鍋爐水冷壁爆管原因分析及解決措施

李 麗， 李延磊

(1. 陜西未來能源化工有限公司， 陜西榆林 719000；2. 陜西時(shí)代能源化工有限公司， 陜西榆林 719000)

1 機(jī)組概況

某公司選用3×480 t/h高溫高壓煤粉鍋爐，型號(hào)為HGG-480/9.82-YM，四角切圓燃燒、自然循環(huán)汽包爐。設(shè)計(jì)燃用混煤、摻燒燃料氣，采用中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。鍋爐前部為爐膛，四周布滿膜式水冷壁，爐膛出口處布置屏式過熱器。水平煙道裝設(shè)兩級(jí)對(duì)流過熱器，爐頂、水平煙道轉(zhuǎn)向室和尾部包墻均采用膜式管包覆，尾部豎井煙道中布置省煤器并配2臺(tái)三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。為了能及時(shí)清除受熱面的積灰，以保證鍋爐出力，根據(jù)各受熱面不同特點(diǎn)裝設(shè)了蒸汽吹灰和聲波吹灰設(shè)備。

整臺(tái)鍋爐共布置42臺(tái)蒸汽吹灰器，其中爐膛布置22臺(tái)IR-3Z型蒸汽吹灰器，過熱器處布置6臺(tái)IM-530型長伸縮式蒸汽吹灰器，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器處布置2臺(tái)IK-525-DM型蒸汽吹灰器，省煤器處布置12臺(tái)聲波吹灰器。其中，爐膛的22個(gè)蒸汽吹灰器分布俯視圖見圖1，1～8號(hào)蒸汽吹灰器(IR 01～08)布置在爐膛標(biāo)高22.5 m處，9～16號(hào)蒸汽吹灰器(IR 09～16)布置在爐膛標(biāo)高24.5 m處，17～22號(hào)蒸汽吹灰器(IR 17～22)布置在爐膛標(biāo)高26.5 m處。

圖1 爐膛蒸汽吹灰器分布俯視圖

2 爆管過程

2020年2月25日14：13：00，1#鍋爐發(fā)出“負(fù)壓異常”報(bào)警，伴隨主蒸汽質(zhì)量流量下降、主給水質(zhì)量流量升高，且兩者差值約100 t/h，懷疑水冷壁泄漏。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，鍋爐4#角20#短吹處異響明顯，初判此處水冷壁可能泄漏，故做緊急停爐處理。

3 爆管點(diǎn)確認(rèn)

鍋爐停爐、降溫、工藝處理完成后，檢查發(fā)現(xiàn)水冷壁爆口位置在爐膛右墻IR20左上方處，右墻從下至上在20 m高度上方可見管屏向爐內(nèi)凸出，IR20左側(cè)9根水冷壁管表面沖刷痕跡明顯，且管道圓面被沖刷成平面。其中，左側(cè)第3根水冷壁管發(fā)現(xiàn)長約2 cm喇叭形爆口，邊緣鋒利，測(cè)量周圍管道厚度均在3.8 mm左右，緊鄰爆口左側(cè)管道壁厚2.87 mm，爆口位置厚度低至2.07 mm，確認(rèn)為水冷壁局部變形，蒸汽吹灰時(shí)蒸汽沖刷水冷壁管道造成管壁減薄發(fā)生爆管事故。

4 爆管原因排查

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況查找造成該管道爆管的原因，重點(diǎn)從爐膛飛灰磨損、水冷壁管屏變形、管道壁厚和蒸汽吹灰器4個(gè)方面排查。

4.1 飛灰磨損

鍋爐水冷壁的磨損主要是灰粒對(duì)管子的磨損，飛灰在煙氣渦流局部區(qū)域磨損嚴(yán)重,灰粒的平均直徑越小，灰粒的磨損性就越小[1]。2019年鍋爐進(jìn)行熱態(tài)燃燒調(diào)整試驗(yàn)，利用煤粉取樣裝置按照等截面圓環(huán)法在磨煤機(jī)出口煤粉管道上進(jìn)行煤粉取樣，然后篩分煤粉細(xì)度。測(cè)試結(jié)果為4臺(tái)磨煤機(jī)煤粉細(xì)度R90在15%～20%，煤粉顆粒較小，均勻性較好，有利于煤粉著火燃盡，磨損較小。

4.2 水冷壁管屏變形

鍋爐爐膛設(shè)計(jì)為正方形，深度和寬度均為10.86 m，爐膛四周由Φ60×5(直徑為60 mm、壁厚為5 mm)、節(jié)距為80 mm的管子焊成膜式水冷壁，爐膛前、后和兩側(cè)墻各有135根上升管，每面水冷壁沿寬度分成6個(gè)管屏,對(duì)應(yīng)6個(gè)下集箱，減少爐膛四角燃燒器在寬度方向溫度不同時(shí)水冷壁管吸熱不均，避免鍋爐水冷壁變形[2]。而在實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)局部水冷壁管屏變形的情況，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)右墻水冷壁管屏出現(xiàn)輕微變形，其他三面水冷壁管屏無明顯變形。

4.3 管道壁厚

重點(diǎn)對(duì)蒸汽吹灰器周圍管道壁厚進(jìn)行全面測(cè)量，要求在每個(gè)蒸汽吹灰器吹灰孔附近1.5 m范圍內(nèi)對(duì)水冷壁管道進(jìn)行測(cè)厚，而對(duì)水冷壁表面存在沖刷痕跡的管道擴(kuò)大范圍進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)另外7個(gè)蒸汽吹灰器處水冷壁管壁減薄，其中右墻變形，6個(gè)蒸汽吹灰器中4個(gè)蒸汽吹灰器處管道減薄(包含IR20)。

4.4 蒸汽吹灰器

蒸汽吹灰器的工作原理是從伸縮旋轉(zhuǎn)的吹灰槍管端部的噴嘴中噴出蒸汽，持續(xù)沖擊、清潔受熱面。蒸汽吹灰器啟動(dòng)后電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)跑車沿著導(dǎo)軌前移，吹灰槍管勻速進(jìn)入爐膛內(nèi)部，噴嘴中心至水冷壁向火面38 mm后，跑車碰觸行程開關(guān)開啟提升閥門，噴嘴順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)360°+90°對(duì)周圍水冷壁進(jìn)行吹灰，從噴嘴出來的蒸汽在0°～90°區(qū)域2次吹掃水冷壁管壁。由于噴嘴開口在安裝時(shí)有朝上和朝下2種不同的安裝方向，吹掃重復(fù)區(qū)域位置不同。

4.4.1 設(shè)備情況檢查

逐一檢查蒸汽吹灰器周圍澆注料，并在蒸汽吹灰器冷態(tài)下進(jìn)行調(diào)試檢查噴嘴和槍管的水平情況。檢查發(fā)現(xiàn)22個(gè)蒸汽吹灰器周圍的澆注料全部脫落，導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行時(shí)爐膛內(nèi)熱量傳導(dǎo)至蒸汽吹灰器軸承造成缺油卡澀，經(jīng)常發(fā)生故障。冷態(tài)調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)其中2個(gè)蒸汽吹灰器噴嘴脫落和4個(gè)蒸汽吹灰器槍管變形向上彎曲，噴嘴脫落的蒸汽吹灰器周圍未發(fā)現(xiàn)管壁減薄現(xiàn)象，槍管彎曲變形的蒸汽吹灰器附近管道均出現(xiàn)管壁減薄情況。一般減薄的水冷壁管只分布在蒸汽吹灰器處一側(cè)，由重復(fù)沖掃造成。

4.4.2 蒸汽吹灰疏水

蒸汽吹灰器的蒸汽引自低溫過熱器出口集箱，通過壓力調(diào)節(jié)閥組控制蒸汽吹灰壓力。吹灰前需要進(jìn)行管道暖管疏水至疏水末端溫度達(dá)到220 ℃，吹灰時(shí)關(guān)閉疏水閥，調(diào)整蒸汽壓力自動(dòng)控制在2.0 MPa，蒸汽吹灰器進(jìn)到位提升閥開啟后蒸汽壓力降低，蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥自動(dòng)跟蹤調(diào)整開度保持壓力穩(wěn)定。查飽和蒸汽壓力對(duì)照表中2.0 MPa蒸汽的飽和溫度在213 ℃，蒸汽吹灰器蒸汽只有7 K的過熱度。蒸汽吹灰器蒸汽疏水不徹底，吹掃過程中汽水混合物更易造成管壁沖刷減薄，拆檢IR20噴嘴內(nèi)部已出現(xiàn)沖刷的凹面。

5 解決措施

針對(duì)排查的故障原因，從管壁減薄和蒸汽吹灰器2個(gè)方面進(jìn)行處理。

5.1 更換部分管道并局部噴涂耐磨層

根據(jù)規(guī)范要求將水冷壁管道壁厚減薄30%以上(即壁厚為3.5 mm以下)的全部更換，合計(jì)更換26根水冷壁管道。為保證鍋爐運(yùn)行水冷壁的強(qiáng)度和安全，對(duì)蒸汽吹灰器周圍直徑2 m內(nèi)水冷壁管道進(jìn)行耐磨層噴涂，噴涂要求厚度增加0.5～0.6 mm。

5.2 加強(qiáng)蒸汽吹灰器的運(yùn)行維護(hù)

蒸汽吹灰器運(yùn)行維護(hù)不及時(shí)也是事故的主要原因[3]。原蒸汽吹灰器發(fā)生故障時(shí)只是簡(jiǎn)單更換軸承和軸承補(bǔ)油，未全面檢查內(nèi)部噴嘴及槍管情況。因此，逐一修復(fù)蒸汽吹灰器孔周圍耐磨澆注料，減少蒸汽吹灰器故障次數(shù)。制定專項(xiàng)檢查維護(hù)制度保證鍋爐運(yùn)行周期內(nèi)全部蒸汽吹灰器每2個(gè)月加油拆檢1次。

5.3 調(diào)整蒸汽吹灰器吹灰壓力和頻次

根據(jù)蒸汽吹灰器設(shè)備要求的蒸汽壓力，降低蒸汽吹灰器蒸汽壓力，爐膛22個(gè)短吹(IR-3Z)、空氣預(yù)熱器長吹(IK-525DM3)和過熱器6個(gè)長吹(IK-530)的蒸汽壓力由2.0 MPa降低至1.5 MPa，增大吹灰蒸汽的過熱度，減少吹灰過程中冷凝液的產(chǎn)生[4]。將爐膛、過熱器處蒸汽吹灰頻次由8 h 1次調(diào)整至24 h 1次，空氣預(yù)熱器處蒸汽吹灰頻次不變。

6 結(jié)語

1#鍋爐從啟爐至發(fā)生事故時(shí)已連續(xù)運(yùn)行7個(gè)月，運(yùn)行期間忽視對(duì)蒸汽吹灰器的維護(hù)和檢查，停爐期間也未全面檢查測(cè)量水冷壁壁厚。為避免同樣事故發(fā)生，其他2臺(tái)鍋爐在定檢期間進(jìn)行了全面的排查，同樣發(fā)現(xiàn)了水冷壁減薄、蒸汽吹灰器噴嘴和槍管故障、澆注料脫落現(xiàn)象。建議設(shè)置蒸汽吹灰的鍋爐在停爐期間定期測(cè)量爐膛水冷壁壁厚，加強(qiáng)蒸汽吹灰器的運(yùn)行維護(hù)力度。