電站煤粉鍋爐受熱面超溫失效淺談

1、電站煤粉鍋爐受熱面超溫失效淺談?wù)弘S著我國電力工業(yè)建設(shè)的迅猛發(fā)展，各種類型的大 容量火力發(fā)電機(jī)組不斷涌現(xiàn)，目前300mw、600mw的亞臨界 機(jī)組已成為我國各大電網(wǎng)的主力機(jī)組，1000mw超超臨界機(jī)組 也不斷涌現(xiàn)。機(jī)組效率不斷提高，鍋爐煤耗逐漸降低，這就 要求鍋爐初參數(shù)也不斷提高，鍋爐結(jié)構(gòu)及運(yùn)行更加趨于復(fù) 雜，受熱面熱管失效問題也凸顯出來，受熱面熱管失效中尤 以熱管超溫失效所占的比例較高。筆者從事電站鍋爐檢修、 管理多年，從鍋爐的設(shè)計(jì)因素、安裝檢修因素、運(yùn)行因素幾 個(gè)方面對(duì)其超溫失效原因進(jìn)行簡單的分析。關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)因素；安裝維修因素；運(yùn)行因素；熱管超 溫失效中圖分類號(hào)：th137. 51文獻(xiàn)

2、標(biāo)識(shí)碼：a1設(shè)計(jì)因素對(duì)鍋爐熱管超溫失效的影響鍋爐的設(shè)計(jì)是鍋爐制造工作中的重要環(huán)節(jié)之一，鍋爐設(shè) 計(jì)質(zhì)量水平的高低是鍋爐能否長周期安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵。1.1爐膛出口溫度對(duì)鍋爐熱管超溫失效的影響。在鍋爐的設(shè)計(jì)中，爐膛出口煙氣溫度的選擇對(duì)鍋爐的可 靠運(yùn)行是一個(gè)非常重要的問題，它的設(shè)計(jì)參數(shù)直接關(guān)系著熱 管的安全和壽命。爐膛出口煙溫一般是指爐膛出口進(jìn)入對(duì)流 管束之前的煙氣溫度。爐膛出口溫度的選擇應(yīng)首先是防止對(duì) 流受熱面結(jié)渣。在鍋爐運(yùn)行時(shí)，爐膛出口煙溫受到結(jié)渣條件 的限制不能過高，煙氣中的飛灰尚處于融化狀態(tài)，遇到受熱 面管子就黏結(jié)在管壁上，使熱阻增加，管壁溫度升高，鍋爐 出口結(jié)渣越來越嚴(yán)重，逐步將煙道堵塞，

3、長時(shí)間運(yùn)行使管壁 溫度超溫爆管。因此對(duì)爐膛出口煙氣溫度的選擇要合理，它 決定著鍋爐中輻射受熱面及對(duì)流受熱面之間的吸熱量比列。1.2鍋爐水動(dòng)力設(shè)計(jì)不合理鍋爐受熱面熱管工作的可靠性首先取決于管壁金屬的 溫度工況。對(duì)于在正常璧溫下具有足夠強(qiáng)度的鍋爐鋼管，當(dāng) 因水動(dòng)力問題產(chǎn)生傳熱惡化問題而使管壁溫度超過允許值 或管壁溫度長期波動(dòng)時(shí)，鍋爐鋼管會(huì)因金屬強(qiáng)度下降或金屬 疲勞而破裂。1.3鍋爐熱力特性參數(shù)的選取對(duì)鍋爐熱管超溫失效的 影響鍋爐燃燒反應(yīng)熱力特性參數(shù)堆鍋爐熱管失效影響很大， 熱力特性參數(shù)的選取直接影響爐膛結(jié)渣。鍋爐爐膛一旦發(fā)生 結(jié)渣，爐膛出口溫度，過熱器溫度、空氣預(yù)熱器入口溫度、 排煙溫度、熱風(fēng)溫度

4、將會(huì)呈線性上升趨勢，使熱管溫度嚴(yán)重 超標(biāo)，直接惡化了熱管運(yùn)行狀態(tài)，使其壽命縮短或失效。因 此準(zhǔn)確選擇熱力特性參數(shù)是確保鍋爐熱管安全運(yùn)行的重要 條件之一，而熱力特性參數(shù)的大小，與燃燒器及受熱面積多 少是有最直接關(guān)系的。顯然爐膛受熱面的增多，將使?fàn)t膛出 口溫度降低。1. 4設(shè)計(jì)煤種的選取對(duì)鍋爐熱管超溫失效的影響鍋爐燃料只有在設(shè)計(jì)煤種的允許變化范圍內(nèi)，才能充分 燃燒，不致給鍋爐安全運(yùn)行及鍋爐熱管帶來不利影響，一旦 煤種發(fā)生質(zhì)的變化，無論燃煤優(yōu)于設(shè)計(jì)燃料或劣與設(shè)計(jì)燃 料，只要發(fā)生偏離的幅度超出了設(shè)計(jì)許可的范圍，鍋爐燃燒 必將破壞，熱管失效就成了必然的事實(shí)。當(dāng)燃料煤質(zhì)優(yōu)于設(shè) 計(jì)煤種太多時(shí)，輕則引起受熱面

5、結(jié)焦，重則引起受熱面超溫。2安裝維修因素對(duì)鍋爐熱管超溫失效的影響2. 1安裝工藝對(duì)鍋爐熱管超溫失效的影響大型鍋爐的各部件之間有著十分嚴(yán)密的相對(duì)關(guān)系，鍋爐 本體與輔助設(shè)備之間也通過管道系統(tǒng)精確地連接著，而這些 設(shè)備和系統(tǒng)長期在高溫、高壓條件下工作，同時(shí)經(jīng)受著許多 復(fù)雜的物理、化學(xué)作用，工作環(huán)境非常惡劣。在受熱面管的 安裝過程中，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。2.2安裝、檢修過程中焊接質(zhì)量對(duì)熱管超溫失效的影響 在熱管安裝、檢修過程中由于檢修工藝不當(dāng)或焊接人員 操作不當(dāng)產(chǎn)生焊接缺陷，例如在焊接過程中熔化的金屬流淌 到焊接以外未熔化的母材形成金屬瘤，如果在熱管內(nèi)壁產(chǎn)生 金屬瘤，

6、則熱管焊瘤處管壁內(nèi)徑減少，在熱管運(yùn)行過程中導(dǎo) 致管內(nèi)冷卻介質(zhì)流量不足，致使管壁超溫，機(jī)組長周期運(yùn)行 后，發(fā)生熱管超溫失效。2.3安裝、檢修過程中錯(cuò)用鋼材當(dāng)鍋爐發(fā)生錯(cuò)用鋼材的情況時(shí)，對(duì)于被錯(cuò)用的使用溫度 較低的鋼來說，實(shí)際是一種超溫的運(yùn)行。超溫運(yùn)行就等于縮 短鋼材的使用壽命，如果機(jī)組長周期運(yùn)行，就會(huì)發(fā)生熱管超 溫失效暴漏的風(fēng)險(xiǎn)。所以在鍋爐熱管安裝、檢修過程中必須 嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的制度、標(biāo)準(zhǔn)，杜絕錯(cuò)用鋼材現(xiàn)象。2.4安裝、檢修過程中異物堵塞管子在鍋爐安裝、檢修過程中，盡管每一步工作都有嚴(yán)密的 規(guī)范要求，但實(shí)施起來往往很難做到萬無一失，尤其是各管 系堵塞問題就顯得更為突出。一些安裝過程中的焊渣、用過

7、的短焊條、焊劑、切割下來的小邊角料，連接部位的螺栓、 螺母，鍋爐吹掃過程中帶入的雜物，甚至安裝檢修過程中的 工器具如小榔頭等，在不經(jīng)意間進(jìn)入不同區(qū)域的受熱面管 中，沒有被徹底清掃吹掃出來，在鍋爐投入運(yùn)行后不久會(huì)突 然發(fā)生熱管超溫失效事故。2.5鍋爐安裝檢修過程中，管壁溫度測點(diǎn)安裝不夠規(guī) 范，測點(diǎn)示值偏差大鍋爐受熱面璧溫的高低對(duì)鍋爐熱管的工作可性影響極 大，所以設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算璧溫是非常重要的，如果計(jì) 算璧溫時(shí)偏差過大，對(duì)機(jī)組投入運(yùn)行后影響很大，璧溫過低, 鍋爐參數(shù)很難控制，鍋爐熱效率低。璧溫過高，管壁溫度長 周期高于或稍低于金屬的極限使用溫度，使熱管超溫失效爆 管。而在鍋爐運(yùn)行的過程中運(yùn)行

8、人員對(duì)鍋爐受熱面璧溫的監(jiān) 控是保證受熱面長期安全服役的保證，這就要求鍋爐熱管的 管壁溫度測點(diǎn)的安裝必須規(guī)范，測點(diǎn)示值顯示準(zhǔn)確。在電 力建設(shè)施工及驗(yàn)收規(guī)范第5部分熱工自動(dòng)化中所規(guī)定 的：”測量鍋爐過熱器、再熱器管壁溫度的熱電偶，其測量 端宜裝在離頂棚管上面100mm內(nèi)的垂直管段上，當(dāng)鍋爐結(jié)構(gòu) 不允許時(shí)，可適當(dāng)上移，但裝于同一過熱器或再熱器上的各 測點(diǎn)的標(biāo)高應(yīng)一致。3運(yùn)行因素對(duì)鍋爐熱管超溫失效的影響3. 1鍋爐啟停過程對(duì)鍋爐熱管超溫失效的影響在鍋爐啟動(dòng)過程中，各受熱面內(nèi)部流動(dòng)的工質(zhì)尚不正 常，在有的受熱面內(nèi)，工質(zhì)流量很小，甚至在短時(shí)間內(nèi)是不 流動(dòng)的。因此受熱面金屬不能正常地被工質(zhì)所冷卻，如果對(duì) 它

9、們過分地加熱，就會(huì)使受熱面管超溫。水循環(huán)尚未建立起 來的部分水冷壁管，蒸汽流量還很少時(shí)的過熱器管，沒有蒸 汽通過或蒸汽流量過少的再熱器管和暫停給水的省煤器等， 在鍋爐啟動(dòng)時(shí)都有超溫的危險(xiǎn)。因此在鍋爐啟停時(shí)，必須制 定嚴(yán)格的規(guī)章制度來執(zhí)行。 3.2過熱器內(nèi)壁氧化皮脫 落隨著我國鍋爐向高參數(shù)大容量方向的發(fā)展，超臨界、超 超臨界機(jī)組不斷涌現(xiàn)，過熱器金屬材料性能不斷提高，過熱 器內(nèi)壁氧化皮脫落的問題凸顯出來。主要表現(xiàn)為過熱器內(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。有效解決這一難題，提高鍋爐機(jī)組運(yùn)行，特別 是超臨界、超超臨界機(jī)組可靠性的有力保證。3.3鍋爐燃燒煤種的偏離對(duì)

10、鍋爐熱管超溫失效的影響燃料性質(zhì)對(duì)鍋爐熱力工作與受熱面管熱管失效有很大 的影響。對(duì)于一臺(tái)正在運(yùn)行的鍋爐，如果燃料的發(fā)熱量降低, 工作水分增加，則它的熱力特性將發(fā)生變化。此時(shí)，如燃料 供給量增多，將使蒸汽參數(shù)和蒸發(fā)量降低。因此，為了保證 鍋爐蒸汽量，必須增加燃料供應(yīng)量。這樣爐膛出口煙氣溫度 將升高，蒸汽流量也將增加，從而使各對(duì)流受熱面中平均受 熱溫壓和煙氣流速都增加，于是各對(duì)流受熱面中工質(zhì)吸熱量 都增加。此時(shí)過熱汽溫升高。為保證汽溫維持在額定值內(nèi)， 就必須增加減溫水流量。省煤器如果原來是不沸騰的，就有 可能接近或成為沸騰的。如果原來是沸騰，在增加了沸騰 度。熱空氣溫度也提高。3.4燃燒器負(fù)荷分配與

11、爐內(nèi)負(fù)壓多層布置的燃燒器各層負(fù)荷的分配及擺動(dòng)式燃燒器上 下擺動(dòng)，可直接調(diào)節(jié)火焰中心的位置。將上層噴嘴的煤粉量 增加或燃燒器向上擺動(dòng)，火焰中心位置上移，爐膛出口煙氣 溫度升高，如加大下層噴嘴的煤粉量或燃燒器向下上擺動(dòng)， 則爐膛出口煙溫降低。如火焰中心位置太靠上則爐膛出口煙 氣溫度太高，引起對(duì)流受熱面熱管超溫。鍋爐運(yùn)行時(shí)，保持 適當(dāng)?shù)臓t膛負(fù)壓是非常重要的。負(fù)壓過大，鍋爐漏風(fēng)量增加, 降低爐膛溫度水平，并使過熱汽溫升高，排煙熱損失增加。3.5鍋爐負(fù)荷變化鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，對(duì)流過熱器與輻射過熱器的汽溫變化 特性是相反的。在對(duì)流過熱器中，隨著負(fù)荷增加，蒸汽的焙 增增大。這是由于在負(fù)荷增加時(shí)，燃料消耗量增大

12、，使煙氣 流速增加，而使煙氣側(cè)對(duì)流放熱系數(shù)增大；同時(shí)由于煙氣溫 度增加，使傳熱溫差增大，因而使對(duì)流過熱器吸熱量增加的 值超過負(fù)荷增加值，從而使工質(zhì)焙增增加，因此鍋爐負(fù)荷增 加時(shí)，對(duì)流過熱器的出口汽溫將要增加。在輻射過熱器中， 隨著鍋爐負(fù)荷增加，由于爐膛火焰平均溫度不花不大，輻射 傳熱量增加不多，跟不上蒸汽流量的增加，因而使工質(zhì)的焙 增減少。因此，隨鍋爐負(fù)荷增加，輻射過熱器的出口汽溫是 下降的。再熱器的汽溫變化特性原則上是與鍋筒爐中過熱器 的氣溫變化特性相一致。所以猶豫負(fù)荷的變化，引起鍋爐對(duì) 流過熱器、輻射過熱器及再熱器汽溫的變化并不是一致的， 這種差異隨著鍋爐負(fù)荷的增加將更加嚴(yán)重，運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)

13、 時(shí)，將影響到熱管的失效。3. 6磨煤機(jī)和給粉機(jī)的投停方式目前各燃煤電廠普遍采用了空氣預(yù)熱器出口熱風(fēng)作為 磨煤機(jī)混合中熱風(fēng)來源。由于制粉系系統(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)，同時(shí)制粉乏氣將原煤 中部分水分隨同一次風(fēng)、三次風(fēng)送入爐膛，所以制粉系統(tǒng)運(yùn) 行時(shí)，將對(duì)鍋爐燃燒及煙、風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生明顯影響，進(jìn)而 對(duì)鍋爐熱管失效參數(shù)產(chǎn)生影響。對(duì)于中間儲(chǔ)倉制粉系統(tǒng)，與 磨煤機(jī)停運(yùn)比較，磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，鍋爐燃燒推遲，火焰中心 一定程度上移，爐膛出口煙氣溫度、煙氣量將上升，鍋爐過 熱器汽溫升高。3.7煤粉細(xì)度與粗細(xì)粉分離器效率煤粉細(xì)度不僅對(duì)煤粉氣流的著火，而且對(duì)煤粉的燃盡有 直接的影響。試驗(yàn)表明

14、，當(dāng)煤粉細(xì)度過粗時(shí)機(jī)械不完全損失 便會(huì)增加，爐膛火焰中心將上移，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。但另一方面，如果磨煤機(jī)煤粉細(xì)度 過細(xì)，則磨煤機(jī)電耗增加，如果控制不好則有可能引起制粉 系統(tǒng)爆炸，所以細(xì)度要根據(jù)不同的煤種綜合考慮而定。細(xì)粉 分離器效率的高低直接影響乏氣中含粉量的多少。當(dāng)效率降 低時(shí)，乏氣中含粉量增多，當(dāng)乏氣作為三次風(fēng)時(shí)，由于三次 風(fēng)口都是高位布置，離爐膛出口較近，三次風(fēng)口含量增多， 直接影響煤粉燃盡、受熱面超溫。3.8爐膛出口處的殘余旋轉(zhuǎn)四角切圓燃燒方式的鍋爐水平煙道沿寬度及高度方向 存在煙氣偏差，隨著鍋爐容量的增加這一偏差在加大。所以 有效緩解煙氣偏差，是防止尾部對(duì)流受熱超溫失效的有效手 段。這就要求我們不僅在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)考慮到殘余旋轉(zhuǎn)對(duì)鍋爐 熱管失效的影響，在鍋爐運(yùn)行過程中通過各種手段對(duì)爐內(nèi)運(yùn) 行工況進(jìn)行控制，有效降低爐膛出口處的殘余旋轉(zhuǎn)，防止尾 部對(duì)流受熱超溫失效。結(jié)語對(duì)于電站煤粉鍋爐受熱面超溫失效分析是一項(xiàng)長期而 艱巨的任務(wù)，在日常工作中我們必須對(duì)失效原因進(jìn)行有效的 分析，制定科學(xué)合理的防范措施，同時(shí)建立健全鍋爐防磨防 爆制度。加強(qiáng)