410t／h锅炉过热器超温爆管原因分析及预防措施.pdf

6 甘肃电力技术 4 1 0 t h锅炉过热器超温爆管原因分析及预防措施 庞欣 ( 国电兰州热电厂甘肃省兰州市 7 3 0 0 2 0 ) 【 摘要l 通过对国电兰州热电厂2 台b g - 4 1 0 1 o 0 - m 过热器运行中超温爆管情况的统计， 对 4 1 o t h 锅炉过热器超温爆管原因进行了简要分析，对预防措施进行了初步探讨。 【 关键词】 锅 炉超温爆管原 因措施 1 问题的提出 据统计，我国高温高压锅炉因 “ 三管”爆破引 起 的非计划停运时间占机组非计划停运 时间的 4 0 左右，少发电事故占全部机组停运事故的5 0 多， 是 影响发电厂安全运行的主要因素。 国电兰州热电厂 2 台b g 一 4 1 0 1 o 0 - m高温高压煤 粉炉系北京巴布科一威尔克斯有限公司生产，分别 于 1 9 8 9年 1 2月 1 8日和 1 9 9 0年 1 2月 4日投运 。投 运以来，“ 三管”漏泄事故时有发生，其中过热器系 统相继多次发生泄漏 ，严重影响发电设备的安全运 行。仅在 1 9 8 9 1 9 9 8年这 1 0年中， 因过热器爆管停 炉共 1 6次 ，按每次停炉 4 8 h计算，少发 电量 7 6 8 0 万 k w h 。 2 爆管原因归类分析 通过表 l可以看出，过热器是机组 “ 三管”爆 破的主要部件。通过表 2可以看出，锅炉 “ 三管” 爆破的第一原因是过热，占 4 5 4 5 ；第二原因是焊 缝质量问题，占 3 1 8 7 ；再次是腐蚀和其它各 占 9 0 9 ，而腐蚀仅占4 5 5 左右。 “ 三管”爆破事故纪录统计表 表 1 - 腐蚀 过热 1 1 2 焊缝 1 4 磨损 其它 2 3 1 1 l 3 1 1 1 3 5 7 1 o 3 5 7 1 2 1 1 o 3 5 7 1 1 3 1 o 7 1 2 4 1 4 2 9 维普资讯 4 1 0 ff h锅炉过热器超温爆管原因分析及预防措施 7 1 9 8 9 1 9 9 8年中，因爆管造成事故、故障，临 时检修共 2 8次。其中过热器 1 6次，占5 7 1 ， 过热 器爆漏部分多在高温过热器 ( 热段、冷段) 的出 口排 和出口排下弯部分。此部位由于温度高，热应力大， 弯头部位受残余应力和外弧壁减薄等因素的影响， 比直管部分易先损坏。我厂 2台 4 1 0 t h锅炉过热器 爆漏原因有 ：长期超温爆管 、短期超温爆管、材质 不良爆管、磨损爆管及错用材质爆管。由表 2 可知， 过热 占爆漏原因第 1 位。 t 1 、 t 2 一相应于 t 1 ， t 2的断裂时间 h 。 其 中 ，t i = 5 4 0 + 2 7 3 = 8 1 3 k ，t 2 = 5 5 0 + 2 7 3 = 8 2 3 k ， t l = l o o o o o h ， 代入公式可得 t 2 = 4 5 7 0 0 h 。 计算表明，过热器在正常汽温 ( 5 4 0 )下可运 行 1 0 万 h ， 若超温 1 0 ( 即 5 5 0 )下运行，过热器 只能工作 4 6万 h ，过热器寿命几乎减少一半以上 。 这种 “ 等效时间”使过热器寿命缩短，而且不能用 以后的降温来补偿，故在运行中应严格避免超温运 行 。 3 过热器的超温过热爆管分析 一 4 引起过热器超温过热的因素 ( 图 1 ) 3 1 长期超温爆管 如果过热器在运行中因某种原因而使管壁温度 超过设计温度，在高温长时间作用下，导致钢材组 织结构的变化，蠕变速度加快，持久强度下降 ，使 用寿命达不到设计要求而提早爆破损坏 ，称为长期 超温爆管。长期超温爆管 由于管壁温度还没有达到 a c l临界点温度 ，爆管虽然有介质的激冷作用 ， 但还 不会发生相变。 长期超温爆管一般发生在高温过热器出口段 的 外 圈向火侧 ，对我厂近几年来过热器爆管事故的分 析 ，有 7 0 是由于长期超温而引起 的。 3 2 短期超温爆管 锅炉在运行过程 中，由于冷却条件恶化使管壁 温度在短时间内突然上升达到钢 的 h c l临界点以上 温度 ，钢 的抗拉强度急剧下降，在介质压力作用下， 温度最高的向火侧首先发生塑性变形，管壁胀粗， 管壁变薄，随后发生剪切断裂而爆破。爆破时，由 于介质对炽热的管壁产生激冷作用，在破口上往往 有相变的组织结构 。这种爆管就称为短期超温爆管。 短期超温爆管大多发生在水冷壁凝渣管上，特 别是水冷壁热负荷最高的地方，如燃烧带附近及喷 燃器附近的向火侧。 3 3 超温对过热器寿命的影响 对于低合金珠光体钢管来说 ，超过设计运行温 度，其组织稳定性及高温强度均会显著下降，即使 超温 5 1 0 c，都会大大缩短使用寿命， 用 “ 纳声米 立 ”公式测算： t i ( c + l g t 1 ) = t 2( c + l g t 2 ) 式中： c 一常数数值 2 3 ； t 1 、t 2 一运行温度和超温温度 k： 4 1 热偏差 因四角切圆燃烧残余旋转动量 ，燃烧调整不佳 ， 受热面积灰、结焦和腐蚀等造成了热力偏差 ，使过 热器超温过热。 4 2 燃烧工况不稳 如炉膛漏风大 ，燃烧过剩空气量过大 ，以及煤 粉过粗等均会造成炉膛出口烟温上升 ，而使过热器 处烟温升高，使过热器超温过热。 4 3 燃烧调整不当 燃烧调整不当，火焰偏斜或过长，使部分过热 器长时间超温。 4 4 化学监督不严 化学监督不严使过热蒸汽品质不佳 ，造成过热 器管内结垢 ，使过热器过热而损坏 。 4 5 锅炉启停过程中对过热器保护不够 锅 炉启停 过程中如 果对过热 器没有 很好 的保 护，低负荷时减温水量过多，使 u型管水塞，也会 造成局部管子过热 。 另外，在启动过程 中，流经过热 器的蒸汽流量 很小，另一方面，由于水压试验后 留在过热器管中 的水排不 出去，一时又难以蒸发完 ，在启动过程中 如果升压速度控制不好 ，升压过快 ，就很容易造成 过热器短时间超温过热 ，特别是处于高温半辐射区 的前屏。 4 6 没有足够的吹灰器 bg - 4 1 0 1 1 0 0 m 型锅炉原设计在炉膛水冷壁 四面 墙上装设了 1 2只短伸缩式吹灰器，在水平烟道过热 器区域装设了 3 6只长伸缩式吹灰器，但因各种原因 未投入使用，使受热面结焦 、积灰严重 ，导致炉膛 吸热量大大减少 ，炉膛 出口烟温升高，使过热器传 热强化 ，并使过热器管壁超温 。 维普资讯 8 4 1 0 t h锅炉过热器超温爆管原因分析及预防措施 5 总结 图 1 锅炉过热器超温爆管原因归类分析 以上因素并不是单一作用的，而是错综复杂相 互作用造成过热器过热超温。如炉内受热面积灰、 结焦后，由于其导热系数很低，热阻很大，水冷壁 的传热能力会降低 3 0 “ - 6 0 ，使得炉内火焰中心上 移，炉膛出口烟温相应提高。由于炉膛出口烟温升 高，使飞灰易粘结在对流和屏式过热器上，引起过 热器的沾污和腐蚀，使传热恶化。由于总的传热阻 力增大，会使锅炉可能无法维持在满负荷下运行， 只好增加燃料量，引起炉膛出口烟温进一步升高， 使灰渣更容易粘在受热面上，形成恶性循环，导致 过热器管吸热不均，造成热偏差，使过热器超温过 热。另外，烟温升高还会导致过热汽温偏高，使过 热器管子处在超温运行状态。 5 1 防止超温过热措施 5 i i 减少炉底漏风 ，校调燃烧器位置，防止燃烧 维普资讯 4 1 0 t h 锅炉过热器超温爆管原因分析及预防措施 9 火焰中心上移 我厂分别于 1 9 9 3年 8月和 1 9 9 4年 6月在大修 中，将锅炉原水分除渣 系统改装为捞渣机系统 。该 系统在运行 中关断门全部开启插入上槽体 内水 中， 保证 了炉底不漏风，有效降低 了炉膛 出口烟温 ，防 止了过热器在超温状态下运行 。 在每次大修中，对喷燃器 口进行检查和测试 ， 通过作冷态空气动力场试验 ，调平一、二次风 ，更 换 改造烧损变形的喷燃器，使炉内具有合理的空气 动力工况，确保 了热态锅炉的正常安全运行 。 5 1 2 使用合理 的吹灰装置和吹灰间隔，防止积 灰 、结渣 我厂于 1 9 9 6 年 8月的 2 号炉大修中， 在省煤气 和过热器各安装了 4台旋笛式声波吹灰器 。在声波 吹灰器投运后，烟温有显著的下降，与大修前相比， 高过后烟温下降了 5 8 ，低过后下降 8 1 2 ， 而排烟温度与 1 9 9 5年同期相 比下降了 4 ，有效的 防止 了过热器在超温状态下运行。 5 1 3 改进风粉监视系统，优化运行工况 风 粉监测 系统是 司炉调 整燃烧 的主 要参考依 据 。我厂于 1 9 9 7年初将一、二次风的静压测量管改 为动压测量管 ，从而可靠的确知一 、二次风进入炉 膛时的大小，为一、二次风的合理配 比提供 了科学、 客观、准确的技术参考依据，使锅炉燃烧工况大为 改观，极大地提高 了机组运行的安全经济性 。 5 2 生产运行和机组检修中的预防措施 5 2 1 运行中的预防措施 ( 1 )严格按运行规程的规定操作 ，认真执行有 关安全 的各项制度。要严格执行 电站锅炉水、汽 监督规程 ，保证进入锅炉的水质合格。锅炉运行中 汽水品质合格，可 以减少受热面结垢 ，防止传热恶 化导致 的超温过热 。当汽水品质恶化，危及设备安 全 时，要采取紧急措施 ，直至停炉 。锅炉启停应严 格按启停曲线进行，控制锅炉参数和各受热面 的管 壁温度在允许范围内，并严密监视，及时调整，防 止锅炉各参数大起大落 ，造成过热器超温过热。 ( 2 )加强锅炉运行监视、调整，确保锅炉正常 运行 。锅炉燃烧器应对称均匀的投入，保证火焰中 心适宜。注意控制好风量及一、二次风速 ，避免风 量过大或缺氧燃烧 。防止锅炉尾部再燃烧和过热器 超温 。严密监视锅炉蒸汽参数 、蒸发量，防止超温 超压。 加强对过热器管壁温度 的监测 ，实事求是做好 纪录 ，发现超温应及 时分析原因，并尽可能从运行 调整着手，解决超温过热问题。 加强对吹灰 的管理 ，应通过试验和观察来确定 锅炉受热面吹灰的周期。锅炉结渣时 ，应及 时进行 吹灰和清除。 加强运行管理，制定运行参数小指标竞赛管理 规定和奖罚制度 ，超温重罚。应该指出，加强运行 管理，严格奖惩制度是杜绝过热器超温爆管的有效 措施。 5 2 2 检修中的预防措施 检修主要是针对运行 中发现 的， 因设备本身 的 种种缺陷而造成 的超温 过热， 需进行设备 改造和更 换 已有球化现象的管子 。 经检查 ，过热器有经常超温纪录 的管子并及时 更换，对有下列情况之一者，也应予以更换。 ( 1 )碳钢和低合金钢管的壁厚减薄大于 3 0 ，或 剩余寿命小于 1 个大修期的间隔时间者 。 ( 2 ) 碳钢管胀粗超过 3 5 d 、 合金钢管超过 2 5 d时。 ( 3 )高温过热器表面氧化皮超过 0 6 m m 、且 晶 界氧化裂纹深度超过 3 5晶粒的。 ( 4 )石墨化四级的。 ( 5 )腐蚀点深度大于壁厚的 3 0 时，或表面裂 纹肉眼可见者。 检修中， 锅炉过热器管子更换后应作工作压力 下的水压试验或进行超水压试验 。 定期进行割管金相检查，对损坏或测不准的管 壁温度测点必须尽早修复，对出现球化的管子或运 行超过 1 0万