宋衛(wèi)娜

中國(guó)水利電力物資有限公司，北京 西城 100045

1. 設(shè)備概況

托電二期鍋爐型號(hào)為B&WB-2028/17.5-M。該鍋爐為亞臨界壓力，一次再熱，單爐膛平衡通風(fēng)，自然循環(huán)，單鍋筒鍋爐，設(shè)計(jì)燃料為煙煤，采用中速磨正壓直吹制粉系統(tǒng)，前后墻對(duì)沖燃燒方式，并配置低氮雙調(diào)峰旋流燃燒器，前后墻各分三層布置，每層6臺(tái)，共計(jì)36臺(tái)。爐膛深度為17400mm，寬度為20100mm，尾部設(shè)置分煙道，采用煙氣分流擋板調(diào)節(jié)再熱器出口溫度。鍋爐本體采用緊身封閉裝置，固態(tài)連續(xù)排渣。在尾部豎井下設(shè)置兩臺(tái)三分倉(cāng)容克式空氣預(yù)熱器。

設(shè)計(jì)參數(shù)如下: 鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(B-MCR):2028t/h；過(guò)熱器出口蒸汽壓力：17.5MPa，出口蒸汽溫度：541℃；再熱器蒸汽流量：1717.3t/h，進(jìn)口蒸汽壓力：3.992MPa，出口蒸汽壓力：3.832MPa，進(jìn)口蒸汽溫度：330℃，出口蒸汽溫度：541℃；省煤器進(jìn)口給水溫度：282.1℃；高加進(jìn)口減溫水溫度：187℃；噴水溫度：187℃；鍋筒設(shè)計(jì)壓力：19.8MPa；省煤器設(shè)計(jì)壓力：20.2MPa；再熱器設(shè)計(jì)壓力：5.0MPa；鍋爐效率：93.43%。

2. 托電二期鍋爐給水循環(huán)流程及高溫受熱面主要用鋼情況

2.1 鍋爐給水及再熱蒸汽循環(huán)流程

鍋爐給水由給水管道從鍋爐左側(cè)引入省煤器下集箱，經(jīng)水平管組、懸吊管進(jìn)入省煤器前后上集箱，通過(guò)左右兩根導(dǎo)管引入鍋筒。鍋水由4根大直徑下降管引到標(biāo)高7m的水冷壁下集箱位置，經(jīng)118根供水管分配到每個(gè)水冷壁下集箱。通過(guò)水冷壁管加熱成為汽水混合物后進(jìn)入水冷壁上集箱，再由184根引出管導(dǎo)入鍋筒內(nèi)前后隔倉(cāng)并分配到每個(gè)旋風(fēng)分離器。鍋筒頂部引出的飽和蒸汽分兩路進(jìn)入過(guò)熱器，其中一路流至尾部豎井包墻，然后分四路流經(jīng)整個(gè)尾部豎井，匯集到二個(gè)一級(jí)過(guò)熱器進(jìn)口集箱后，從一級(jí)過(guò)熱器出口集箱經(jīng)左右兩根導(dǎo)管進(jìn)入一級(jí)噴水減溫器，再由兩根導(dǎo)管引入屏式過(guò)熱器進(jìn)口集箱，經(jīng)屏式過(guò)熱器受熱面管子匯集到屏式過(guò)熱器出口集箱。屏式過(guò)熱器出口集箱與二級(jí)過(guò)熱器進(jìn)口集箱由兩根管道相連，并在管道上設(shè)置二級(jí)噴水減溫器。該管道布置使蒸汽沿爐寬左右交叉，經(jīng)交叉和減溫后的蒸汽進(jìn)入二級(jí)過(guò)熱器進(jìn)口集箱。由34根分集箱將蒸汽引進(jìn)二過(guò)入口管組，然后再通過(guò)33根分集箱導(dǎo)入二過(guò)出口管組，最后主蒸氣匯集到過(guò)熱器出口集箱，由集箱中部等徑三通引出，經(jīng)過(guò)90°彎頭，再引至主蒸汽管道。

再熱蒸汽流程為：從高壓缸排出的蒸汽由單根再熱蒸汽管道左側(cè)引入再熱器進(jìn)口集箱，先通過(guò)布置在尾部豎井前部的3個(gè)水平管組，后經(jīng)過(guò)渡管組進(jìn)入垂直管組，匯集到再熱器出口集箱后，由左端引出與再熱蒸汽管道延伸段相接。

2.2 鍋爐高溫受熱面主要用鋼情況

托電二期鍋爐高溫受熱面主要用鋼情況及管子數(shù)量如下：屏式過(guò)熱器從前至后共計(jì)34根管子，二級(jí)過(guò)熱器進(jìn)口管組從前至后共計(jì)36根管子，二級(jí)過(guò)熱器出口管組從前至后共計(jì)20根管子，再熱器出口管組從前至后（頂棚以下部分）共計(jì)36根。

主要用鋼材質(zhì)為SA-213T91、12Cr1MoVG及15CrMoG。

3. 鍋爐受熱面管主要事故類型

3.1 高溫、應(yīng)力對(duì)金屬材料的影響

溫度是影響鋼材安全運(yùn)行的主要因素。隨著溫度升高，同一種鋼材的力學(xué)性能將顯著降低。也就是說(shuō)在設(shè)計(jì)溫度下可以滿足正常運(yùn)行的管子，隨運(yùn)行溫度升高，其抗拉強(qiáng)度將下降，此時(shí)管子的壁厚就可能無(wú)法承受應(yīng)力作用而發(fā)生爆管。另一方面溫度升高將加速金屬內(nèi)部組織的變化過(guò)程，進(jìn)一步使金屬?gòu)?qiáng)度下降，所以在運(yùn)行過(guò)程中要避免超溫現(xiàn)象的發(fā)生。

應(yīng)力主要來(lái)自管子內(nèi)部介質(zhì)的作用力，如果在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)超壓現(xiàn)象，就會(huì)增加管子所承受的應(yīng)力。這樣，原來(lái)設(shè)計(jì)的可以安全運(yùn)行的管子就會(huì)無(wú)法滿足需要。另一方面應(yīng)力也可能來(lái)自于外界，比如管子焊接過(guò)程中的錯(cuò)口、強(qiáng)制對(duì)口等都可能增加管子承受的應(yīng)力，所以在檢修過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格避免錯(cuò)口、強(qiáng)制對(duì)口等現(xiàn)象，同時(shí)要避免超壓運(yùn)行。

3.2 鍋爐受熱面管常見(jiàn)的事故類型

1）長(zhǎng)期超溫爆管，這是指運(yùn)行中由于某種原因使金屬管壁超過(guò)了額定溫度，雖然超溫幅度不大（一般為20～50℃），但時(shí)間較長(zhǎng)。鋼材長(zhǎng)期在高溫和應(yīng)力作用下，產(chǎn)生了碳化物球化、碳化物沿晶界聚集長(zhǎng)大等組織變化，在晶界上線產(chǎn)生微裂紋，當(dāng)這些裂紋擴(kuò)展甚至連續(xù)起來(lái)承受不了管子內(nèi)介質(zhì)的壓力，就發(fā)生了爆破。過(guò)熱器管子爆破事故約有70%是由長(zhǎng)期而引起的。

2）短期超溫爆管，鍋爐受熱面管子在運(yùn)行過(guò)程中由于冷卻條件的惡化，部分管壁溫度短時(shí)間內(nèi)突然上升，使管子的向火側(cè)產(chǎn)生塑性變形，管徑脹粗，管壁減薄而發(fā)生爆管。

圖1 長(zhǎng)期超溫爆管

圖2 短時(shí)超溫爆管

3）材質(zhì)不良引起的爆管主要分幾種：一、錯(cuò)用材質(zhì)引起的爆管，主要是由于應(yīng)該使用高級(jí)別材質(zhì)的部位錯(cuò)用了低級(jí)別的材質(zhì)，從而引起了長(zhǎng)期或短期超溫爆管，防止此類事故主要是管子使用前必須經(jīng)光譜復(fù)檢。二、使用有缺陷的管子引起的爆管，是由于管子在制造過(guò)程中可能有裂紋，折疊、夾雜等缺陷，在高溫狀態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)行后這些缺陷處就會(huì)產(chǎn)生裂紋，最后導(dǎo)致爆管，使用前必須對(duì)管子表面進(jìn)行仔細(xì)的檢查。三、磨損引起的爆管，主要包括煙氣磨損、飛灰磨損、蒸汽吹損等。磨損引起的爆管所有受熱面均有可能發(fā)生。

4. 受熱面超溫原因分析

4.1 燃燒引起的溫度場(chǎng)偏差

煙氣溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)偏差是過(guò)熱器、再熱器管超溫的重要原因，氣流的引入角度，一、二次風(fēng)的動(dòng)量比，氣流切圓直徑均會(huì)影響氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，從而影響水平煙道的煙溫分布導(dǎo)致受熱面吸熱程度產(chǎn)生偏差。托電二期鍋爐的燃燒器配置為前后墻對(duì)沖，由于磨的運(yùn)行方式，風(fēng)、煤的配比、燃燒器旋流強(qiáng)度等不同原因在沿爐膛寬度方向上產(chǎn)生煙溫及煙速的偏差，一般小于切園燃燒鍋爐的溫度場(chǎng)偏差。

4.2 同屏各管的吸熱偏差

過(guò)熱器、再熱器同屏管間，同一屏中的管子進(jìn)、出口汽溫偏差較大；同屏不同排的管子受爐膛及屏前煙氣輻射的角度、系數(shù)不同，管子吸熱偏差較大。一般來(lái)說(shuō)，外管圈比內(nèi)管圈吸熱多偏差大，容易發(fā)生超溫爆管。

4.3 壁溫測(cè)點(diǎn)溫度失真

如測(cè)點(diǎn)位置的選擇及安裝方法不當(dāng)，使測(cè)點(diǎn)未裝在最高壁溫管上，則表盤(pán)的受熱面壁溫運(yùn)行監(jiān)測(cè)將低于實(shí)際壁溫，造成運(yùn)行人員的調(diào)整失誤，人為引發(fā)超溫。

4.4 運(yùn)行工況變化

運(yùn)行中由于燃燒調(diào)整不當(dāng)，不能及時(shí)調(diào)整各層燃燒器配風(fēng)，造成火焰中心上移或燃燒偏斜，從而加長(zhǎng)煤粉燃燒行程，使?fàn)t膛出口煙溫升高。

5. 解決高溫受熱面超溫問(wèn)題的對(duì)策

5.1 鍋爐一、二次風(fēng)匹配合理

一、二次風(fēng)配合應(yīng)根據(jù)煤的揮發(fā)及時(shí)調(diào)整，二次風(fēng)的混入應(yīng)根據(jù)燃料參數(shù)按燃燒區(qū)域的需要適時(shí)送入，以組織良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)，做到不缺氧，又不降低火焰溫度，保證著火穩(wěn)定和燃燒完全。如煤的揮發(fā)分較低，應(yīng)用較高溫度熱風(fēng)送粉，以利于煤粉著火，穩(wěn)定燃燒；如揮發(fā)分較高，不用較高溫度送粉，則可能使煤粉著火提前；火焰中心偏移，應(yīng)該提高風(fēng)速，使著火點(diǎn)推遲，稍降送粉風(fēng)溫。煤粉著火點(diǎn)的遲早應(yīng)重點(diǎn)掌握，過(guò)早則燒噴嘴，過(guò)遲致使火焰中心上移，使?fàn)t膛上部結(jié)焦，汽溫升高。做好燃燒調(diào)整工作，保持合適的爐膛火焰中心。

5.2 選擇準(zhǔn)確壁溫測(cè)點(diǎn)

通過(guò)多次測(cè)試，選擇壁溫最高的管子及可能超溫的地方加裝測(cè)點(diǎn)，在安裝過(guò)程中，盡量使熱電偶接點(diǎn)與管壁接觸。

5.3 做好運(yùn)行調(diào)整工作

定期對(duì)出現(xiàn)超溫現(xiàn)象的鍋爐進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)，通過(guò)調(diào)整燃燒配風(fēng)比及火焰中心，緩解超溫問(wèn)題；運(yùn)行中注意控制機(jī)組啟停、磨煤機(jī)升降負(fù)荷的速度，避免變化過(guò)快造成的超溫；保持受熱面內(nèi)外的清潔，降低因結(jié)渣、結(jié)垢引發(fā)的超溫；控制空氣預(yù)熱器和爐膛本體的漏風(fēng)率，縮短燃燒過(guò)程，降低爐膛出口煙溫及煙氣量。

6. 結(jié)束語(yǔ)

鍋爐受熱面超溫的類型雖然相對(duì)簡(jiǎn)單，但其發(fā)生原因則是多種因素累計(jì)的結(jié)果。我們?cè)谔幚韱?wèn)題時(shí)需分別對(duì)待，找出主要原因，采取合理的措施。

[1]姜求志，王金瑞．火力發(fā)電廠金屬材料手冊(cè)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2001.4