锅炉“四管”爆漏的原因分析

1/11锅炉“四管”爆漏的原因分析第一节超温爆管过热器和再热器是工质温度和金属温度最高的部件，受热面管材过热后管材金属温度超过许用的极限温度，内部组织发生变化，降低了许用应力，管子在内压力下产生塑性变形，最后导致过热爆管。假如某管子在540时可以持续工作100000H，那么，长期在550度下工作，它的寿命可能只有50000H,即寿命缩短一半。因此过热就意味着降低安全系数或减少寿命，所以应该严格控制蒸汽温度的上限。受热管过热胀粗爆漏按性质可分为长期过热、短期过热。1、长期过热管壁温度长期处于设计温度限值以上，超温幅度不大但超温时间较长。炉管发生碳化物球化,管壁氧化减薄,持久强度下降,蠕变速度加快,管径胀粗不十分明显,最后在最薄弱部位导致脆裂而爆破。长期过热爆管的爆口特征破口呈轴向长条状,破口边缘为锉边,断裂面粗糙不平整,破口处管壁厚度减簿较多,破口附近肉眼可见密集的平行于破口的纵向裂纹。2、短期过热2/11锅炉受热面管子在运行过程中，由于冷却条件恶化等原因，使部分管壁温度在短时间内突然上升，甚至达到钢管材料的临界点以上的温度,材料强度明显下降,在内压力作用下发生爆破。短期过热爆管爆破口的特征破口张开很大呈喇叭口状破口边缘锐利,破口两侧壁厚明显减薄破口断裂面较为光滑,呈撕裂状破口上下管段胀粗较大。一、超温原因1、燃料特性变化燃料特性的变化，主要是指煤中灰分、水分和挥发分的变化对过热汽温的影响。如灰分和水分增加，燃料发热量降低，则到达同样的负荷必须增加燃料消耗量，水分蒸发也使烟气容积增大，导致流经过热器的烟气流速增加，对流换热加强；同时灰分和水分增加还会使炉膛温度降低，炉膛辐射传热量减少，炉膛出门烟温增高。这些因素导致对流过热器的传热系数增大，吸热量增大，从而使出口汽温升高，尽管辐射过热器由于炉内辐射传热量减少而使出口汽温降低，但由于一般锅炉过热器系统以对流特性为主，最终的出口过热汽温还是升高了。灰分变化对锅炉汽温影响比较复杂。灰分增多会导致炉膛沾污严重，使得炉内吸热量下降，从而减少了辐射换热比例，假如过热器本身也因灰分增加而产生严重沾污，3/11影响对流吸热，则会使汽温下降；煤中挥发分降低、含碳量增加或煤粉变粗时，出于煤粉着火延迟，煤粉在炉内燃尽所需时间延长，导致火焰中心上移，炉膛辐射吸热份额减少，炉膛出口烟温升高，从而引起具有对流特性的过热和再热系统传热温压增加，出口汽温升高。2、火焰中心变化试验表明，炉内绝大部分可燃物是在炉膛中燃烧器标高附近燃烧的，此区域内火焰温度也最高，一般可认为炉内火焰温度最高点在燃烧器组中心位置附近，但出于燃烧器的结构型式、布置方式、配风方式、燃料性质等因素的变化，火焰温度最高点往往会偏离燃烧器组中心位置。1煤质变差或煤粉变粗时，炉内火焰拉长，火焰中心位置上移。2改变摆动式燃烧器的摆角会改变火焰中心位置。3当大容量锅炉采用多层燃烧器，最上层燃烧器和下层燃烧器之间的高度差很大时因为负荷变化或磨煤机投停等原因改变燃烧器的投运层次，火焰中心会随投运燃烧器组的中心高度而发生变化。4保持人炉总风量不变，改变燃烧器配风工况也会引起炉膛火焰中心位置改变如采用炉内高度方向上的分4/11级燃烧方式，形成炉脖下部缺氧燃烧，上部富氧燃烧，会使火焰长度增长，火焰中心上移。5送风机和引风机配合不当时，会导致炉膛负压发生变化，影响火焰中心位置。火焰中心上移时，炉内辐射吸热比例减少。对流式过热器和再热器的对流吸热份额增加，使出口汽温增加。23、炉膛设计高度偏低炉膛高度与火焰中心位置的关系为XH/H1X式中X火焰中心的相对位置；H自冷灰斗1/2处算起的燃烧器高度；H1自冷灰斗1/2处算起的炉膛出口的平均高度；X的附加值，对D420T/H的煤粉炉一般取X。由上式可知，当炉膛高度偏低，H1减小。H不变时，X即火焰中心的相对位置提高，从而提高了炉膛出口烟温，使飞灰软化，容易粘结在屏式过热器和对流过热器上，引起过热器的结渣，同时还会使过热器的热负荷升高，在管内工质吸热量不变时，引起管壁超温，引起爆管事故。74炉内过量空气系数变化当送风量和漏风量增加时，炉内过量空气系数增加，炉膛温度降低，炉膛水冷壁和布置在炉内的辐射式过热器5/11和再热器等辐射式受热而的吸热份额减少，从而使炉膛出门烟温升高，同时过量空气系数增大还使燃烧生成的烟气量增多。烟气流速增大，对流换热加强，使具有对流汽温特性的对流式过热器和再热器出口汽温升高。入炉空气量不足会产生燃料在炉内燃烧不完全而在烟道内燃烧的现象，称为二次燃烧。二次燃烧也会引起过热器出口汽温引高，并可能造成过热器超温破坏。当发生二次燃烧现象时。应立即进行调整，如调整无效，排烟温度高于250时，则应立即停炉，以防止由于空气预热器和引风机承受不了过高的排烟温度而发生破坏事故。锅炉运行中有时采用增加炉内过量空气系数的方法来提高汽温，但过大的过量空气系数会导致锅炉排烟损失大幅增加，从而使锅炉效率降低。25、给水温度变化给水温度变化时，加热给水所需热量变化。例如锅炉负荷不变，给水温度降低，则加热给水所需热量增加，如果入炉燃料量不变则蒸发量必然下降，而过热器吸热量基本不变，导致过热器出口汽温升高。为维持负荷，必须增加入炉燃料量，使炉内烟气量和炉膛出口烟温都提高，使对流式过热器和再热器出口蒸汽温度增加。辐射式过热器和再热器出口汽温受给水温度变化影响很小。对于一般锅炉，过热器和再热器总体呈对流汽温特6/11件，因此给水温度降低很多，可能会引起过热器超温，通常需采用降负荷保证过热器安全。高压加热器解列是造成电厂效率大幅降低的主要因素，也是造成给水温度下降的重要原因，高压加热器不投入会使给水温度下降100左右，使过热汽温增加达50。26、切向燃烧引起烟温偏差四角布置切圆燃烧方式的锅炉,在炉膛出口处存在着一定的残余气流旋转,使沿炉膛宽度方向的炉膛出口烟温和烟速分布存在一定偏差。燃烧器的布置方式,如各股气流的引入角度,一、二、三次风的动量比,气流切圆直径影响到气流的旋转强度,进而影响水平烟道的烟温分布,这些因素都使实际的受热面吸热产生了偏差。因此,烟气温度场和速度场的分布偏差是过热蒸汽器、再热蒸汽器管超温的重要原因。87、壁温测点温度失真由于表盘的受热面壁温运行监测点不能真实反映实际壁温状况,显示值低,使运行人员进行壁温调整失去依据而造成超温。这主要是由于测点位置的选择及安装方法不合适,使测点未装在最高壁温管上,且插入式的安装方法经常不能正确测出实际出口温度。8、锅炉受热面沾污结渣锅炉受热面沾污结渣降低炉内受热面的传热能力。7/11灰污在受热面上沉积后，因其导热系数很低，故热阻很大。一般污染数小时后水冷壁传热能力会降低3060。结渣引起炉内火焰中心向后推移，炉膛出口烟温相应升高，排烟热损失增大。由于炉膛出口烟温升高，导致过热汽温偏高。此外，飞灰易粘附在对流和屏式过热器上，引起过热器沾污和腐蚀。由于传热阻力增大，可能会使锅炉无法维持满负荷运行，只得增加投煤量，引起炉膛出口烟温进一步升高，使得灰渣更易粘附在受热面上，从而形成恶性循环，并诱发一系列恶性锅炉事故，如过热器、省煤器管束堵灰、爆管，出渣系统堵死等。109、选材余度不够过热器的受热面一般布置在炉膛出口，长期受高温烟气的冲刷，是锅炉受热面中温度最高的地方。因此需要选用耐高温、耐高压的钢材。但在设计中选择钢材时，考虑材料和经济性的问题，其温度的安全余度不会很大。如果在运行中，由于运行工况不稳定或调节不当，使钢材工作温度超过许用温度，将引起钢材热强度、热稳定性下降，材质恶化，导致受热面恶化，发生爆管事故。10、受热面偏多，蒸汽质量流速偏低过热器和再热器的蒸汽质量流速应考虑蒸汽对管壁的冷却能力和蒸气在管内流动引起的压降损失两个因素，8/11蒸汽质量流速越高，流动压力降越大。质量流速越小，则流动压力降越小，使工质带走的热量减少，管壁得不到有效的冷却，导致超温爆管。为了保证机组的热效率，整个过热器的压力降应不超过其工作压力的10。11、结构设计原因造成的热偏差管组进、出口集箱的引入、引出方式布置不当，使蒸汽在集箱中流动时静压变化过大而造成较大的流量偏差。静压差小的管内流量小，冷却不足，管壁超温爆管。对于蒸汽进口集箱的并联管组，在进入管三通处形成局部涡流，使得该涡流区附近管组的流量较小，引起较大流量偏差。12、锅炉四管有成千上万个焊口，制造安装和检修中，如果出现管内异物阻塞等，会造成工质流动不畅、短路和断路等情况，引起受热面超温。13、升负荷速率过快升负荷速率过快也是过热器和再热器超温爆管的原因之一。由于在升负荷过程中，为了达到相同的产汽负荷，投入的燃料量总是过剩的，因此各级过热器的管壁温度要高于稳定后的数值。这个过程起初壁温逐渐升高，待达到最高值后又逐渐降低，最后又稳定下来。升负荷速率越高，升负荷过程中的壁温峰值也就越大。从壁温安全来看，低负荷时候压力也低，工质汽化潜热大，相同热量输入下产汽量更少，因此初始负荷低时，9/11允许的升负荷速率也低，即壁温峰值超出稳定值更大些；初始负荷高时，允许的升负荷速率也高。三、解决高温受热面超温问题的对策1、削弱残余气流旋转削弱残余气流旋转主要有以下方法1、通过改变燃烧器气流引入方向,减小实际切圆直径,尽量接近设计工况2、锅炉一、二次风匹配合理,保证一定的动量比,以组织良好的炉内空气动力场3、应用反切技术对燃烧器做适当改造,以消除残余气流旋转。2、注意减少三通区域内涡流的影响和同屏间的热偏差1、掌握由集箱三通区域内涡流引起的屏间流量偏差和同屏热偏差的准确计算方法,设计上要避免使烟温偏差与三通区域内涡流两种偏差叠加在一片再热器上。2、在后屏及高温过热器各管排入口管加装节流孔板,调整各管间的流量分配,使各管壁温偏差减小,缓解过热器的超温通过严密的计算,在再热器管屏中的低温段考虑加装节流孔板,减少蒸汽流量,增加其它管屏流量,从而达到高温管屏降温的目的。作为辅助措施,可在高温段涂上保温材料。10/113、壁温测量尽量准确壁温测点选择合适及在可能超温的地方加装必要的测点,将测点装在实际最高壁温的管子上,改进安装方法,使热电偶的接点能可靠地与管壁接触尽量推广和应用锅炉四管泄漏的在线检测技术。4、做好运行调整工作1、做好燃烧调整工作,保持合适的炉膛火焰中心,防止火焰偏斜。对超温严重的锅炉进行针对性较强的燃烧调整试验,调整好锅炉燃烧的配风及火焰中心高度,找出合理的运行方式,缓解超温问题。2、运行中控制好机组起停、磨煤机升降负荷的调节速度,避免变化速度过快造成的超温保持受热面内外的清洁减少因空气预热器和炉膛本体漏风引起的超温。3、控制好炉膛出口烟温和管内蒸汽温度不超温并及时投入减温装置。8第二节腐蚀腐蚀是导致受热面失效、爆管、引起火力发电厂事故停机的主要原因之一。锅炉受热面腐蚀根据腐蚀部位和环境不同可分为水汽侧腐蚀和烟气侧腐蚀两大类，下面将分别介绍这两大类腐蚀的类型、形态、原因、部位及机理1