任 彬

（廣州發(fā)展電力集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510623）

國(guó)產(chǎn)電站鍋爐煤粉燃燒器采用四角布置、切向燃燒、擺動(dòng)式、一體式的比較多；燃燒器有箱殼，其作用主要是將燃燒器的各個(gè)噴嘴固定在需要的位置，并將來(lái)自大風(fēng)箱的二次風(fēng)通過(guò)噴嘴送入爐膛；箱殼也是噴嘴擺動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的基座。整個(gè)燃燒器與鍋爐的連接是通過(guò)箱殼與水冷套的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于水冷壁管溫度與箱殼內(nèi)的熱風(fēng)溫度不等，尤其是在升爐和停爐過(guò)程中各自的溫度變化差異較大，在箱殼與水冷壁之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移。為了避免應(yīng)力過(guò)大，造成水冷壁管和箱殼損壞，安裝時(shí)只有連接法蘭中部的螺栓是完全緊固的，上部與下部的連接螺栓均需保留有1/4～1/2 圈的松弛，燃燒器法蘭上的這部份螺孔又做成長(zhǎng)圓孔，允許箱殼與水冷套之間有一定的脹差。盡管如此，由于種種原因，燃燒器箱殼與水冷套的焊接焊縫仍會(huì)因應(yīng)力過(guò)大產(chǎn)生裂紋，撕裂水冷壁管，出現(xiàn)泄漏，造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)。

圖1 燃燒器二次風(fēng)箱箱殼與水冷壁套連接法蘭

1 概 述

1.1 某電廠兩臺(tái)600 MW鍋爐及其爐膛概況

某電廠兩臺(tái)600 MW鍋爐是超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，是單爐膛，采用一次中間再熱、四角切圓燃燒方式，平衡通風(fēng)，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)Π型露天布置，固態(tài)排渣。爐膛寬度18 816 mm，爐膛深度17 696 mm，水冷壁下集箱標(biāo)高為8 300 mm，爐頂管中心標(biāo)高為72 350 mm，大板梁底標(biāo)高79 650 mm。鍋爐爐頂采用全密封結(jié)構(gòu)，并設(shè)有大罩殼。爐膛由膜式壁組成。爐底冷灰斗角度為55°，從爐膛冷灰斗進(jìn)口（標(biāo)高8 300 mm）到標(biāo)高50 170 mm處爐膛四周采用螺旋管圈，管子規(guī)格為Φ38 mm，節(jié)距為54 mm，傾角為13.949 8°。在此上方為垂直管圈，管子規(guī)格為Φ35 mm，節(jié)距為56 mm。螺旋管與垂直管的過(guò)渡采用中間混合集箱。鍋爐主要參數(shù)如表1所示。

表1 MW鍋爐主要工作參數(shù)

1.2 某電廠兩臺(tái)600 MW鍋爐燃燒器概況

該廠兩臺(tái)600 MW鍋爐燃燒系統(tǒng)采用中速磨冷一次風(fēng)機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)。配有6臺(tái)HP1003型中速磨煤機(jī)，布置在爐前，五臺(tái)磨煤機(jī)可帶BMCR負(fù)荷，一臺(tái)備用。24只直流式燃燒器分6層布置于爐膛下部四角，煤粉和空氣從四角送入，在爐膛中呈切圓方式燃燒。最上層燃燒器噴口中心標(biāo)高為34 919 mm，距分隔屏底部距離為20 931 mm。最下層燃燒器噴口中心標(biāo)高為25 459 mm，至冷灰斗轉(zhuǎn)角距離為5 147 mm。在主燃燒器和爐膛出口之間標(biāo)高44 099 mm處布置有1組SOFA燃燒器噴嘴（距最上層燃燒器噴口中心9 180 mm）。每角燃燒器風(fēng)箱中設(shè)有三層啟動(dòng)及助燃油槍?zhuān)⒃谧钕聦尤紵魃涎b有等離子點(diǎn)火裝置。

燃燒器主風(fēng)箱設(shè)有6層強(qiáng)化著火煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有燃料風(fēng)（周界風(fēng)）。在每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置有1層輔助風(fēng)噴嘴，其中包括上下2只偏置的CFS噴嘴，1只直吹風(fēng)噴嘴。在主風(fēng)箱上部設(shè)有2層CCOFA（Closed-coupled OFA，緊湊燃盡風(fēng)）噴嘴，在主風(fēng)箱下部設(shè)有l(wèi)層UFA（Underfire Air，火下風(fēng)）噴嘴。

在主風(fēng)箱上部布置有SOFA（Separated OFA，分離燃盡風(fēng)）燃燒器，包括5層可水平擺動(dòng)的分離燃盡風(fēng)（SOFA）噴嘴。連同煤粉噴嘴的周界風(fēng)，每角主燃燒器和SOFA燃燒器各有二次風(fēng)擋板25組，均由氣動(dòng)執(zhí)行器單獨(dú)操作。為滿足鍋爐汽溫調(diào)節(jié)的需要，主燃燒器噴嘴采用擺動(dòng)結(jié)構(gòu)，由內(nèi)外連桿組成一個(gè)擺動(dòng)系統(tǒng)，由一臺(tái)氣動(dòng)執(zhí)行器集中帶動(dòng)作上下擺動(dòng)。SOFA燃燒器同樣由一臺(tái)氣動(dòng)執(zhí)行器集中帶動(dòng)作上下擺動(dòng)。上述氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均采用進(jìn)口的直行程結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，控制簡(jiǎn)單，能適應(yīng)頻繁調(diào)節(jié)。

在燃燒器二次風(fēng)室中配置了三層共12只輕油槍?zhuān)捎脵C(jī)械霧化，燃油容量按20%MCR負(fù)荷設(shè)計(jì)。點(diǎn)火裝置采用DLZ - 200 -Ⅵ型等離子點(diǎn)火裝置及高能電火花點(diǎn)火器（備用）。燃燒器采用水冷套結(jié)構(gòu)，水冷套與燃燒器的連接在出廠前已組裝好。

2 該廠兩臺(tái)鍋爐燃燒器二次風(fēng)箱與水冷壁焊接接縫出現(xiàn)撕裂裂紋及其泄漏統(tǒng)計(jì)

表2 燃燒器箱殼與水冷壁焊接接縫出現(xiàn)撕裂裂紋及其泄漏統(tǒng)計(jì)

3 燃燒器二次風(fēng)箱與水冷壁焊接接縫出現(xiàn)撕裂裂紋及其泄漏的處理

3.1 #2爐#2角燃燒器下部水冷壁管撕裂泄漏處理

2014年3月8日7：40，2#爐2#角燃燒器下部出現(xiàn)水滴，開(kāi)始進(jìn)行排查，10：28確認(rèn)該部位水冷壁管泄漏，10：53打閘停機(jī)搶修。割開(kāi)泄漏部位水冷套與燃燒器箱殼，對(duì)出現(xiàn)泄漏部位的水冷壁管（共10根）及其鰭片進(jìn)行打磨后著色檢查，發(fā)現(xiàn)共有3根水冷壁管有裂紋。其中2根是表面裂紋，1根是裂穿泄漏，將3根水冷壁管上的裂紋打磨干凈后進(jìn)行補(bǔ)焊處理。焊后著色檢查合格后交付運(yùn)行。

3.2 1#爐1#角燃燒器下部水冷壁管撕裂泄漏處理

2014年4月2日18：00，1#爐1#角燃燒器下部二次風(fēng)箱與水冷壁焊接接縫出現(xiàn)泄漏，聯(lián)系專(zhuān)業(yè)帶壓堵漏公司技術(shù)人員前來(lái)進(jìn)行帶壓堵漏。自4月2日出現(xiàn)泄漏至6月15日，進(jìn)行過(guò)5次帶壓堵漏處理，帶壓堵漏工藝為氣動(dòng)錘捻縫。該部位水冷壁管壁厚度為6.5 mm，經(jīng)多次氣動(dòng)錘捻縫后捻縫部位管壁厚度由6.5 mm減至4.3 mm左右（當(dāng)時(shí)最樂(lè)觀的估測(cè)厚度），10月臨修停爐檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)管壁厚度更薄了，只有4 mm左右；而管道的設(shè)計(jì)最小壁厚為5.8 mm。按減薄不超過(guò)30%，最薄也需4.55 mm，當(dāng)時(shí)樂(lè)觀估計(jì)厚度為4.3 mm，甚至更薄，這是十分危險(xiǎn)的，隨時(shí)都有爆裂的可能，爆裂后無(wú)法再帶壓處理，只能被迫停爐，且在處理過(guò)程中如果發(fā)生爆裂，還存在傷人的危險(xiǎn)。

6月15日再次出現(xiàn)泄漏后分析認(rèn)為，雖然在4月份帶壓堵漏時(shí)已開(kāi)應(yīng)力釋放槽，但所開(kāi)的應(yīng)力釋放槽位置過(guò)高（所開(kāi)應(yīng)力釋放縫如圖2所示），不能完全消除應(yīng)力，必須采取先堵漏和有效消除應(yīng)力，再加裝密封盒的方案才能有效解決問(wèn)題。具體方法是制作能覆蓋整個(gè)泄漏和被捻過(guò)縫區(qū)域的密封盒，先將泄漏點(diǎn)捻厚實(shí)，再對(duì)燃燒器箱殼重新開(kāi)應(yīng)力釋放槽。應(yīng)力釋放槽開(kāi)在離燃燒器箱殼與水冷壁管子焊縫約10 mm位置處，長(zhǎng)度100 mm左右。并將圖3所示的“三角形”部位切除，“三角形”的兩邊即為新的應(yīng)力釋放槽，使應(yīng)力集中點(diǎn)遠(yuǎn)離泄漏點(diǎn)。切割時(shí)需按由上往下（焊縫根部）、由外往里的方向逐步進(jìn)行切割，嚴(yán)禁傷及水冷壁管道。密封盒不能與水冷壁管子直接焊接，只能焊接在鰭片上，焊接過(guò)程中控制好電流和速度，焊接電流要小，速度要慢，采用點(diǎn)焊方式，焊一下停頓一下，避免過(guò)熱焊穿鰭片，甚至傷及水冷壁管道。將密封盒與水冷壁鰭片焊接好后再進(jìn)行注膠密封。過(guò)程中要防止因應(yīng)力改變，原泄漏點(diǎn)再次泄漏，如出現(xiàn)泄漏，需捻實(shí)后再繼續(xù)下一步工作。燃燒器箱殼角部切割后內(nèi)部填充保溫材料進(jìn)行密封。6月17日晚上按上述方案進(jìn)行處理后一直穩(wěn)定運(yùn)行到10月國(guó)慶的輪停臨修。

圖2 前5次帶壓堵漏和所開(kāi)應(yīng)力釋放縫圖片

3.3 臨修檢查發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及其處理

2014年5月1日至5月4日2#機(jī)組臨修及2014年10月1日至10月5日1#機(jī)組臨修，分別對(duì)1#、2#爐四角燃燒器上下部位箱殼與水冷壁的焊縫進(jìn)行了檢查，分別發(fā)現(xiàn)有5根2#爐和24根1#爐的水冷壁管出現(xiàn)裂紋。對(duì)各角燃燒器風(fēng)箱箱殼梳形板開(kāi)應(yīng)力釋放縫，將發(fā)現(xiàn)的所有裂紋打磨干凈后進(jìn)行了補(bǔ)焊處理。

圖3 第6次帶壓堵漏方法圖示

4 產(chǎn)生裂紋泄漏的原因分析

（1）燃燒器二次風(fēng)箱及箱殼與水冷壁管的溫差較大。正常運(yùn)行時(shí)，燃燒器二次風(fēng)箱內(nèi)的風(fēng)溫在320 ℃左右，即風(fēng)箱、箱殼及其梳形板的溫度在320 ℃左右，而水冷壁管的溫度卻在440 ℃左右。

（2）連接燃燒器二次風(fēng)箱箱殼與水冷套的螺栓生銹、卡澀，導(dǎo)致膨脹受阻。

（3）燃燒器為一體式燃燒器，其梳形板與水冷壁焊縫長(zhǎng)度近14 m，運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)出較大熱應(yīng)力。

（4）熱應(yīng)力較集中，體現(xiàn)在底部、頂部的角上最明顯，集中應(yīng)力造成焊縫拉裂。撕裂、泄漏也多發(fā)生在燃燒器上下四角角部。

5 處理及防范措施

（1）利用機(jī)組停運(yùn)檢修機(jī)會(huì)，在燃燒器風(fēng)箱與水冷壁上下四角部位，將燃燒器風(fēng)箱箱殼梳形板沿水平方向和垂直方向分別開(kāi)100 mm應(yīng)力釋放縫釋放應(yīng)力，將應(yīng)力釋放縫打磨光滑，并在端部開(kāi)止裂孔。

（2）利用機(jī)組停運(yùn)檢修機(jī)會(huì)，對(duì)燃燒器風(fēng)箱四角部位與水冷壁的焊縫，沿水平和垂直方向選取100 mm左右焊縫打磨著色檢查，確認(rèn)有無(wú)裂紋，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。

（3）機(jī)組停運(yùn)檢修時(shí)，檢查燃燒器二次風(fēng)箱箱殼與水冷套的連接螺栓連接情況，確認(rèn)有無(wú)生銹、卡澀及其張緊力度是否正常；更換銹蝕、卡澀、變形的螺栓，調(diào)整張緊力。每次大修都需進(jìn)行相應(yīng)檢查。

（4）檢查風(fēng)箱箱殼腰圓孔有無(wú)卡澀、變形現(xiàn)象。為確保風(fēng)箱膨脹順暢，對(duì)與連接螺栓有摩擦、卡澀、變形的腰圓孔進(jìn)行擴(kuò)孔，沿腰圓孔外緣向外擴(kuò)展6～7 mm。

（5）對(duì)主風(fēng)箱上部布置的高位燃盡風(fēng)燃燒器四角上下部位進(jìn)行相應(yīng)的檢查。

（6）將“一體式”燃燒器風(fēng)箱箱殼梳形板改為“分段式”。新建機(jī)組已采用分段式燃燒器水冷套（如圖4所示）；即將水冷套分成幾個(gè)獨(dú)立法蘭面，將疏形板開(kāi)槽，并加裝凸型柔性結(jié)構(gòu)密封進(jìn)行密封。

圖4 分段式燃燒器水冷套

6 實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)兩次泄漏的處理，以及在2014年5月和10月對(duì)兩臺(tái)爐燃燒器上下四角角部風(fēng)箱箱殼梳形板沿水平方向和垂直方向分別開(kāi)應(yīng)力釋放縫，機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行至2015年2月中下旬。2015年2月中下旬利用兩臺(tái)機(jī)組春節(jié)臨時(shí)輪停的機(jī)會(huì)，對(duì)兩臺(tái)爐所開(kāi)應(yīng)力釋放縫及燃燒器上下四角角部燃燒器風(fēng)箱箱殼梳形板與水冷套焊縫進(jìn)行檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)應(yīng)力釋放縫擴(kuò)展的現(xiàn)象，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋。這表明所采取的處理措施取得了良好效果。

7 結(jié)論

通過(guò)對(duì)燃燒器風(fēng)箱箱殼梳形板沿水平方向和垂直方向分別開(kāi)應(yīng)力釋放縫，并在端部開(kāi)止裂孔，以及檢查、處理燃燒器二次風(fēng)箱箱殼與水冷套的連接螺栓和腰圓孔，保持風(fēng)箱膨脹順暢，能有效減小燃燒器上下四角角部燃燒器風(fēng)箱箱殼梳形板與水冷套焊縫的集中應(yīng)力，能有效防止該部位因應(yīng)力集中而引起水冷壁管撕裂泄漏。

［1］ 張玉家，朱岳良.600MW鍋爐水冷壁管泄漏失效原因初探［J］ .中國(guó)電力，1998，（5）：3-6.

［2］ 楊湘?zhèn)?，張?1025t／h鍋爐水冷壁管泄漏原因分析及處理［J］ .湖南電力，2002，（6）：55-57.

［3］ 胡明.燃燒器區(qū)域水冷壁管泄漏分析與對(duì)策［J］ .安徽電力科技信息，2004，（1）：5-6.

［4］ 趙超.鍋爐爐膛四角水冷壁管泄漏原因及防治措施淺析［C］//云南電力技術(shù)論壇論文集.昆明：中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)，云南省電機(jī)工程學(xué)會(huì)，2007，62-65.

［5］ 高化偉.鍋爐水冷壁管泄漏分析［J］ .熱處理，2009，（3）：74-75.

［6］ 吳貴祥，張海德.鍋爐水冷壁管泄漏原因及防止措施［J］ .中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011，（13）：111.

［7］ 狄萬(wàn)豐，孫飛，鄧海濤，等.1900t/h鍋爐水冷壁管泄漏原因分析及處理［J］ .發(fā)電設(shè)備，2011，（4）：262-267.

［8］ 王偉，何鳳生.某超超臨界機(jī)組鍋爐水冷壁管泄漏分析［J］ .廣東電力，2011，（12）：105-108.

［9］ 呂新樂(lè)，洪小飛.600MW機(jī)組鍋爐水冷壁管泄漏分析及對(duì)策［J］ .電力與能源，2013，（5）：500-501，507.

［10］ 谷延宏.600MW超臨界鍋爐“四管”漏泄典型事故分析及對(duì)策［J］ .東北電力技術(shù)，2014，（9）：37-40.