電站煤粉鍋爐受熱面超溫失效的相關(guān)探討

任福虎

【摘要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力工業(yè)建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，為了符合市場(chǎng)需求，大容量火力發(fā)電機(jī)組的類型與技術(shù)日益豐富。就現(xiàn)階段而言，300MW、600MW 的亞臨界機(jī)組在各大電網(wǎng)的日常運(yùn)作中處于主力機(jī)組的地位，且1000MW超超臨界機(jī)組被研發(fā)并日益普及?？梢姡诎l(fā)電機(jī)技術(shù)的進(jìn)步背景下，鍋爐初參數(shù)要求提升，其運(yùn)作結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜，隨之而來(lái)的受熱面熱管失效弊端顯現(xiàn)。本文主要圍繞電站煤粉鍋爐受熱面超溫失效的各因素展開分析，分別從設(shè)計(jì)、安裝檢修以及運(yùn)行四點(diǎn)入手進(jìn)行具體探究，希望與廣大專家、學(xué)者共同分享、探討。

【關(guān)鍵詞】電站煤粉鍋爐；受熱面；超溫失效

在極端依賴電力進(jìn)行發(fā)展的今天，電力能源的生產(chǎn)和發(fā)展與人們的日常生活與生產(chǎn)息息相關(guān)。據(jù)有關(guān)資料顯示，世界上約40%的電能生產(chǎn)途徑為燃煤電站，且以煤粉（即粉狀燃料）燃燒為具體方式。在煤粉燃燒技術(shù)的研發(fā)伊始，其因生產(chǎn)的便利性以及產(chǎn)出的高效性得到了廣泛應(yīng)用于推廣，并迅速成為世界范圍內(nèi)發(fā)電的支柱技術(shù)。就現(xiàn)階段而言，全世界的煤粉鍋爐比例占電能生產(chǎn)的主要位置，但在技術(shù)發(fā)展背景下，機(jī)組效率不斷提高，鍋爐煤耗逐漸降低，對(duì)鍋爐的運(yùn)作與管理提出了更高的要求，在具體環(huán)節(jié)未趨于同步的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了受熱面熱管失效問(wèn)題，給電力生產(chǎn)事業(yè)形成較大影響；為此，筆者通過(guò)查閱文獻(xiàn)、結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，將電站煤粉鍋爐受熱面超溫失效的相關(guān)影響因素作出如下幾方面分析，以期從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與管理等方面入手促進(jìn)電站煤粉鍋爐的可持續(xù)發(fā)展。

1、超溫失效的設(shè)計(jì)影響因素

設(shè)計(jì)屬于電站煤粉鍋爐投入使用前的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，與其生產(chǎn)運(yùn)作質(zhì)量息息相關(guān)；因此，設(shè)計(jì)因素成為影響鍋爐超溫失效弊端的首先要因素。從設(shè)計(jì)方面看，首先，爐膛出口溫度的參數(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范的失誤成為引發(fā)鍋爐熱管超溫失效的直接原因。一般來(lái)說(shuō)，在電站煤粉鍋爐的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，爐膛出口煙氣溫度參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)鍋爐的可靠運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用，其設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)熱管的安全水平以及壽命的長(zhǎng)短具有直接影響。我們知道，爐膛出口煙溫屬于爐膛出口進(jìn)入對(duì)流管束之前的煙氣溫度參數(shù)，其參數(shù)范圍的設(shè)置合理性有助于避免出現(xiàn)對(duì)流受熱面結(jié)渣的情況；從運(yùn)作過(guò)程上看，煙氣中的飛灰成分多處于融化的水平，一旦遭遇受熱面管，則極易發(fā)生黏結(jié)的情況，進(jìn)而提高熱阻以及管壁溫度，最終加重鍋爐出口結(jié)渣的程度，并形成煙道堵塞的后果，長(zhǎng)期還可能發(fā)生爆管事故?？梢?，合理設(shè)計(jì)爐膛出口煙氣溫度對(duì)鍋爐中輻射受熱面以及對(duì)流受熱面之間的吸熱量比例至關(guān)重要。其次，鍋爐水動(dòng)力的設(shè)計(jì)規(guī)范合理性不足。通常情況下，鍋爐受熱面熱管與管壁金屬的溫度水平息息相關(guān)，在正常璧溫的基礎(chǔ)上，只要鍋爐鋼管具有較高的強(qiáng)度水平，一旦產(chǎn)生由水動(dòng)力引起的傳熱惡化問(wèn)題時(shí)，管壁溫度將產(chǎn)生超標(biāo)的情況，與此同時(shí)，管壁溫度長(zhǎng)期波動(dòng)，最終導(dǎo)致鍋爐鋼管會(huì)因金屬?gòu)?qiáng)度下降或金屬疲勞而破裂的后果。另外， 鍋爐熱力特性參數(shù)的選取失誤同樣是造成其超溫失效的重要因素。熱力特性參數(shù)與爐膛結(jié)渣狀況具有直接聯(lián)系，而一旦鍋爐爐膛出現(xiàn)結(jié)渣的情況，爐膛出口溫度上升，過(guò)熱器溫度上升，與此同時(shí)，包括空氣預(yù)熱器入口溫度、排煙溫度、熱風(fēng)溫度等在內(nèi)的相應(yīng)參數(shù)均出現(xiàn)超標(biāo)上升的結(jié)果，使得熱管運(yùn)行出現(xiàn)障礙，進(jìn)而造成縮短其壽命或者直接失效的后果?？梢?，提高熱力特性參數(shù)選擇合理性十分必要。此外，煤種的選取也屬于設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中容易埋下超溫失效隱患的重要因素。一般來(lái)說(shuō)，只有在設(shè)計(jì)煤種的允許變化范圍內(nèi)，其方能正常發(fā)揮其應(yīng)有效用；而一旦煤種發(fā)生質(zhì)的變化，鍋爐燃燒的正常狀態(tài)將直接遭到破壞，熱管則發(fā)生失效的情況。

2、超溫失效的安裝維修因素

安裝時(shí)鍋爐投入運(yùn)作前的必要環(huán)節(jié)，筆者從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，認(rèn)為引發(fā)超溫失效的安裝維修因素主要包括以下幾點(diǎn)：（1）安裝工藝的影響，一般來(lái)說(shuō)，安裝過(guò)程的技術(shù)合理性與鍋爐的各部件運(yùn)作質(zhì)量息息相關(guān)；各部件不僅長(zhǎng)期在高溫以及高壓的環(huán)境中運(yùn)行，同時(shí)也面臨著多種物理、化學(xué)反應(yīng)作用，工作環(huán)境復(fù)雜且惡劣，因此，安裝工藝的好壞直接影響著日后鍋爐機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。（2）焊接質(zhì)量的影響，通常在安裝、檢修的過(guò)程中，因工藝不精引發(fā)焊接缺陷，包括熔化金屬流淌到焊接以外未熔化的母材形成金屬瘤進(jìn)而導(dǎo)致管內(nèi)冷卻介質(zhì)流量不足等情況。（3）錯(cuò)用鋼材的影響，錯(cuò)用鋼材時(shí)，即等于引發(fā)超溫運(yùn)行，在超溫運(yùn)行基礎(chǔ)上，鋼材使用壽命縮短，長(zhǎng)期可能導(dǎo)致發(fā)生熱管超溫失效暴漏的后果。（4）異物堵塞管子的影響，在鍋爐安裝、檢修過(guò)程中，焊渣、用過(guò)的短焊條、焊劑、切割下來(lái)的小邊角料，連接部位的螺栓、螺母，鍋爐吹掃過(guò)程中帶入的雜物，甚至安裝檢修過(guò)程中的工器具如小榔頭等，在意外情況下進(jìn)入受熱面管將直接引發(fā)熱管超溫失效事故。（5）管壁溫度測(cè)點(diǎn)安裝不規(guī)范的影響，若存在計(jì)算璧溫時(shí)偏差過(guò)大的情況，則將導(dǎo)致璧溫過(guò)低的后果；同時(shí)，鍋爐參數(shù)控制難度大，容易引發(fā)鍋爐熱效率低的情況。然而，當(dāng)璧溫超標(biāo)，長(zhǎng)期將同樣導(dǎo)致熱管超溫失效爆管的后果。

3、超溫失效的設(shè)備運(yùn)行因素

電站煤粉鍋爐在運(yùn)作的過(guò)程中同樣具有發(fā)生超溫失效事故的隱患，其首先在于鍋爐啟停過(guò)程對(duì)鍋爐熱管超溫失效的影響，在鍋爐運(yùn)行狀態(tài)下，部分受熱面內(nèi)的工質(zhì)流量小，甚至短期內(nèi)停止流動(dòng)，從而導(dǎo)致受熱面金屬無(wú)法正常冷卻，但一旦對(duì)其過(guò)分加熱，又會(huì)引發(fā)受熱面管超溫的現(xiàn)象。且在水循環(huán)尚未建立起來(lái)的部分水冷壁管中，蒸汽流量少的過(guò)熱器管、無(wú)蒸汽通過(guò)的再熱器管以及暫停給水的省煤器等均易引發(fā)超溫危險(xiǎn)，應(yīng)以制定嚴(yán)格的規(guī)章制度來(lái)規(guī)范執(zhí)行。其次，過(guò)熱器內(nèi)壁氧化皮脫落，其表現(xiàn)為過(guò)熱器內(nèi)壁氧化皮脫落，在彎頭處堆積，運(yùn)行時(shí)管內(nèi)流量不足，致使熱管超溫爆管的情況；應(yīng)由此使用高效鍋爐機(jī)組運(yùn)作。另外，鍋爐燃燒煤種的偏離，一般來(lái)說(shuō)，一臺(tái)處于運(yùn)行狀態(tài)的鍋爐，若燃料發(fā)熱量降低，工作水分增加，在此基礎(chǔ)上，如果燃料供給量增多，將使蒸汽參數(shù)和蒸發(fā)量降低，應(yīng)通過(guò)增加燃料供應(yīng)量進(jìn)行規(guī)避。此外，鍋爐負(fù)荷變化的影響，鍋爐負(fù)荷一旦出現(xiàn)增加的情況，則導(dǎo)致蒸汽的焓增大。這是由于在負(fù)荷增加時(shí)，燃料消耗量增大，使煙氣流速增加，而使煙氣側(cè)對(duì)流放熱系數(shù)增大；此時(shí)，將使得對(duì)流過(guò)熱器的出口汽溫增加。而在在輻射過(guò)熱器中，一旦鍋爐負(fù)荷出現(xiàn)增加的情況，因爐膛火焰平均溫度變化較小，其輻射傳熱量的上升幅度有限制，則無(wú)法與蒸汽流量變化相協(xié)調(diào)，最終使得工質(zhì)焓增減少。因此，隨鍋爐負(fù)荷增加，輻射過(guò)熱器的出口汽溫是下降的?？梢?，因負(fù)荷變化導(dǎo)致的鍋爐對(duì)流過(guò)熱器、輻射過(guò)熱器及再熱器汽溫的變化情況并不趨同，該差異將在運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)?shù)那闆r下引發(fā)熱管失效的現(xiàn)象。

除上述分析因素以外，磨煤機(jī)以及給粉機(jī)的投停方式同樣對(duì)超溫失效形成影響。就現(xiàn)階段而言，多數(shù)企業(yè)傾向于采用了空氣預(yù)熱器出口熱風(fēng)作為磨煤機(jī)混合中熱風(fēng)來(lái)源，然而，因制粉系系統(tǒng)磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)利用了空氣預(yù)熱器部分熱風(fēng)做為干燥介質(zhì)，與此同時(shí)，制粉乏氣與部分水分進(jìn)入爐膛，造成鍋爐燃燒以及煙、風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)的顯著變化，由此對(duì)鍋爐熱管失效參數(shù)產(chǎn)生影響。另外，煤粉細(xì)度與粗細(xì)粉分離器效率的影響因素，相關(guān)研究結(jié)果顯示，一旦煤粉過(guò)粗，則將導(dǎo)致機(jī)械增加不完全損失風(fēng)險(xiǎn)，且爐膛火焰中心也存在上移的情況，進(jìn)而導(dǎo)致爐膛出口煙溫上升，對(duì)流、輻射熱管溫度增加，受熱面熱管工作條件惡化，鍋爐的可靠性受到嚴(yán)重影響。而一旦磨煤機(jī)煤粉過(guò)細(xì)，則使得磨煤機(jī)的電耗顯著提升，在此情況下，一旦失控則將造成制粉系統(tǒng)爆炸的后果。其次，當(dāng)粗細(xì)粉分離器效率處于較低水平的情況下，乏氣中具有較高比例的含粉量，此時(shí)，一旦乏氣作為三次風(fēng)，由于三次風(fēng)口含量比例較大，將直接對(duì)煤粉燃盡情況形成阻礙，且將造成受熱面超溫失效的后果。從上述影響因素的分析與舉例中可知，在電站煤粉鍋爐的運(yùn)作狀態(tài)中存在較多的超溫失效隱患，要求工作人員在鍋爐設(shè)備的運(yùn)作管理過(guò)程中充分考慮參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及維護(hù)維修等方面因素，只有不斷總結(jié)、改進(jìn)以及創(chuàng)新才能從根本上杜絕超溫失效風(fēng)險(xiǎn)。

4、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，控制電站煤粉鍋爐受熱面超溫失效的風(fēng)險(xiǎn)因素所涉及的生產(chǎn)以及管理環(huán)節(jié)較多，控制途徑相對(duì)復(fù)雜，需要在日常工作中加以監(jiān)測(cè)與分析，在總結(jié)與討論的基礎(chǔ)上制定科學(xué)合理的防范計(jì)劃；與此同時(shí)，有關(guān)部門應(yīng)建立健全鍋爐防磨防爆制度，以提高風(fēng)險(xiǎn)因素控制的執(zhí)行力水平?？偠灾?，只有不斷加強(qiáng)對(duì)鍋爐壓力容器安全檢察、金屬監(jiān)督、化學(xué)監(jiān)督、熱工監(jiān)督等工作，并在實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)格遵守電力行業(yè)導(dǎo)則、規(guī)程、制度，才能真正為電站煤粉鍋爐的生產(chǎn)效率與安全提供堅(jiān)實(shí)保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]李臣義.大型電站煤粉鍋爐沾污結(jié)渣的處理方法比較[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2015（20）：1-2.

[2]穆素琴，樊凱華.320t/h高溫高壓煤粉鍋爐安裝工藝總結(jié)[J].化工管理，2015（27）：157-159.

[3]張蓉，司風(fēng)琪，徐治皋等.電站煤粉鍋爐爐膛壓力的分形特性[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（03）：252-260.

[4]呈加?xùn)|，張茂勇，李學(xué)顏.基于風(fēng)煤調(diào)平的煤粉鍋爐低氮燃燒控制新技術(shù)[J].節(jié)能與環(huán)保，2015（03）：74-76.