1165 t／h电站锅炉水冷壁爆管原因分析.pdf

2 0 1 0年 1 2月 第 3 8卷 第 6 期 ( 总第 2 1 1 期 ) De c 2 0 1 0 Vo 1 3 8 No 6 ( S e r No 2 11 ) 1 1 6 5 t h电站锅炉水冷壁爆管原因分析 Ca u s e An a l y s i s o f Wa t e r F a l l Tu b e Bu r s t i n 1 1 6 5 t h B o i l e r i n P o we r S t a t i o n 李春 华 ， 黄 晶。 ( 1 吉林省电力有限公司电力科学研究院， 长春 1 3 0 0 2 1 ； 2 吉林供电公司， 吉林 吉林 1 3 2 0 0 1 ) 摘 要 ： 通过现场检查和金相试验 ， 对一起 1 1 6 5 t h电站锅炉水冷壁爆管进行原 因分析 。由于燃烧器的喷 口结构 设计不够完善 ， 小油枪气 化气流在喷 口处产生强烈的热回流 ， 造成喷 口温度过 高， 使喷 口过热变形、 损坏 ， 喷 口处的 水冷壁管直接受到高温火焰持续加热 ， 最终导致爆 管发生 。 提出 了运行中要 加强运行控制调整 、 燃烧器选用的合金 钢材料、 在喷燃器出 口区域 的水冷壁管上加装 护瓦等预 防措施 ， 防止小油枪投入时水冷壁管直接接触高温火焰。 关键词 ： 水冷壁 ； 爆管 ； 小油枪 ； 事故分析 中图分类号： TK2 2 3 3 1 文献标 志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 5 3 0 6 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 3 0 0 2 水 冷壁 是大 型电站 锅炉 的重要 组成 部分 ， 介质 从 下联箱 通过 水 冷壁 管加 热 后 ， 通过 上 联箱 最后 进 入汽 包 ， 形成 自然循 环 的回路 。在这一 循环过程 中 ， 水冷 壁管 内的介 质 主要通 过 炉膛 内部 的火焰 加 热 。 水冷 壁管是锅 炉 内承 受热 负荷高 的区域 也是最 容易 发生 失效 的部件 。 本 文对一起 1 1 6 5 t h电站锅 炉 由 于 小 油 枪 投 入 不 当 引 起 的 水 冷 壁 爆 管 进 行 原 因 分析 。 1 事件经过及设备概况 2 0 0 9年 6月 4日 0 0 ： 3 3 ： l 5 ， 某 电厂 H( 一 1 1 6 5 1 7 5 - HM3型 锅炉 因水 冷壁 管 泄漏 报 警 后停 炉 ， 锅 炉 累计运行 6 l l h 。 该 炉为 型布置 、 膜式水 冷壁结 构 ， 燃 用 次 烟 煤 掺 混 褐 煤 ， 采 用 热 炉 烟 + 热 风 + 冷 风 +再循 环送 粉系统 。 燃烧器 采用直 流燃烧 器 、 四 角切 圆燃烧 方式 。锅炉最 大连续 出力 1 1 6 5 t h， 过 热蒸 汽压力 1 7 5 0 MP a ， 过热 蒸汽 温度 5 4 0 C， 给水 温度 2 7 9 2 C。 锅炉 的汽水循 环 系统包 括锅筒 、 大直 径下 降管 、 水 冷壁管 、 引入 管和 引出管 。水 冷壁 为 内 螺纹管， 材质为 2 0 G， 规格 声 6 3 5 mm7 0 mm。事 故前 机组 运行 状态 ： 负 荷 2 2 0 Mw ， A、 B、 C、 D、 E制 粉 系 统 运 行 ， A、 B 汽 泵 运 行 ， 主 蒸 汽 压 力 1 6 4 4 MP a ， 主蒸 汽 流量 7 5 5 t h ， 汽包水 位 7 4 mm， 除氧器水位l 8 1 5 mm， 凝汽器水位 4 2 9 mm。 2 现场检查及试验 为 了分 析爆 管原 因 ， 确定爆 管性 质 ， 对爆 破水冷 壁管进行了现场检查和取样， 并进行了宏观分析、 金 相试 验 。 爆 口位置 位于 l号炉 2 号 角燃烧 器 A 层小 油枪 出 口处 ( 标高 2 3 m) ， 左侧内数第 2根水冷壁 管 。 爆 口位 于向火侧 ， 开 口很大 ， 呈 喇 叭状 ， 爆 口边缘 减薄 明显 ， 为短 期过 热爆 口， 水冷 壁管爆 口宏观形 貌 见 图 1 图 1 水冷 壁 罾爆 口宏 观 形 貌 对 邻近 管壁厚 度情况 进行 检查 ， 燃 烧器 A 层小 油枪喷 口处水冷壁厚度平均值为 7 3 mm， 最小值 6 8 mm， 可排 除管壁磨 损原 因 。 在 I E C O3 0 0大型显微镜下进行金相分析， 爆 管 向火侧 金相组织铁 素体 +珠光体 +魏 氏体 ( 少 量) ， 晶粒度 5 0级 ， 球化级别 3级( 见图 2 ) ； 爆管背 收 稿 日期 ： 2 0 1 0 l 0 1 0 作者简介 ： 李 青 、 华( 1 9 5 6 一 ) ， 男， 工程师 ， 从事火力发 电厂金属材料试验研 究工作 。 3 0 2 0 1 0年 1 2月 第 3 8卷 第 6期 ( 总 第 2 1 1 期 ) De c 2 0 1 0 Vo I 3 8 No 6 ( Se r No 2 11 ) 火侧 金相组 织铁 素体 +珠光 体 ， 晶粒度 6 3 级 ， 球 化 级别 2级 ( 见 图 3 ) 。 图 2向 火 侧 金 相 组 织 图 3背 火侧 金 相组 织 爆 口位 于 1号 炉 2号 角 燃烧 器 A 层 小 油 枪 出 口处 ( 标高 2 3 m) ， 紧邻燃烧器出口。对燃烧器内部 检 查 ， 发 现 小 油 枪 出 口 正 对 面 隔 热 护 板 ( 材 质 ： C r 2 5 Ni 1 4 S i 2 ) 被 高 温局 部 熔 化 ， 铁 水熔 化 物 落 于风 道下方 ， 熔 化部位 距喷 口出 口处约 5 0 0 mm。通 过熔 化 部 位 反 推 ， 热 源 正 位 于对 面 的 汽 化 小 油 枪 喷 口 位置 。 3 事故原 因分析 通 过宏 观 和金 相 分析 ， 水 冷 壁管 宏 观爆 口具有 短 时过 热特 征 ， 向火 侧金 相 组织 中有 由于过 热 引起 的魏 氏体 ， 背 火侧 为正常 的组织 。 当管壁温 度 突然升 高 ， 温度 达到 相变点 以上 时 ， 短 时 间内金属 的抗 拉强 度 会急剧 下降 ， 管子 在 内部 介质 压力作 用下 ， 温度 最 高的 向火 侧首 先产生 塑性 变形 ， 使管径 逐渐 变粗 ， 管 壁变 薄 ， 随后 产 生剪切 断裂 而爆破 。 此次 水冷 壁爆 管 为短时过热引起 ， 重点分析产生短时过热 的原因。 经调 阅分散控 制系 统 D C S历 史 曲线 ， 事故发 生 前锅炉 因处理 凝结水 缺 陷 ， 导致 燃烧 不稳 ， 在 0 ： 3 0 ： 1 9依次投入 A层 c层小油枪 ， 而锅炉四管报警在 0 ： 3 3 ： 1 5发 出 ， 初步怀 疑爆 管与小 油枪投 入有关 。 气 化小 油枪 的 工作 原理 ： 先 利 用压 缩 空气 的高 速射 流 将燃料油直接击碎 ， 雾化成超细油滴进行燃烧， 同时 用 燃烧 产 生 的热量 对 燃 料进 行 初期 加 热 ， 扩容 后继 续 加热 ， 在极短 的 时间 内完 成油滴 的蒸 发气 化 ， 使 油 枪 在正 常燃 烧 过程 中直接 燃烧 气 体 燃料 ， 从 而 大大 提高燃烧效率及火焰温度。气化燃烧后的火焰 中心 温度 高达 1 5 O O 2 0 0 0 C， 刚 性 极强 ， 其 传播 速 度 超过声 速 。通过 分析小 油枪 的工作 原理 可知 ， 在 一 、 二次 风速 与 气化 油 枪火 焰 调整 正 常情 况 下 ， 燃 烧 器 壁 温不 会 超过 4 5 0 C， 燃 烧 器 喷 口隔热 护 板不 会熔 化 ； 而 如果 在 一次 风 速不 足 时 ， 喷 口护 板 冷却 不够 ， 小 油枪 火焰 中心 的温 度 ， 足 以熔 化燃 烧 器 喷 口隔热 护板 。 在燃 烧器 喷 口处 发现 了隔热 护板熔 化物 ， 证 明 当时燃烧 器燃烧 不正 常 。 由于燃 烧器 的喷 口结 构设 计不 够 完善 ， 油枪 气 化气 流 在 喷 口处 产 生强 烈 的热 回流造成喷 口温度过高， 使喷 口过热变形、 损坏 ， 在 投入 小 油枪 3 mi n后 ， 喷 口处 的水 冷壁 管 短 时过 热 爆 管 。 4 防范措施 一 次 风 速太 小 ， 会 造成 煤 粉着 火 距 离喷 燃 口太 近 ， 在 运 行 中 ， 一 次 风 总风 压 过低 ， 就 可 能造 成着 火 距离 太 近 ， 从 而 引起 燃烧 器 喷 口的过 热 变形 直至 损 坏 。二 次风 风 速 太低 也 会 造成 着 火 距 离太 近 ， 造 成 燃烧器喷 口的损坏 。煤种发生变化 ， 煤质变好， 挥发 分提高后 ， 一次风喷口的煤粉着火距离变近 ， 运行人 员 如不 能及 时 调 整好 一次 风 和 二次 风 ， 以适 应 煤 种 的变 化 ， 会 造成 燃烧 器损坏 。低 负荷运 行 时 ， 上层 一 次风 喷 口冷 却不 够 ， 未 投用 的一次 风喷 嘴 ， 护板 几乎 处于干烧状态 ， 得不到足够冷却 ， 从而造成燃烧器的 过 热 、 变形直 至损 坏 。运