電廠鍋爐故障及處理措施探析

臨沂市工程咨詢院有限公司 劉 晨

在鍋爐運行過程中，各類故障難免發(fā)生。本文以山東日照某鋼鐵企業(yè)自備電廠為例，針對燃燒問題、水處理問題、蒸汽管道問題、過熱器、蒸發(fā)器、省煤器問題以及控制系統(tǒng)故障這五個方面展開討論，針對故障的發(fā)生原因和特征進行詳細分析，并提供相應(yīng)的處理措施。

1 燃燒問題

燃燒問題是電廠鍋爐中常見故障之一，如燃燒不完全、火焰不穩(wěn)定、爐排堵塞、不完全燃燒等，以山東日照某鋼鐵企業(yè)自備電廠（以下簡稱“電廠”）為例進行分析。

原因分析：燃燒問題的發(fā)生往往涉及多個因素。首先，燃料的質(zhì)量直接影響著燃燒的效果和穩(wěn)定性。如果燃料中含有過多的雜質(zhì)、水分或灰分等，將會影響到燃料的燃燒性能，導(dǎo)致燃燒不完全、火焰不穩(wěn)定等問題的發(fā)生；其次，燃燒器設(shè)計是否科學(xué)合理直接影響著燃燒的效果和穩(wěn)定性。如果燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、燃料和空氣的混合不均勻，都會導(dǎo)致燃燒不完全、火焰不穩(wěn)定等問題。同時如果爐排長時間不清理，燃料的堆積和灰渣的堆積會導(dǎo)致爐排堵塞，進而影響到燃燒的正常進行；最后，風(fēng)量調(diào)節(jié)直接關(guān)系到燃料的燃燒和燃燒產(chǎn)物的排放。如果風(fēng)量調(diào)節(jié)不當(dāng)，可能導(dǎo)致燃料與空氣比例失衡，使燃燒不完全或過量氧化，進而引發(fā)燃燒問題[1]。

故障特征：燃燒問題的故障特征可通過多種方式來體現(xiàn)，其中包括爐膛溫度異常、煙氣成分異常、火焰不穩(wěn)定等。爐膛溫度異常是燃燒問題的一個明顯特征。如果燃燒不完全或過熱，爐膛溫度就會出現(xiàn)異常的波動或升高。煙氣成分異常也是燃燒問題的一個重要特征，正常燃燒所產(chǎn)生的煙氣成分應(yīng)符合環(huán)保要求，但如果燃燒不完全煙氣中的氧氣含量就會降低，同時二氧化碳、一氧化碳等有害氣體的含量就會升高。此外，正常的燃燒應(yīng)該有穩(wěn)定而均勻的火焰，但如果燃燒過程中存在問題，火焰就可能會出現(xiàn)抖動、劇烈波動甚至是熄滅的現(xiàn)象。

處理措施：優(yōu)化燃料選擇和燃燒器設(shè)計，通過選擇高質(zhì)量的燃料和合理設(shè)計的燃燒器，從而提高燃燒的效果和穩(wěn)定性；定期對爐排進行清理，清除堆積的燃料和灰渣，可以保持爐排通暢。此外，通過合理控制風(fēng)量的大小和調(diào)節(jié)燃燒參數(shù)的數(shù)值，可以使燃料與空氣的比例達到最佳狀態(tài)，確保燃燒過程的穩(wěn)定性和高效性[2]；實時監(jiān)測燃燒過程中的各項參數(shù)并及時采取調(diào)整措施，確保燃燒的效果和穩(wěn)定性。

2 水處理問題

電廠為50MW 凝汽式機組配220t/h 高爐煤氣鍋爐，機組運行中多次出現(xiàn)鍋爐給水硬度達5mg/L，但水處理設(shè)備除鹽水水質(zhì)合格，因故障原因不明確，因此鍋爐運行中以加大鍋爐排污量的方式進行處理，給水水質(zhì)依然高達3mg/L，機組運行經(jīng)濟性較差，設(shè)備檢修期間需另外對汽包等設(shè)備進行水垢清理。

原因分析：水處理問題是電廠鍋爐中常見的另一個故障來源，其主要原因包括水質(zhì)不合格、管道堵塞、水位控制不當(dāng)?shù)取Ｊ紫?，水質(zhì)不合格可能是由于進水中含有過多的雜質(zhì)、硬度過高、pH 值不穩(wěn)定等造成的。給水中的雜質(zhì)和硬度過高會導(dǎo)致水垢在鍋爐內(nèi)部和管道中的沉積，降低熱傳導(dǎo)效率。而pH 值不穩(wěn)定會影響水的酸堿平衡，加速鍋爐和管道的腐蝕；其次，管道堵塞可能是由于水中懸浮物、沉淀物或水垢在管道中積聚所致，導(dǎo)致流量減少、壓力波動和溫度異常。堵塞嚴(yán)重時，還可能引發(fā)管道破裂，造成更嚴(yán)重的事故。

故障特征：可經(jīng)多種方式進行觀察和監(jiān)測。水質(zhì)異常是常見的故障特征之一，可表現(xiàn)為pH 值超出范圍、水中懸浮物或沉淀物濃度過高等情況；管道堵塞會導(dǎo)致水流量減少、壓力波動、溫度異常等現(xiàn)象。可通過流量計、壓力傳感器和溫度傳感器等監(jiān)測設(shè)備來觀察這些特征，及時發(fā)現(xiàn)管道堵塞問題。

處理措施：該問題的關(guān)鍵在于合理的水質(zhì)控制和管道清洗。定期對水質(zhì)進行檢測和處理是必要的。通過水質(zhì)分析，了解水中的雜質(zhì)、硬度等指標(biāo)，根據(jù)檢測結(jié)果采取相應(yīng)的處理措施，如使用水質(zhì)調(diào)節(jié)劑、凈化設(shè)備等；定期清洗管道和鍋爐內(nèi)部，去除水垢和沉積物。可以采用化學(xué)清洗、機械清洗等方法，根據(jù)管道和鍋爐的具體情況選擇合適的清洗方式，保持管道的暢通和熱交換的效率[3]。

經(jīng)對該企業(yè)機組運行情況進行綜合分析，確定導(dǎo)致給水硬度升高的原因為汽輪機凝汽器銅管老化泄露導(dǎo)致循環(huán)水進入負壓的凝結(jié)水系統(tǒng)，進而影響了鍋爐汽水品質(zhì)。機組大修期間，通過對汽輪機凝汽器進行銅管維護及更換，杜絕了凝汽器通過泄露的情況出現(xiàn)，目前機組運行正常。

3 蒸汽管道泄露問題

電廠高溫高壓鍋爐主蒸汽壓力為9.32MPa，540℃，該設(shè)備已運行20年，運行中2#機組、4#機組均出現(xiàn)主蒸汽電動門旁路焊口泄漏事故，經(jīng)緊急停爐后進行檢修處理。

3.1 原因分析及故障特征

鍋爐及汽輪機蒸汽管道焊口泄露是各個電廠極易發(fā)生的運行故障。蒸汽管道主汽管道因壁厚、材質(zhì)、管徑等原因承受該應(yīng)力變化及熱膨脹系數(shù)及其附屬部件（如旁路管道和閥門各焊口）是不同的，熱力管道等高溫部件長期在高溫環(huán)境下工作時易因熱應(yīng)力變化導(dǎo)致部件形變，這是造成主蒸汽旁路焊口泄漏問題頻繁出現(xiàn)的主要原因。企業(yè)自備電廠及區(qū)域調(diào)峰機組等負荷變動較大的機組，在運行中由于電網(wǎng)調(diào)峰或熱用戶需求變化引發(fā)鍋爐增減負荷，會引起鍋爐主蒸汽量變化較大，從而引起蒸汽管道泄漏問題，危及設(shè)備及人事安全。主蒸汽管路焊口一旦泄露只能緊急停機進行處理，由于未經(jīng)調(diào)度系統(tǒng)批準(zhǔn)進行停機，因此可能會對區(qū)域電網(wǎng)造成一定影響。

3.2 處理措施

運行中對鍋爐高溫高壓蒸汽、給水管道等進行位移跟蹤。其具體方法為觀察現(xiàn)有管道支吊架的傾斜度，并于各高溫高壓管道附近標(biāo)志物如橫梁、臺基等處以紅漆做好標(biāo)記，定期進行標(biāo)記物檢查，并于每次熱力設(shè)備啟動或負荷沖擊后進行標(biāo)記物檢查，對已經(jīng)發(fā)生明顯位移的介質(zhì)管道加強監(jiān)視并在設(shè)備檢修中進行管段更換。

停機檢修處理方案一：針對已經(jīng)出現(xiàn)故障的2#、4#機組，利用機組機停機檢修機會，將主蒸汽旁路加裝90°彎頭進行U 型補償，如圖1所示：顯示45°傾斜的兩路管道為在原水平設(shè)計的旁路管道高度上經(jīng)一90°彎頭轉(zhuǎn)向上方，然后再加一90°彎頭與旁路門焊接而成，兩個彎頭之間加裝一段相同材質(zhì)及管徑的管道加以延長以增加補償效果。

圖1 蒸汽電動門旁路U 型補償改造示意圖

停機檢修處理方案二：針對未出現(xiàn)故障的1#、3#以及5～8#機組，利用機組停機維護機會，在旁路管道與主蒸汽管道的連接處加固筋，如圖2所示，選擇直線型的固筋合適或是彎曲型的固筋，進行180°兩側(cè)加固筋或是90°四角加固筋對其進行加固。

圖2 主蒸汽電動門旁路加固筋示意圖

4 過熱器、蒸發(fā)器和省煤器問題

電廠配置杭州鍋爐廠220t/h 高溫高壓鍋爐，燃料為高爐煤氣，鍋爐在運行中曾多次出現(xiàn)高壓省煤器吊掛管泄漏情況，其主要外部表現(xiàn)為上級省煤器部位有氣流聲，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)鍋爐必須緊急停爐，以避免出現(xiàn)鍋爐水位迅速下降及省煤器爆管等惡性事故。

4.1 原因分析及故障特征

過熱、蒸發(fā)器和省煤器問題可能由于結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷、管道堵塞、水位控制不良等原因引起。首先，結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷可能導(dǎo)致部件或管道的強度不足，無法承受高溫和高壓的工作環(huán)境，從而出現(xiàn)破裂的風(fēng)險；其次，蒸發(fā)器管道堵塞會導(dǎo)致熱量傳遞不暢，蒸發(fā)器內(nèi)的熱交換效率下降，同時可能引發(fā)局部過熱和結(jié)垢問題[4]；最后，水位控制不良會導(dǎo)致過熱和蒸發(fā)器水位過高或過低，水位過高可能導(dǎo)致過熱和破裂的風(fēng)險，而水位過低則可能導(dǎo)致蒸發(fā)器干燥和熱交換不足。過熱、蒸發(fā)器和省煤器問題的故障特征主要表現(xiàn)為鍋爐內(nèi)部汽水泄露、溫度異常、壓力異常和水位不穩(wěn)等現(xiàn)象。

4.2 處理措施

處理過熱和蒸發(fā)器問題的關(guān)鍵在于定期檢查和維護過熱器、蒸發(fā)器和省煤器：定期清洗管道保持管道的通暢和熱交換效率。定期檢查各組件結(jié)構(gòu)和密封件，確保其完整性和正常運行。定期進行壁厚測量、結(jié)構(gòu)檢查和密封性能測試；加強對換熱管道的監(jiān)測和預(yù)警也是防止故障的有效手段。建立完善的監(jiān)測系統(tǒng)，包括溫度、壓力和水位的實時監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)異常并采取相應(yīng)的處理措施。

對于煤氣鍋爐反復(fù)出現(xiàn)的上級省煤器吊掛管泄露問題，經(jīng)對原管束進行金屬金相分析后，該部位使用普通碳鋼管道不能滿足鍋爐安全運行要求，綜合考慮將部分變形或易泄露管束更換為12CrMoV高壓合金鋼，同時穩(wěn)定機組負荷，減小其負荷調(diào)整幅度，使省煤器吊掛管泄露情況有效降低。

5 控制系統(tǒng)故障

電廠鍋爐采用DCS 控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用可靠的總線實時控制網(wǎng)絡(luò)VLNET 實現(xiàn)過程控制。系統(tǒng)在升級后偶爾出現(xiàn)溫控回路從自動跳手動的現(xiàn)象，并且出現(xiàn)開路報警。

5.1 原因分析及故障特征

控制系統(tǒng)故障可能由于傳感器故障、控制邏輯錯誤、設(shè)備老化等原因引起：傳感器故障可能導(dǎo)致無法準(zhǔn)確獲取工藝參數(shù)，影響控制系統(tǒng)的反饋和調(diào)節(jié)能力；控制邏輯錯誤可能由于程序編制錯誤或參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致控制指令的誤差增大，系統(tǒng)無法正常運行；設(shè)備老化可能導(dǎo)致控制設(shè)備的性能下降，包括控制器、執(zhí)行器等，從而影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

該故障特征主要表現(xiàn)為自動控制失效、儀表讀數(shù)異常、報警系統(tǒng)響應(yīng)遲緩等現(xiàn)象：自動控制失效可能導(dǎo)致無法實現(xiàn)期望的控制目標(biāo)，如溫度、壓力或流量無法穩(wěn)定控制在設(shè)定值附近[5]；儀表讀數(shù)異?？赡鼙憩F(xiàn)為儀表顯示數(shù)值與實際值不一致，或者出現(xiàn)波動較大的情況；報警系統(tǒng)響應(yīng)遲緩可能意味著在出現(xiàn)異常情況下，系統(tǒng)無法及時發(fā)出警報或報警信號延遲，從而增加了故障擴大的風(fēng)險。

5.2 處理措施

處理控制系統(tǒng)故障的關(guān)鍵在于定期檢查和維護控制設(shè)備：定期校準(zhǔn)傳感器是必要的措施。通過校準(zhǔn)傳感器，可以確保傳感器測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的測量精度和可靠性；檢查和修復(fù)控制邏輯也是重要的處理措施。定期檢查程序編制和參數(shù)設(shè)置，及時發(fā)現(xiàn)和糾正控制邏輯錯誤，確?？刂浦噶畹恼_性和有效性[6]；更新老化設(shè)備也是防止控制系統(tǒng)故障的重要手段。此外，加強對控制系統(tǒng)的監(jiān)測和備份系統(tǒng)的建設(shè)也是防止故障的重要手段。建立完善的控制系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)，包括實時監(jiān)測和記錄關(guān)鍵參數(shù)、狀態(tài)和運行數(shù)據(jù)。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和處理，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常和潛在故障并采取相應(yīng)的措施。此外，配置備用控制器和備用電源等，以便在主系統(tǒng)故障時能夠快速切換和恢復(fù)正常運行。

經(jīng)處理發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)構(gòu)建電纜存在破損，屏蔽層存在穿孔，因為設(shè)備運作的過程中會形成較大的磁場，控制信號線感應(yīng)到磁場構(gòu)成干擾，輸入至DCS系統(tǒng)引發(fā)故障。將全部電纜線更換后故障消除。