電廠鍋爐設備中高溫過熱器爆管的原因以及防治措施初探

印吉陽

摘 要：電廠鍋爐設備長期運行期間，高溫過熱器易發(fā)生爆管故障，導致鍋爐停運，拉低電廠的經濟效益?；诖耍恼乱訟電廠為例，簡要介紹了鍋爐設備的故障概況。從設計、選材、積灰，及系統(tǒng)性能等方面，分析了高溫過熱器的爆管原因。并視不同的原因，提出了不同的解決方案。以期能夠為電廠工作人員提供參考，進一步降低高溫過熱器爆管率，提高鍋爐運行的穩(wěn)定性與連續(xù)性。

關鍵詞：電廠鍋爐；高溫過熱器；爆管原因

中圖分類號：TK227 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）24-0116-02

Abstract： During the long term operation of boiler equipment in power plant， the high temperature superheater is prone to tube explosion， which leads to the shutdown of boiler and lowers the economic benefits of power plant. Based on this， taking Power Plant A as an example， the paper briefly introduces the fault situation of boiler equipment. From the aspects of design， material selection， ash deposition and system performance， the causes of tube explosion of high temperature superheater are analyzed. According to different reasons， different solutions are put forward， so as to provide reference for the power plant staff， further reduce the high temperature superheater tube burst rate， and improve the stability and continuity of boiler operation.

Keywords： power plant boiler； high temperature superheater； cause of tube burst

前言

高溫過熱器為電廠鍋爐的主要構件，包括輻射換熱、對流換熱、復合式換熱三種形式。鍋爐運行期間，高溫過熱器需長期處于灰塵、煙氣以及火焰等惡劣環(huán)境下運行。長此以往，極容易導致器械元件積灰，導致其性能失效，進而誘發(fā)爆管。高溫過熱器爆管，不僅容易增加發(fā)電風險，且容易對鍋爐的整體性能造成影響。可見，有必要對其爆管原因及預防措施進行探討。

1 A電廠鍋爐設備故障概況

A電廠為火力發(fā)電廠，位于我國國內。近年來，隨著電力用戶數(shù)量，以及用力量的不斷增多，該電廠積極進行了改革。截至到目前，該電廠的發(fā)電量，已達9007.13kW，為我國各行業(yè)的發(fā)展，提供了極大的能源支持。A電廠過熱器，包括低溫過熱器與高溫過熱器兩種。后者安裝在爐膛出口部位，與IR525型長伸縮式蒸汽吹灰器相連。吹灰蒸汽參數(shù)，為1.1MPa，效率平均為92%。2017年1月，A電廠高負荷運行期間，曾發(fā)生一起高溫過熱器爆管故障。爆管后，工作人員立即停爐。給予清灰后再次啟動，4天后再次爆管，故繼續(xù)給予停爐處理。該事件為A電廠所造成的損失，高達1514.4萬元。為減少損失，確保用戶能夠穩(wěn)定用電。該電廠決定深入分析高溫過熱器爆管的原因，并給予預防。

2 電廠鍋爐設備中高溫過熱器爆管的原因

2.1 高溫過熱器設計不合理

A電廠高溫過熱器管束共69排，管束間隙為65.39mm。上述設計方法，有效增加了過熱器的受熱面積，改善了鍋爐的吸熱效果。但如過熱器長期處于超高溫的狀態(tài)下運行，則極容易爆管[1]。除此之外，管束間隙小，同樣容易增加清灰難度，導致灰塵長期積累，增加爆管的風險[2]。A電廠高溫過熱器，位于爐膛出口部位。在高溫煙氣的長期作用下，爆管故障的發(fā)生風險，同樣會明顯增加。

2.2 高溫過熱器材料質量低

高溫過熱器材質選擇不當，同樣容易增加爆管的風險。通常情況下，電廠高溫過熱器的材質，均為20g鋼材。該類材質的過熱器，所能夠承受的溫度，處于450℃范圍內。長期使用，極容易因超溫而發(fā)生爆管[3]。另外，過熱器長期使用期間，受積灰問題的影響，過熱器的散熱效果，會逐漸下降。因此，管束溫度指標，同樣會明顯提升，導致爆管問題發(fā)生。A電廠故障發(fā)生后，經檢查發(fā)現(xiàn)，高溫過熱器管束已明顯石墨化。表明，爆管故障與過熱器材質不良不無聯(lián)系。

2.3 高溫過熱器積灰嚴重

高溫過熱器長期使用期間，易積累灰塵。吹灰器雖可在一定程度上減少積灰量，但管束間隙區(qū)域，吹灰較為困難，因此灰塵積累量往往較大。上述狀況長期存在，容易導致管束受熱不均，導致過熱器性能下降，增加爆管的風險。除此之外，煤的材質，同樣容易對積灰問題造成影響[4]。A電廠原使用的煤炭，灰分高達35%。且煤炭燃燒所產生的灰塵量，同樣較大。需立即給予清灰，并加強吹灰處理，以減少積灰量，預防爆管。

2.4 疏水系統(tǒng)存在故障

疏水時間不合理、疏水不徹底，同樣容易導致高溫過熱器出現(xiàn)故障。在疏水時間異常的情況下，水汽往往會隨蒸汽，進入至鍋爐爐膛之中。此時，吹灰器周圍煙氣的含濕量，將明顯提升[5]。含濕量大的煙氣，排除的過程較為困難。長此以往，將導致大量水蒸氣，附著于管壁之上，形成“灰墻”。進而導致高溫過熱器溫度過高，導致爆管的問題發(fā)生。解決上述問題的關鍵，在于合理設置疏水時間、提高疏水的徹底性。需注意的是，疏水量與鍋爐管徑存在一定的聯(lián)系。如管徑過小，無法滿足疏水要求，同樣容易導致爆管的問題發(fā)生。

3 電廠鍋爐設備中高溫過熱器爆管的防治措施及效果

3.1 優(yōu)化設計指標及效果

針對由管束間隙設計不合理所導致的爆管問題，應通過擴大管束間隙的方式給予解決。但鑒于短期內，電廠無法更換設備[6]，因此，建議對鍋爐的負荷進行調整。在適當降低負荷的基礎上，降低過熱器溫度及煙氣溫度，減少過熱器爆管風險。A電廠結合自身的發(fā)電需求，以及用戶的用電需求，將負荷降低為了90t/h。通過測量發(fā)現(xiàn)，與優(yōu)化設計前相比，設計后，煙氣的溫度由900℃，下降到了754℃。高溫過熱器表面溫度，同樣得到了一定程度的改善。

3.2 合理選擇材質及效果

為避免因材質不佳，而導致爆管，應通過更換管束材質的方式，預防管束石墨化，提高高溫過熱器質量。高溫合金鋼材，指耐高溫指標達600℃以上的合金材料，優(yōu)勢主要表現(xiàn)為抗腐蝕及耐高溫性能強[7]。12Cr1MoV鋼材，為高溫合金鋼材的一種。由碳、硅、錳、鉬、鉻等元素構成。其中，碳含量為0.38%-0.45%，硅為0.17%-0.3%，為0.40%-0.70%，鉬為0.15%-0.25%，鉻為0.90%-1.20%。將其應用到鍋爐高溫過熱器管束制造過程中，將能夠有效延長管束的使用壽命，避免發(fā)生石墨化等問題。

3.3 積極清理積灰

實踐經驗顯示，高溫過熱器管束中，未積灰的管束，導熱系數(shù)為46.5-58.2w/m2·℃。積灰的管束，導熱系數(shù)為0.0590-0.118w/m2·℃。兩者對比發(fā)現(xiàn)，灰塵的積累，極容易影響過熱器的性能，影響鍋爐的熱效率。為避免灰塵長期積累，導致過熱器爆管，建議適當增加聲波吹灰器的數(shù)量，并定期給予吹灰。考慮管束間隙部分的灰塵，清除難度較大。A電廠于高溫過熱器運行過程中，對其運行狀態(tài)進行了觀察。發(fā)現(xiàn)異常，立即清理灰塵，一定程度上降低了嚴重故障的發(fā)生幾率。

3.4 加強系統(tǒng)維護

為確保疏水徹底，適當延長疏水時間是關鍵。對此，A電廠決定將疏水的步驟，設置在吹灰步驟之前。同時，將疏水時間，由5min，增加為10min。采用上述方式對系統(tǒng)進行維護后發(fā)現(xiàn)，電廠煙氣的含濕量明顯下降。上述措施應用1年內，未見“灰墻”的現(xiàn)象再次出現(xiàn)。表明，將疏水時間延長，能夠有效改善高溫過熱器的運行環(huán)境，使其爆管故障率得以降低。除此之外，考慮到A電廠鍋爐管徑，僅為25mm，而疏水線則需50mm。A電廠決定，將鍋爐管徑擴大至50mm。管徑擴大后至今，鍋爐高溫過熱器，未再見爆管的問題發(fā)生。

4 結束語

綜上所述，A電廠于高溫過熱器爆管后，明確了爆管的原因，并進行了預防，有效降低了爆管率，降低了電廠成本，提高了經濟效益。對此，我國各電廠可以以A電廠的經驗為參考，在優(yōu)化高溫過熱器設計指標的同時，將高溫合金鋼材質，應用到器械設計過程中。在此基礎上，提高煤的質量，并采用吹灰器及時吹灰，以避免爆管的問題發(fā)生，提高鍋爐運行的穩(wěn)定性。

參考文獻：

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[3]蘇永健，關鑫源.超臨界鍋爐右包墻過熱器爆管原因分析及預防措施[J].山西電力，2017，18（05）：66-69.

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