鍋爐高溫過熱器積灰爆管原因分析及防范措施

孟祥君

（大唐內(nèi)蒙古多倫煤化工有限責任公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒027300）

1 煤化工動力分廠概況

動力分廠是為多倫煤化工配套設(shè)計的能源供應(yīng)單位。選用5臺四川東方鍋爐工業(yè)集團有限公司生產(chǎn)的420t／h褐煤鍋爐，該鍋爐為高壓、自然循環(huán)、平衡通風、懸吊結(jié)構(gòu)、固態(tài)排渣、汽包爐，緊身封閉布置、全鋼構(gòu)架，該爐型非常規(guī)設(shè)計，給水溫度較低。汽輪機為哈爾濱汽輪機有限責任公司制造，其中＃1、＃2機為高壓、單軸、雙缸、雙抽、直接空冷凝汽式汽輪機。＃3汽輪機為高壓、單缸、抽背式汽輪機。動力分廠供給化工區(qū)的蒸汽共計3個壓力溫度等級：第一個為8.73MPa、535℃的高壓蒸汽，第二個為1.20MPa、330℃的中壓蒸汽，第三個為0.70MPa、225℃的低壓蒸汽。動力分廠補給水水源采用位于多倫縣境內(nèi)灤河干流上的西山灣水庫，水庫水經(jīng)取水升壓泵一次提升后送至廠區(qū)。

2 高溫過熱器積灰

2.1 煤種

鍋爐選用煤種是褐煤，分別是蒙宏煤和大唐勝利2號電廠煤，各煤種對積灰影響的程度各不相同，煤的收到基低位發(fā)熱量平均為3100kcal／kg，空氣干燥基灰分平均為16%。其主要有以下特征：（1）煤粉水分過大。由于原煤水分高，必然增加制粉系統(tǒng)通風量，引起煤粉細度增大，引起著火、燃燒推遲，煤粉在來不及燃燒完全就離開爐膛。另一方面，由于一次風溫度低、濕度大、風速高，大量一次風進入爐膛引起燃燒區(qū)域的溫度降低，煤粉著火推遲，惡化煤粉氣流的燃盡條件，不利于煤粉的燃燒和燃盡。筆者針對煤粉水分的變化情況進行了實驗和摸索，當煤粉水分每增加1%時，飛灰可燃物含量將增加2%。（2）煤粉灰分增大。燃煤灰分高，由于燃料本身放熱量低，燃料消耗量大，加之灰分不但不放出熱量，還要吸收熱量，使爐膛內(nèi)煙氣溫度降低，也使煤粉著火穩(wěn)定性降低。（3）煤粉揮發(fā)分偏低。煤中揮發(fā)分低，煤粉氣流的著火溫度顯著提高，著火熱也隨之增大，必須把煤粉氣流加熱到更高的溫度才能著火。

煤質(zhì)及設(shè)計問題嚴重影響鍋爐運行的安全穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，鍋爐蒸發(fā)量只能被迫生產(chǎn)300t／h蒸汽以下，且運行時間不長就得停爐清理高溫過熱器積灰，嚴重制約化工區(qū)的蒸汽需求，并造成大量受電。

2.2 高溫過熱器積灰情況

無論選哪種煤過熱器受熱面都存在嚴重積灰，從停爐積灰情況看，屬于粘結(jié)性積灰，粘結(jié)性積灰是由于煙氣中的硫酸蒸汽凝結(jié)在受熱面管壁上而粘住灰粒，并與灰粒作用而形成水泥狀的堵灰。

3 高溫過熱器爆管原因分析

3.1 磨損

由于積灰嚴重，高溫過熱器管排堵塞，形成煙氣走廊，煙氣中帶有大量灰粒，沖擊和切削作用對高溫過熱器管子產(chǎn)生磨損，管壁減薄，造成高溫過熱器爆管。

3.2 腐蝕與超溫

由于鍋爐的燃燒不正常，煙氣中帶有大量的灰粒子，這些灰粒子可以吸附煙氣中的二氧化碳、二氧化硫和水蒸汽，最終形成具有粘結(jié)性很強的灰粒子，進而形成粘結(jié)性積灰包裹在高溫過熱器管壁，導致超溫及氧化腐蝕，造成爆管。

以上原因影響過熱器的安全穩(wěn)定運行，并且頻繁爆管，被迫停爐清灰，給生產(chǎn)帶來了極大的安全隱患。

4 爆管發(fā)生的位置

由于積灰形成煙氣走廊的高溫過熱器管排，大量灰粒通過對管排沖刷磨損，使管壁減薄，在過熱器煙氣入口處的彎頭、出列管子，都有爆管情況的發(fā)生。

由于形成粘結(jié)性積灰，包裹在高溫過熱器上，使高溫過熱器與煙氣傳熱能力下降，造成超溫、氧化腐蝕，機械性能下降，被包裹的高溫過熱器管發(fā)生爆管。

5 送檢情況

通過割管檢查送檢，靠近爆口的向火側(cè)外壁氧化層上存在著多條縱向裂紋，分布范圍可達整個向火側(cè)，內(nèi)外壁氧化皮比短時超溫爆管時的氧化皮厚，縱向應(yīng)力氧化裂紋從外壁向內(nèi)壁擴展，裂紋尖端有少量空洞；向火側(cè)和背火側(cè)均發(fā)生嚴重球化，并且管材的強度和硬度下降，管子內(nèi)壁和外壁的氧化皮發(fā)生分層。

6 采取的防范措施

6.1 鍋爐設(shè)備技術(shù)改造

由于鍋爐設(shè)計問題，我廠對制粉系統(tǒng)、煙風系統(tǒng)等進行改造。3年來，通過對5臺鍋爐的技術(shù)改造，增加了省煤器、低氮燃燒器、一次風道燃燒器、長式吹灰器，選擇適宜煤種，從而改善鍋爐的燃燒狀況，達到了額定蒸發(fā)量，延長鍋爐的運行時間，滿足了化工區(qū)蒸汽量、發(fā)電量的需要。

原燃燒器改為低氮燃燒器，立體分級水平濃淡風低NOx煤粉燃燒技術(shù)，增加了燃盡風，使燃料得以完全燃燒。通過尾部煙道改造，增加一組省煤器，提高了給水溫度，減少了爐水在爐膛內(nèi)的吸熱量，減少了燃料量，以便減輕積灰的程度。

在高溫過熱器煙氣入口前左右側(cè)增加2臺長式吹灰器，運行根據(jù)煙道阻力大小的變化，進行實時吹灰。一次風道增加風道燃燒器，使一次風溫增加40℃，提高了磨煤機干燥出力，磨煤機出口溫度提高，著火燃燒速度加快，燃料燃燒更加充分。

6.2 運行燃燒調(diào)整

自投產(chǎn)以來，排煙溫度一直高于設(shè)計值20～30℃（設(shè)計值為134℃），夏季最高達到170℃，2012年經(jīng)過運行的熱態(tài)燃燒調(diào)整試驗、制粉系統(tǒng)的調(diào)整試驗，排煙溫度降低還是比較明顯的，但目前排煙溫度居高不下，同期比2012年高5℃多。排煙溫度的升高，使排煙熱損失增大，排煙損失又是鍋爐損失最大的，嚴重影響了鍋爐運行的經(jīng)濟性。煤質(zhì)是影響排煙溫度的最大因素，對不同類型的來煤分別存放，做好煤質(zhì)分析，摸索出最佳配煤方案，上煤人員要按照規(guī)定的煤質(zhì)要求嚴格準確配煤。盡量使各燃燒器一、二次風速保持一致，減小排煙溫度偏差。

6.3 做好設(shè)備的檢修，保證良好狀態(tài)

利用機組檢修的機會，對磨損嚴重或脫落的一次風噴口內(nèi)的鈍體進行更換；對燒損變形、發(fā)生偏斜的燃燒器噴口及時進行修整和校正。檢修中對鍋爐各受熱面進行清灰除渣，以降低受熱面的灰污染度，增大受熱面的傳熱系數(shù)，加強換熱，使各受熱面的吸熱量達到或接近設(shè)計值。在大修中，對管式空氣預(yù)熱器進行了徹底的清灰、堵漏治理。

6.4 減少未完全燃燒熱損失

（1）合理控制氧量。電廠鍋爐爐膛出口運行氧量發(fā)生變化時，其他主要的運行經(jīng)濟指標，如灰渣未燃燼碳含量、排煙溫度等，都將發(fā)生變化。運行氧量發(fā)生變化時，對經(jīng)濟性的最直接影響來自煙氣量引起的排煙熱損失的變化。目前，現(xiàn)場運行規(guī)定的氧量控制參數(shù)多是針對額定負荷，一般根據(jù)鍋爐的燃用煤種憑經(jīng)驗選取，機組低負荷調(diào)峰運行時，氧量的控制還具有較大的隨意性。（2）及時掌握煤質(zhì)和煤粉細度的變化。運行人員應(yīng)及時掌握入爐煤種的變化，根據(jù)煤質(zhì)分析報告，相應(yīng)調(diào)整好制粉系統(tǒng)的運行，保證適當?shù)拿悍奂毝?。可對?jīng)常燒的煤種進行試驗，不要一味地追求過低的煤粉細度，要綜合考慮制粉電耗。加強原煤的采購和儲備管理，把好入廠煤驗收質(zhì)量關(guān)，加強煤場管理，對不同煤種要分堆存放，鍋爐煤斗進煤時盡力做好混煤工作，嚴格執(zhí)行。（3）做好燃燒配風。鍋爐運行人員應(yīng)經(jīng)常觀察煤粉的著火情況，控制煤粉的著火距離，離一次風噴口出口約200～300mm。根據(jù)煤粉著火、回火情況及時調(diào)整一次風門的開度。一次風門的開度不一定要全開，可以根據(jù)風速對風門的開度進行調(diào)整。不要只通過調(diào)整二次風門的開度，還要靠調(diào)整風壓來調(diào)整。運行人員在高低負荷工況時，都應(yīng)調(diào)整好爐內(nèi)燃燒，調(diào)整好一次風、二次風的配比，保證爐膛火焰不偏斜，確保煤粉、空氣的良好混合。（4）控制好檢修質(zhì)量，保證設(shè)備良好使用。改善燃燒器，選擇優(yōu)質(zhì)合金鋼材料，增加防磨耐熱性能，利用檢修機會對損壞的要及時進行修理和更換。利用停爐機會，檢查燃燒器的安裝角度，確保爐膛設(shè)計切圓正確。做好一次風速冷、熱態(tài)的調(diào)勻試驗及二次風的冷態(tài)擋板特性試驗，保證爐膛火焰的中心不偏斜。對設(shè)備系統(tǒng)進行改進，增加“燃燒優(yōu)化監(jiān)視系統(tǒng)”，對燃燒切圓、煤粉溫度、煤粉濃度、一次風速和一次風壓進行監(jiān)視，以保證對燃燒情況進行在線監(jiān)控，為運行人員進行燃燒調(diào)整提供科學依據(jù)。

7 結(jié)語

多倫動力分廠針對鍋爐高溫過熱器頻繁爆管的事故，投入了大量資金，對鍋爐設(shè)備進行技術(shù)改造，使爐內(nèi)燃燒處于正常狀況，消除高溫過熱器管排處粘結(jié)性積灰條件的形成，有效地遏止了鍋爐高溫過熱器頻繁爆管事故的發(fā)生，滿足了煤化工的安全生產(chǎn)需求。