再熱器進口集箱，先通過布置在尾部豎井前部的3個水平管組，后經過渡管組進入垂直管組，匯集到再熱器出口集箱后，由左端引出與再熱蒸汽管道延伸段相接。

2.2 鍋爐高溫受熱面主要用鋼情況

托電二期鍋爐高溫受熱面主要用鋼情況及管子數(shù)量如下：屏式過熱器從前至后共計34根管子，二級過熱器進口管組從前至后共計36根管子，二級過熱器出口管組從前至后共計20根管子，再熱器出口管組從前至后（頂棚以下部分）共計36根。

主要用鋼材質為SA-213T91、12Cr1MoVG及15CrMoG。

3. 鍋爐受熱面管主要事故類型

3.1 高溫、應力對金屬材料的影響

溫度是影響鋼材安全運行的主要因素。隨著溫度升高，同一種鋼材的力學性能將顯著降低。也就是說在設計溫度下可以滿足正常運行的管子，隨運行溫度升高，其抗拉強度將下降，此時管子的壁厚就可能無法承受應力作用而發(fā)生爆管。另一方面溫度升高將加速金屬內部組織的變化過程，進一步使金屬強度下降，所以在運行過程中要避免超溫現(xiàn)象的發(fā)生。

應力主要來自管子內部介質的作用力，如果在運行過程中出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，就會增加管子所承受的應力。這樣，原來設計的可以安全運行的管子就會無法滿足需要。另一方面應力也可能來自于外界，比如管子焊接過程中的錯口、強制對口等都可能增加管子承受的應力，所以在檢修過程中應嚴格避免錯口、強制對口等現(xiàn)象，同時要避免超壓運行。

3.2 鍋爐受熱面管常見的事故類型

1）長期超溫爆管，這是指運行中由于某種原因使金屬管壁超過了額定溫度，雖然超溫幅度不大（一般為20～50℃），但時間較長。鋼材長期在高溫和應力作用下，產生了碳化物球化、碳化物沿晶界聚集長大等組織變化，在晶界上線產生微裂紋，當這些裂紋擴展甚至連續(xù)起來承受不了管子內介質的壓力，就發(fā)生了爆破。過熱器管子爆破事故約有70%是由長期而引起的。

2）短期超溫爆管，鍋爐受熱面管子在運行過程中由于冷卻條件的惡化，部分管壁溫度短時間內突然上升，使管子的向火側產生塑性變形，管徑脹粗，管壁減薄而發(fā)生爆管。

圖1 長期超溫爆管

圖2 短時超溫爆管

3）材質不良引起的爆管主要分幾種：一、錯用材質引起的爆管，主要是由于應該使用高級別材質的部位錯用了低級別的材質，從而引起了長期或短期超溫爆管，防止此類事故主要是管子使用前必須經光譜復檢。二、使用有缺陷的管子引起的爆管，是由于管子在制造過程中可能有裂紋，折疊、夾雜等缺陷，在高溫狀態(tài)下長期運行后這些缺陷處就會產生裂紋，最后導致爆管，使用前必須對管子表面進行仔細的檢查。三、磨損引起的爆管，主要包括煙氣磨損、飛灰磨損、蒸汽吹損等。磨損引起的爆管所有受熱面均有可能發(fā)生。

4. 受熱面超溫原因分析

4.1 燃燒引起的溫度場偏差

煙氣溫度場和速度場偏差是過熱器、再熱器管超溫的重要原因，氣流的引入角度，一、二次風的動量比，氣流切圓直徑均會影響氣流的旋轉強度，從而影響水平煙道的煙溫分布導致受熱面吸熱程度產生偏差。托電二期鍋爐的燃燒器配置為前后墻對沖，由于磨的運行方式，風、煤的配比、燃燒器旋流強度等不同原因在沿爐膛寬度方向上產生煙溫及煙速的偏差，一般小于切園燃燒鍋爐的溫度場偏差。

4.2 同屏各管的吸熱偏差

過熱器、再熱器同屏管間，同一屏中的管子進、出口汽溫偏差較大；同屏不同排的管子受爐膛及屏前煙氣輻射的角度、系數(shù)不同，管子吸熱偏差較大。一般來說，外管圈比內管圈吸熱多偏差大，容易發(fā)生超溫爆管。

4.3 壁溫測點溫度失真

如測點位置的選擇及安裝方法不當，使測點未裝在最高壁溫管上，則表盤的受熱面壁溫運行監(jiān)測將低于實際壁溫，造成運行人員的調整失誤，人為引發(fā)超溫。

4.4 運行工況變化

運行中由于燃燒調整不當，不能及時調整各層燃燒器配風，造成火焰中心上移或燃燒偏斜，從而加長煤粉燃燒行程，使爐膛出口煙溫升高。

5. 解決高溫受熱面超溫問題的對策

5.1 鍋爐一、二次風匹配合理

一、二次風配合應根據煤的揮發(fā)及時調整，二次風的混入應根據燃料參數(shù)按燃燒區(qū)域的需要適時送入，以組織良好的爐內空氣動力場，做到不缺氧，又不降低火焰溫度，保證著火穩(wěn)定和燃燒完全。如煤的揮發(fā)分較低，應用較高溫度熱風送粉，以利于煤粉著火，穩(wěn)定燃燒；如揮發(fā)分較高，不用較高溫度送粉，則可能使煤粉著火提前；火焰中心偏移，應該提高風速，使著火點推遲，稍降送粉風溫。煤粉著火點的遲早應重點掌握，過早則燒噴嘴，過遲致使火焰中心上移，使爐膛上部結焦，汽溫升高。做好燃燒調整工作，保持合適的爐膛火焰中心。

5.2 選擇準確壁溫測點

通過多次測試，選擇壁溫最高的管子及可能超溫的地方加裝測點，在安裝過程中，盡量使熱電偶接點與管壁接觸。

5.3 做好運行調整工作

定期對出現(xiàn)超溫現(xiàn)象的鍋爐進行調整試驗，通過調整燃燒配風比及火焰中心，緩解超溫問題；運行中注意控制機組啟停、磨煤機升降負荷的速度，避免變化過快造成的超溫；保持受熱面內外的清潔，降低因結渣、結垢引發(fā)的超溫；控制空氣預熱器和爐膛本體的漏風率，縮短燃燒過程，降低爐膛出口煙溫及煙氣量。

6. 結束語

鍋爐受熱面超溫的類型雖然相對簡單，但其發(fā)生原因則是多種因素累計的結果。我們在處理問題時需分別對待，找出主要原因，采取合理的措施。

[1]姜求志，王金瑞．火力發(fā)電廠金屬材料手冊[M]. 北京：中國電力出版社，2001.4