350MW循環(huán)流化床鍋爐受熱面爆管分析研究

山西國金電力有限公司 王智慧

1 引言

循環(huán)流化床因良好的環(huán)保性和較廣的燃料適應性被廣泛應用在熱電行業(yè)，具備非常強的負荷運行調(diào)節(jié)能力。爆管是循環(huán)流化床鍋爐較常發(fā)生的生產(chǎn)事故，鍋爐受熱面一旦發(fā)生爆管，需要停機一周以上進行故障處理，對熱電企業(yè)的經(jīng)濟效益和安全生產(chǎn)會造成較大的影響[1]。本文從鍋爐受熱面爆管事故的起因著手，對爆管后事故處理情況與改善措施進行全方位分析，總結(jié)經(jīng)驗，防止熱電行業(yè)該類事故的再次發(fā)生。

2 350MW循環(huán)流化床鍋爐設備簡介

鍋爐具有循環(huán)流化床燃燒方式、超臨界直流燃煤鍋爐、單爐膛、M 型布置、一次中間再熱、半露天島式布置、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊等結(jié)構(gòu)。前爐膛內(nèi)布置6片高溫過熱屏、6片中溫二過熱屏和6片高溫再熱屏、5片水冷屏。管屏采用膜式壁結(jié)構(gòu)，垂直布置。主要參數(shù)：最大連續(xù)蒸發(fā)量為1215t/h，過熱器出口額定壓力25.5MPa，過熱器出口額定溫度571℃，再熱蒸汽流量995t/h，再熱蒸汽進/出溫度571℃/333℃。高溫再熱器（以下簡稱高再） 管屏受熱面管規(guī)格Φ76x6mm，材質(zhì)為SA-213TP347H。鰭片材質(zhì)為06Cr19Ni10 奧氏體不銹鋼。

3 引起循環(huán)流化床鍋爐爆管的原因

本廠高再管屏2017 年共發(fā)生5 次高再泄漏，2019 年發(fā)生2 次高再泄漏，泄漏位置全部為上半屏的高溫區(qū)域。低再管道從2015年開始，發(fā)生4次泄漏，3次發(fā)生在中隔墻處固定裝置彎管處，1次發(fā)生在后爐膛前墻處固定裝置彎管上。結(jié)合本廠鍋爐受熱面爆管與其他350MW鍋爐受熱面爆管對比分析，引起鍋爐爆管事故發(fā)生的深層原因有以下幾點。

3.1 鍋爐設計原因

3.1.1 爐型設計不夠理想

我國煤產(chǎn)資源豐富，但煤中含有較多的堿性金屬，還存在易結(jié)焦易玷污、灰熔點低的特征[2]。本廠配備的鍋爐受熱面主要分布于爐膛內(nèi)部，煤燃燒生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的固體循環(huán)物料，這些物料對管道受熱面不斷進行沖刷，以此提高煤的熱效率，避免床溫過高，床層出現(xiàn)結(jié)焦，水冷壁發(fā)生物料玷污的情況。此爐型在運行過程中設計缺點帶來的不利影響比預想得更為嚴重，集中表現(xiàn)為鍋爐爐膛內(nèi)部過熱、器再熱器、蒸發(fā)管等部件的受熱面在循環(huán)物料的不停沖刷之下爆管事故頻發(fā)。

3.1.2 管排設計存在缺陷

爐內(nèi)管屏存在同屏管道之間溫差大（中間管道溫度偏高）、熱應力集中、不同管屏間溫差大的問題（#3、#4、#5管屏溫度偏高）。因為進出口聯(lián)箱選取不合理，流量分配不均，節(jié)流圈布置不合理，流速分配不均勻；可布置位置不合理管屏受熱不均。從高再屏變形嚴重，可以發(fā)現(xiàn)高再存在較大熱應力。高再屏跨度大，最長距離26m，呈L 型布置，爐前墻34m 處固定點運行中隨鍋爐向下膨脹，上部穿60m 標高爐頂向上膨脹，與水冷屏存在156mm 膨脹差，運行中工作環(huán)境相對惡劣。

從泄漏現(xiàn)象分析，爆口多發(fā)生在焊接處。原因為高再屏是整體焊接，寬4.5m，運行中同一屏的管道溫度偏差達40℃左右，同屏管間膨脹量不同產(chǎn)生應力集中，特別是啟停爐或斷煤時，爐膛內(nèi)溫度變化大，易導致鰭片拉裂管材。根據(jù)鍋爐廠方案改造后減小了集中應力，延長了機組運行時間，但泄漏事件說明未徹底解決應力集中問題，這是造成高再泄漏的主要原因。穿墻管再熱器固定裝置設計不合理，固定裝置與低再管彎頭處焊縫開裂，是造成低再泄漏的直接原因。

3.1.3 配套設施存在缺陷

因鍋爐長期運行生產(chǎn)，未定期對爐膛內(nèi)吹灰器和吹灰管進行檢查，致使受熱面發(fā)生不同程度的變形而未及時整修，被迫停用后，設備長期不吹灰，讓細顆?；覊m逐漸沉淀在受熱管壁上，部分地方發(fā)生堵塞問題，局部管道形成了煙氣走廊，加劇了管道其他部位的磨損情況，灰塵長期沉積易引發(fā)管道腐蝕。另一方面，SNCR 噴槍噴頭的霧化效果明顯下降，噴出的氨含量逐漸增大，容易集結(jié)硫酸氫銨，在爐膛內(nèi)管壁上發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象，進而腐蝕內(nèi)管壁。此外還發(fā)現(xiàn)1 臺U 型返料器存在密封不良的現(xiàn)象，致使鍋爐啟動前期發(fā)生設備短路問題。

3.1.4 制造安裝不夠嚴謹

膜式冷水壁與其周圍個別密封鱗片焊接時因咬邊過深，致使密封性能不夠均勻，降低了水冷壁的密封性。部分澆注料在布置時，較為松散，不夠牢固，導流板缺少澆注料造成煙道漏風。防磨設施與爐膛管壁的貼合度不夠，防磨效果甚微。

3.2 燃燒煤質(zhì)的影響

3.2.1 煤粒度影響

當煤粒度較大時，煙氣帶入高溫絕熱式旋風分離器的物料相對較少，很難維持設備的正常返料量，致使床溫過高，煤燃燒不充分、煤渣量偏多、鍋爐熱效率降低等問題；當煤粒度較小時，高溫絕熱式旋風分離器所能捕捉的灰量減小，此時床溫過高，會讓細灰大量離開鍋爐，影響煤的燃燒進度，加大除塵阻力，降低鍋爐熱效率。經(jīng)反復試驗發(fā)現(xiàn)，煤入爐較為合適的粒徑在0～10mm。當入爐煤粒徑為12mm，煙氣中會產(chǎn)生直徑較大的固體顆粒，加劇對爐內(nèi)各項設備的磨損，當入爐煤粒徑小于8mm時，可以降低近一半的爐內(nèi)設備磨損量。

3.2.2 一、二次風量影響

煤燃燒時輸送的一、二次風量分配比例，直接影響燃料在爐膛內(nèi)部不同高度區(qū)域燃燒的效率，對沿爐高的固體粒子分布情況也有一定的影響，同時起到調(diào)節(jié)稀相去與密相區(qū)溫度分布的作用[3]。研究人員試驗發(fā)現(xiàn)，造成鍋爐內(nèi)床溫過高、煙氣流速過大的主要原因是一次風量輸送過大，二次風量輸送不足。因此，想要降低設備的磨損應首先考慮優(yōu)化風量配比，調(diào)節(jié)一次風的風速，風量。

4 解決循環(huán)流化床鍋爐爆管的措施

4.1 解決設計和安裝缺陷的措施

焊接質(zhì)量需要控制，不得強行對口、不得加熱對口。焊縫余高要圓滑過渡到母材，焊縫表面不得有尖銳的溝槽。焊縫余高不超過2mm。焊接要多層多道，避免溫度疊加升高。每層焊接完畢后用噴霧狀純凈水急劇冷卻至室溫，方可進下層焊接。焊接速度要快，焊接填充厚度不能超過焊絲直徑，每根焊絲焊接長度不小于焊絲長度的50%。焊前采用不銹鋼專用砂輪打磨坡口面及周圍15mm 以上范圍呈金屬光澤，手工鎢極氬弧焊對接焊縫,高再一層打底，兩層填充，三次蓋面成型，高過一層打底，三次填充、一次蓋面成型。

鍋爐設計和安裝時，將熱工測點、人孔部位從原有分布位置，改成向爐外分布的鋼管，并使用集銷釘對其進行焊密處理。澆筑材料改為高耐磨的注澆料，利用堆焊技術(shù)焊接耐磨材料與終結(jié)點附件管子間的縫隙。按照行業(yè)執(zhí)行標準重新密封返料器，將膜式水冷壁稀相區(qū)四個角的直角澆注料改為切角澆注料進行加固。穿墻管先進行一層加套管保護，再對其進行澆注料澆注施工，從而消除其漏風現(xiàn)象。

4.2 運行防范措施

4.2.1 啟動過程控制

鍋爐點火后，嚴格控制床溫升不超3℃/min，控制汽溫升不超2℃/min。投煤后，嚴禁煤量大幅波動，保證鍋爐各床溫測點溫升均勻。機組啟動過程中通過燃燒調(diào)整控制汽溫，嚴禁大量投入減溫水，如必須投入減溫水控制時，嚴格控制減溫器后溫度大于對應飽和溫度10℃以上，避免減溫水霧化不良，受熱面積水形成水塞，導致管道壁溫急劇升高。啟動過程中控制汽溫變化≤1.5℃/min，全程監(jiān)視各壁溫測點的變化，相鄰屏間管壁或同屏各管壁溫差控制在20℃以內(nèi)，發(fā)現(xiàn)管壁溫度異常升高或降低時，應穩(wěn)定工況運行，停止升溫升壓。機組啟動時，蒸汽升溫、升壓應同步進行?？刂棋仩t升壓率0.03～0.05MPa/min。鍋爐狀態(tài)要平穩(wěn)，嚴禁反復轉(zhuǎn)態(tài)，造成受熱面溫度大幅波動。鍋爐并網(wǎng)前，嚴格控制鍋爐出口煙氣溫度不準超過560℃，防止再熱器管子超溫。在熱態(tài)啟動時，并網(wǎng)升負荷過程中，關閉旁路后，必須及時調(diào)整風量，防止管壁超溫。在升負荷過程中做好投入減溫水準備，及時投入再熱器減溫水，控制蒸汽溫度，防止管屏超溫。

4.2.2 運行過程控制

機組運行中升降負荷盡量平穩(wěn)，負荷變化率不超6MW/min。運行人員及時了解當班燃燒煤種的變化，根據(jù)燃煤的情況做好燃燒調(diào)整工作。如入爐煤熱值發(fā)生大幅度變化，應提前控制，防止煙溫大幅度變化。為防止運行中斷煤、堵煤影響負荷大幅變化，捅煤隊伍應有足夠的經(jīng)驗豐富的人員。輸煤運行人員應及時與燃供部溝通調(diào)整配煤。按時投入吹灰，預防結(jié)焦，受熱面表面清潔程度對超溫的影響很大，受熱面表面按時投入吹灰，預防結(jié)焦，受熱面表面清潔程度對超溫的影響很大，受熱面表面積灰、結(jié)渣、結(jié)垢等也會造成壁溫升高。如再器管壁超溫則加強對長吹的投入次數(shù)。防止或減輕高溫氧化腐蝕，嚴格按照鍋爐監(jiān)察和金屬監(jiān)督規(guī)程[4]，嚴禁超溫、超壓運行，加強爐水、蒸汽品質(zhì)管理，把pH 值控制在要求的范圍內(nèi)。停爐檢修期間，要采取妥善的防腐措施，需要熟悉掌握吹灰對溫度的影響，做到提前控制。

4.2.3 停運過程控制

減負荷速率控制在每分鐘1.5%BMCR 以內(nèi)，主、再熱汽溫下降速率控制在1～1.5℃/min 左右，注意主、再熱汽溫及鍋爐金屬壁溫的監(jiān)視和調(diào)整。鍋爐BT后，及時關閉風機動葉及出入口擋板，關閉鍋爐所有疏水、排空，進行悶爐。悶爐8h后，開啟煙氣擋板進行自然通風冷卻。悶爐24h 后方可啟動風機冷卻。緊急停爐后，開啟機側(cè)高旁、再熱器排空門進行降壓，降壓速率不大于0.03MPa/min。

4.3 解決煤和風量的措施

企業(yè)可以從原材料供應著手進行管理，控制煤質(zhì)量，調(diào)整煤的配備比例，改善入爐煤粒徑與灰分情況，合理分配一次、二次風量提高煤的燃燒效率。

5 預防循環(huán)流化床鍋爐爆管的對策

5.1 控制入爐媒質(zhì)

350MW 循環(huán)流化床鍋爐摻雜了矸石或其他劣質(zhì)煤后，會加劇鍋爐的磨損。需要嚴格按照熱電行業(yè)標準控制入爐煤粒徑，使用直徑小于10mm 的其他劣質(zhì)煤、直徑小于7mm的煤矸石和風氧化煤進行摻燒，以防入爐媒顆粒直徑過大，對鍋爐受熱面產(chǎn)生的大力磨損，從煤質(zhì)控制方面實現(xiàn)對循環(huán)流化床鍋爐爆管問題的有效預防。

5.2 停爐期間及時檢查設備受熱面的磨損情況

循環(huán)流化床鍋爐停爐期間安排專業(yè)能力強的工作人員進入爐膛、尾部煙道內(nèi)部，分別進行受熱面的磨損、破損、澆筑脫落等情況進行排查，采取分片責任制，將每片區(qū)域的檢查工作落實到個人，并要求每個檢查人員嚴格按照行業(yè)相關檢驗標準進行檢查，以防出現(xiàn)漏查、少查的情況，對重點部位可安排兩個人進行交叉檢查，以保證檢查的準確性，針對不達標的防磨設施應及時給予修補或替換，當管壁厚度磨損較為嚴重時，應及時對其進行修整。

6 結(jié)語

研究人員運用硬度測試、成分檢測等表征測試技術(shù)手段對鍋爐受熱面爆管的起因進行分析，發(fā)現(xiàn)管道磨損量非常大，出現(xiàn)破損或澆筑脫落問題，進而引發(fā)鍋爐受熱面爆管事故。在今后選擇管道材料時需要嚴格按照行業(yè)相關標準嚴格把控，同時控制好系統(tǒng)各項運行參數(shù)，定期對鍋爐管道進行質(zhì)量檢修，確保循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)在運行期的穩(wěn)定性，促進熱電行業(yè)長足發(fā)展。