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摘要：隨著我國電力工業(yè)建設的迅猛發(fā)展，各種類型的大 容量火力發(fā)電機組不斷涌現(xiàn)，目前300mw、600mw的亞臨界 機組已成為我國各大電網(wǎng)的主力機組，1000mw超超臨界機組 也不斷涌現(xiàn)。機組效率不斷提高，鍋爐煤耗逐漸降低，這就 要求鍋爐初參數(shù)也不斷提高，鍋爐結構及運行更加趨于復 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，從鍋爐的設計因素、安裝檢修因素、運行因素幾 個方面對其超溫失效原因進行簡單的分析。關鍵詞：設計因素；安裝維修因素；運行因素；熱管超 溫失效中圖分類號：th137. 51文獻

2、標識碼：a1設計因素對鍋爐熱管超溫失效的影響鍋爐的設計是鍋爐制造工作中的重要環(huán)節(jié)之一，鍋爐設 計質量水平的高低是鍋爐能否長周期安全高效運行的關鍵。1.1爐膛出口溫度對鍋爐熱管超溫失效的影響。在鍋爐的設計中，爐膛出口煙氣溫度的選擇對鍋爐的可 靠運行是一個非常重要的問題，它的設計參數(shù)直接關系著熱 管的安全和壽命。爐膛出口煙溫一般是指爐膛出口進入對流 管束之前的煙氣溫度。爐膛出口溫度的選擇應首先是防止對 流受熱面結渣。在鍋爐運行時，爐膛出口煙溫受到結渣條件 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 面管子就黏結在管壁上，使熱阻增加，管壁溫度升高，鍋爐 出口結渣越來越嚴重，逐步將煙道堵塞，

3、長時間運行使管壁 溫度超溫爆管。因此對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流受熱面之間的吸熱量比列。1.2鍋爐水動力設計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。對于在正常璧溫下具有足夠強度的鍋爐鋼管，當 因水動力問題產(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時，鍋爐鋼管會因金屬強度下降或金屬 疲勞而破裂。1.3鍋爐熱力特性參數(shù)的選取對鍋爐熱管超溫失效的 影響鍋爐燃燒反應熱力特性參數(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渣。鍋爐爐膛一旦發(fā)生 結渣，爐膛出口溫度，過熱器溫度、空氣預熱器入口溫度、 排煙溫度、熱風溫度

4、將會呈線性上升趨勢，使熱管溫度嚴重 超標，直接惡化了熱管運行狀態(tài)，使其壽命縮短或失效。因 此準確選擇熱力特性參數(shù)是確保鍋爐熱管安全運行的重要 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 少是有最直接關系的。顯然爐膛受熱面的增多，將使爐膛出 口溫度降低。1. 4設計煤種的選取對鍋爐熱管超溫失效的影響鍋爐燃料只有在設計煤種的允許變化范圍內(nèi)，才能充分 燃燒，不致給鍋爐安全運行及鍋爐熱管帶來不利影響，一旦 煤種發(fā)生質的變化，無論燃煤優(yōu)于設計燃料或劣與設計燃 料，只要發(fā)生偏離的幅度超出了設計許可的范圍，鍋爐燃燒 必將破壞，熱管失效就成了必然的事實。當燃料煤質優(yōu)于設 計煤種太多時，輕則引起受熱面

5、結焦，重則引起受熱面超溫。2安裝維修因素對鍋爐熱管超溫失效的影響2. 1安裝工藝對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密的相對關系，鍋爐 本體與輔助設備之間也通過管道系統(tǒng)精確地連接著，而這些 設備和系統(tǒng)長期在高溫、高壓條件下工作，同時經(jīng)受著許多 復雜的物理、化學作用，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組安 全、經(jīng)濟運行。2.2安裝、檢修過程中焊接質量對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或焊接人員 操作不當產(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，在熱管運行過程中導 致管內(nèi)冷卻介質流量不足，致使管壁超溫，機組長周期運行 后，發(fā)生熱管超溫失效。2.3安裝、檢修過程中錯用鋼材當鍋爐發(fā)生錯用鋼材的情況時，對于被錯用的使用溫度 較低的鋼來說，實際是一種超溫的運行。超溫運行就等于縮 短鋼材的使用壽命，如果機組長周期運行，就會發(fā)生熱管超 溫失效暴漏的風險。所以在鍋爐熱管安裝、檢修過程中必須 嚴格執(zhí)行相關的制度、標準，杜絕錯用鋼材現(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密的 規(guī)范要求，但實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，在鍋爐投入運行后不久會突 然發(fā)生熱管超溫失效事故。2.5鍋爐安裝檢修過程中，管壁溫度測點安裝不夠規(guī) 范，測點示值偏差大鍋爐受熱面璧溫的高低對鍋爐熱管的工作可性影響極 大，所以設計鍋爐時準確地計算璧溫是非常重要的，如果計 算璧溫時偏差過大，對機組投入運行后影響很大，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。而在鍋爐運行的過程中運行

8、人員對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 管壁溫度測點的安裝必須規(guī)范，測點示值顯示準確。在電 力建設施工及驗收規(guī)范第5部分熱工自動化中所規(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，當鍋爐結構 不允許時，可適當上移，但裝于同一過熱器或再熱器上的各 測點的標高應一致。3運行因素對鍋爐熱管超溫失效的影響3. 1鍋爐啟停過程對鍋爐熱管超溫失效的影響在鍋爐啟動過程中，各受熱面內(nèi)部流動的工質尚不正 常，在有的受熱面內(nèi)，工質流量很小，甚至在短時間內(nèi)是不 流動的。因此受熱面金屬不能正常地被工質所冷卻，如果對 它

9、們過分地加熱，就會使受熱面管超溫。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， 在鍋爐啟動時都有超溫的危險。因此在鍋爐啟停時，必須制 定嚴格的規(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，運行時管內(nèi)流量不足，致使熱 管超溫爆管。有效解決這一難題，提高鍋爐機組運行，特別 是超臨界、超超臨界機組可靠性的有力保證。3.3鍋爐燃燒煤種的偏離對

10、鍋爐熱管超溫失效的影響燃料性質對鍋爐熱力工作與受熱面管熱管失效有很大 的影響。對于一臺正在運行的鍋爐，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，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，從而使各對流受熱面中平均受 熱溫壓和煙氣流速都增加，于是各對流受熱面中工質吸熱量 都增加。此時過熱汽溫升高。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燃燒器負荷分配與

11、爐內(nèi)負壓多層布置的燃燒器各層負荷的分配及擺動式燃燒器上 下擺動，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，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， 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，引起對流受熱面熱管超溫。鍋爐運行時，保持 適當?shù)臓t膛負壓是非常重要的。負壓過大，鍋爐漏風量增加, 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鍋爐負荷變化鍋爐負荷變化時，對流過熱器與輻射過熱器的汽溫變化 特性是相反的。在對流過熱器中，隨著負荷增加，蒸汽的焙 增增大。這是由于在負荷增加時，燃料消耗量增大

12、，使煙氣 流速增加，而使煙氣側對流放熱系數(shù)增大；同時由于煙氣溫 度增加，使傳熱溫差增大，因而使對流過熱器吸熱量增加的 值超過負荷增加值，從而使工質焙增增加，因此鍋爐負荷增 加時，對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，因而使工質的焙 增減少。因此，隨鍋爐負荷增加，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。所以猶豫負荷的變化，引起鍋爐對 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荷的增加將更加嚴重，運行調(diào)整不當

13、 時，將影響到熱管的失效。3. 6磨煤機和給粉機的投停方式目前各燃煤電廠普遍采用了空氣預熱器出口熱風作為 磨煤機混合中熱風來源。由于制粉系系統(tǒng)磨煤機運行時利用 了空氣預熱器部分熱風做為干燥介質，同時制粉乏氣將原煤 中部分水分隨同一次風、三次風送入爐膛，所以制粉系統(tǒng)運 行時，將對鍋爐燃燒及煙、風系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生明顯影響，進而 對鍋爐熱管失效參數(shù)產(chǎn)生影響。對于中間儲倉制粉系統(tǒng)，與 磨煤機停運比較，磨煤機運行時，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煤粉細度與粗細粉分離器效率煤粉細度不僅對煤粉氣流的著火，而且對煤粉的燃盡有 直接的影響。試驗表明

14、，當煤粉細度過粗時機械不完全損失 便會增加，爐膛火焰中心將上移，導致爐膛出口煙溫上升， 對流、輻射熱管溫度增加，受熱面熱管工作條件惡化，鍋爐 的可靠性受到嚴重影響。但另一方面，如果磨煤機煤粉細度 過細，則磨煤機電耗增加，如果控制不好則有可能引起制粉 系統(tǒng)爆炸，所以細度要根據(jù)不同的煤種綜合考慮而定。細粉 分離器效率的高低直接影響乏氣中含粉量的多少。當效率降 低時，乏氣中含粉量增多，當乏氣作為三次風時，由于三次 風口都是高位布置，離爐膛出口較近，三次風口含量增多， 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，是防止尾部對流受熱超溫失效的有效手 段。這就要求我們不僅在鍋爐設計時考慮到殘余旋轉對鍋爐 熱管失效的影響，在鍋爐運行過程中通過各種手段對爐內(nèi)運 行工況進行控制，有效降低爐膛出口處的殘余旋轉，防止尾 部對流受熱超溫失效。結語對于電站煤粉鍋爐受熱面超溫失效分析是一項長期而 艱巨的任務，在日常工作中我們必須對失效原因進行有效的 分析，制定科學合理的防范措施，同時建立健全鍋爐防磨防 爆制度。加強