白山熱電1號鍋爐水冷壁漏泄、水循環(huán)被破壞原因分析

【摘要】2008年02月16日18時15分，白山熱電1號鍋爐水冷壁漏泄，值長果斷下令緊急停止1號爐運行，7天后進入水冷壁內部檢查發(fā)現東、西側豎排68根管束嚴重變形、有4-8mm的裂紋，2008年03月20日更換水冷壁管束后，1號機于03月21日順利啟動并入電網，經做水循環(huán)試驗的試驗，并對試驗后鍋爐的水循環(huán)情況、水冷壁溫情況及存在問題進行了總結和評價。

【關鍵詞】水循環(huán)；燃燒；措施

一、概況

白山熱電有限責任公司1號機組所配1025t/h鍋爐系上海鍋爐廠有限公司制造的SG-1025/17.5-M889型亞臨界、中間再熱、自然循環(huán)單鍋筒、單爐膛、平衡通風、四角切圓燃燒、固態(tài)排渣燃煤鍋爐。

白山熱電有限責任公司現有兩臺國產300MW機組，采用亞臨界參數，一次中間再熱。配套鍋爐系上海鍋爐廠有限公司生產的1025t/h，型號為SG-1025/17.5-M889自然循環(huán)鍋爐，廠內編號1號爐，于2007年末正式移交生產。

2009年1月29日發(fā)生了較為嚴重的鍋爐爆管事故，調查結果：水冷壁4號角前墻34米處，右向左數第1根管爆管。后墻33米處，右向左數第28根爆管；后墻水冷壁由右向左數1—36根、標高17.8米至40.3米，水冷壁管彎曲變形嚴重，局部有脹粗鼓包現象。后墻水冷壁由右向左數37—80根、標高30.3米至40.3米水冷壁管輕微彎曲變形。

該事件發(fā)生后，由中國電力投資集團公司吉林電力股份有限公司按照“四不放過”的原則，組織電廠、吉林電科院召開了現場事故分析會，并制定了相關預防措施。為了杜絕此類事故的再次發(fā)生，為了進一步確定發(fā)生事故的主要原因，吉林電力股分有限公司委托吉林省電力科學研究院進行1號鍋爐的水循環(huán)試驗。

該爐設計燃料為劣質煙煤，為了能夠保證鍋爐的穩(wěn)定燃燒尤其是鍋爐低負荷運行時燃燒的穩(wěn)定性，該爐爐膛設計斷面較小，與200MW機組配套煙煤型鍋爐相比略小，這樣就有了較高的斷面熱負荷。由于鍋爐周界的減小，能夠布置的水冷壁數量就會減少（流通面積減小），我們知道自然循環(huán)鍋爐的運動壓頭取決于某一參數下水、汽之間的密度差與汽包水面至下聯箱有效高度的乘積（不嚴格的說）。而循環(huán)流速取決于下降管與上升管（水冷壁）的總阻力，即運動壓頭與總阻力平衡。隨著鍋爐工作壓力的增加，水、汽之間的密度差減小，所以參數越高鍋爐水循環(huán)倍率越小。而隨著鍋爐壓力的增加，由于安全上的需要制造時水冷壁的壁厚也相應要增加（流通面積減小），阻力增加。還由于壓力的增高飽和溫度升高，給水欠焓增加，水冷壁起始蒸發(fā)點增高（起始蒸發(fā)點前為水，不產生運動壓頭）。

另一方面，該爐一次風溫設計90℃，一次風速31m/s，以及一次風管直徑的選?。ㄔO計院一般按鍋爐廠給出的一次風管接口直徑），配有一次風機等都說明，該爐原設計為五臺中速磨煤機，乏氣送粉。而目前為熱風送粉，四層一次風粉燃燒器。這樣的結果是熱負荷更加集中，而一次風溫應在220℃左右，著火點提前。還有由于燃料短缺，該爐不得不摻燒部分褐煤，由于褐煤的高揮發(fā)分及低負荷時，缺少爐煙（低負荷時停磨時間長）對燃燒溫度的抑制使爐內溫度增加。

如上所述，該爐內、外均存在危及鍋爐安全的不利因素，所以進行水循環(huán)試驗，確定該爐水循環(huán)的安全性是十分必要的。吉林省電力科學研究院，在水循環(huán)試驗前，首先進行了鍋爐的水動力特性計算，并針對白山廠的特殊情況，增加了爐內水冷壁的管壁溫度測點。

試驗于2009年8月10至13日在1號爐進行，測試結果表明，鍋爐水循環(huán)倍率可以滿足鍋爐安全運行的需要，但鑒于該爐的特殊情況，如果在運行中不特別注意還會出現爆管事故或降低鍋爐使用壽命的問題。

二、分析與建議

1、壓力瞬間降低時水冷壁壁溫會發(fā)生突變。

試驗結果表明，當汽機加負荷瞬間開大調速汽門時，水冷壁壁溫會發(fā)生突變。由于壓力下降，飽和溫度下降，起始蒸發(fā)點下降，由于存在蓄熱會瞬間低于新的起蒸點，雖然水循環(huán)運動壓頭增加，但由于水速的增加，進入阻力平方區(qū)后，阻力與速度的平方成正比。趨勢顯示，如果隨著壓力降低，熱負荷增加過快，高熱負荷使部分水冷壁會有瞬間被蒸干的可能，即出現膜態(tài)沸騰。

試驗結果還表明，由于阻力的增加，水速的增加滯后于溫度的增長，所以這種運行工況要絕對禁止。當鍋爐由于某種原因不能維持壓力時，汽機調速汽門應相應關小以維持鍋爐壓力，單純利用鍋爐迅速增加燃料來提高汽壓的方式是絕對要禁止的。至于其壓力下降幅度與增加熱負荷允許的速率，本次試驗只是在正常變負荷等情況下進行歸納總結，若想真正作為監(jiān)視手段，保證系統(tǒng)安全，需將水循環(huán)與壁溫作為在線監(jiān)測方可實現。

建議該爐在操作時，要注意保持壓力，尤其是要控制汽機加負荷速率，最安全的作法是以鍋爐為主導增減負荷。

2、低負荷運行時，爐內溫度較高。

試驗其間，尤其在低負荷時，爐內火焰溫度與水冷壁溫度測試結果均表現為較高，爐內火焰溫度最高已達到1420℃左右。壁溫最高點也達到了476℃，已經超出碳鋼金屬長期允許使用的溫度。由于此次安裝的監(jiān)測熱偶反應的速率較快，可以避免異常工況的經常發(fā)生，作為監(jiān)視手段可提高水冷壁的使用壽命，減少爆管機會。

建議安裝水冷壁壁溫監(jiān)測。

建議進行鍋爐燃燒調整試驗，確認鍋爐的安全運行方式。

3、水循環(huán)在正常運行情況下（包括300MW負荷），是安全的。

應注意的一是低負荷時控制壓力應不高于試驗壓力，以保證水循環(huán)有足夠的運動壓頭，二是燃燒方面只要燃燒穩(wěn)定，可適當分散熱負荷，即多投一些燃燒器，因為熱風送粉情況下，多投燃燒器對經濟性影響不大。

在摻燒褐煤的情況下，由于混合的均勻性受到影響，爐內可能會出現燃燒溫度偏差?？梢钥紤]增加冷爐煙抑制爐內燃燒溫度。

控制壓力不能太低，一是影響機組的經濟性，二是會影響過熱部分金屬壁溫，因為壓力低時金屬對蒸汽的放熱系數會減小，管壁容易超溫。另外，壓力控制較低會使飽和溫度降低，給水欠焓減小，起蒸點提前也是很危險的。

建議這種比較特殊的鍋爐，最好是安裝在線的水循環(huán)監(jiān)測與完善的壁溫監(jiān)測，以便鍋爐能在比較經濟且安全的參數下運行，提高鍋爐正常服役年限。

4、2009年1月29日水冷壁出現較為嚴重的爆管，定性的直接原因為運行人員不按規(guī)程規(guī)定進行排污，導致鍋爐水動力循環(huán)出現偏差，造成鍋爐爆管。而本次試驗結果表明，對于該爐來說，在較大的負荷變化及較大的煤質變化情況下，若不注重運行方式的合理性，均會危及鍋爐運行的壽命及安全。

建議保持運行穩(wěn)定，盡可能防止偏燒（控制各一次風風粉濃度均勻），嚴格控制加負荷時壓力增加或降低的速率，保持壓力平緩變化下運行。

三、結論

水循環(huán)在此次試驗中是安全的，個別管束在210MW以下存在水循環(huán)流速波動且略低現象；在滑壓運行下循環(huán)流速略好于常壓運行時的流速；鍋爐熱負荷變化（包括運行操作）對水循環(huán)安全性的影響較大，水冷壁壁溫監(jiān)測對水循環(huán)的安全非常必要。

參考文獻

[1]上海汽輪機廠300mw機組主、輔設備說明書、主要技術特性、設備規(guī)范、啟動、停止、正常維護、試驗及事故處理.