印吉陽(yáng)

摘 要：電廠鍋爐設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行期間，高溫過(guò)熱器易發(fā)生爆管故障，導(dǎo)致鍋爐停運(yùn)，拉低電廠的經(jīng)濟(jì)效益?；诖?，文章以A電廠為例，簡(jiǎn)要介紹了鍋爐設(shè)備的故障概況。從設(shè)計(jì)、選材、積灰，及系統(tǒng)性能等方面，分析了高溫過(guò)熱器的爆管原因。并視不同的原因，提出了不同的解決方案。以期能夠?yàn)殡姀S工作人員提供參考，進(jìn)一步降低高溫過(guò)熱器爆管率，提高鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性與連續(xù)性。

關(guān)鍵詞：電廠鍋爐；高溫過(guò)熱器；爆管原因

中圖分類號(hào)：TK227 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）24-0116-02

Abstract： During the long term operation of boiler equipment in power plant， the high temperature superheater is prone to tube explosion， which leads to the shutdown of boiler and lowers the economic benefits of power plant. Based on this， taking Power Plant A as an example， the paper briefly introduces the fault situation of boiler equipment. From the aspects of design， material selection， ash deposition and system performance， the causes of tube explosion of high temperature superheater are analyzed. According to different reasons， different solutions are put forward， so as to provide reference for the power plant staff， further reduce the high temperature superheater tube burst rate， and improve the stability and continuity of boiler operation.

Keywords： power plant boiler； high temperature superheater； cause of tube burst

前言

高溫過(guò)熱器為電廠鍋爐的主要構(gòu)件，包括輻射換熱、對(duì)流換熱、復(fù)合式換熱三種形式。鍋爐運(yùn)行期間，高溫過(guò)熱器需長(zhǎng)期處于灰塵、煙氣以及火焰等惡劣環(huán)境下運(yùn)行。長(zhǎng)此以往，極容易導(dǎo)致器械元件積灰，導(dǎo)致其性能失效，進(jìn)而誘發(fā)爆管。高溫過(guò)熱器爆管，不僅容易增加發(fā)電風(fēng)險(xiǎn)，且容易對(duì)鍋爐的整體性能造成影響。可見，有必要對(duì)其爆管原因及預(yù)防措施進(jìn)行探討。

1 A電廠鍋爐設(shè)備故障概況

A電廠為火力發(fā)電廠，位于我國(guó)國(guó)內(nèi)。近年來(lái)，隨著電力用戶數(shù)量，以及用力量的不斷增多，該電廠積極進(jìn)行了改革。截至到目前，該電廠的發(fā)電量，已達(dá)9007.13kW，為我國(guó)各行業(yè)的發(fā)展，提供了極大的能源支持。A電廠過(guò)熱器，包括低溫過(guò)熱器與高溫過(guò)熱器兩種。后者安裝在爐膛出口部位，與IR525型長(zhǎng)伸縮式蒸汽吹灰器相連。吹灰蒸汽參數(shù)，為1.1MPa，效率平均為92%。2017年1月，A電廠高負(fù)荷運(yùn)行期間，曾發(fā)生一起高溫過(guò)熱器爆管故障。爆管后，工作人員立即停爐。給予清灰后再次啟動(dòng)，4天后再次爆管，故繼續(xù)給予停爐處理。該事件為A電廠所造成的損失，高達(dá)1514.4萬(wàn)元。為減少損失，確保用戶能夠穩(wěn)定用電。該電廠決定深入分析高溫過(guò)熱器爆管的原因，并給予預(yù)防。

2 電廠鍋爐設(shè)備中高溫過(guò)熱器爆管的原因

2.1 高溫過(guò)熱器設(shè)計(jì)不合理

A電廠高溫過(guò)熱器管束共69排，管束間隙為65.39mm。上述設(shè)計(jì)方法，有效增加了過(guò)熱器的受熱面積，改善了鍋爐的吸熱效果。但如過(guò)熱器長(zhǎng)期處于超高溫的狀態(tài)下運(yùn)行，則極容易爆管[1]。除此之外，管束間隙小，同樣容易增加清灰難度，導(dǎo)致灰塵長(zhǎng)期積累，增加爆管的風(fēng)險(xiǎn)[2]。A電廠高溫過(guò)熱器，位于爐膛出口部位。在高溫?zé)煔獾拈L(zhǎng)期作用下，爆管故障的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，同樣會(huì)明顯增加。

2.2 高溫過(guò)熱器材料質(zhì)量低

高溫過(guò)熱器材質(zhì)選擇不當(dāng)，同樣容易增加爆管的風(fēng)險(xiǎn)。通常情況下，電廠高溫過(guò)熱器的材質(zhì)，均為20g鋼材。該類材質(zhì)的過(guò)熱器，所能夠承受的溫度，處于450℃范圍內(nèi)。長(zhǎng)期使用，極容易因超溫而發(fā)生爆管[3]。另外，過(guò)熱器長(zhǎng)期使用期間，受積灰問(wèn)題的影響，過(guò)熱器的散熱效果，會(huì)逐漸下降。因此，管束溫度指標(biāo)，同樣會(huì)明顯提升，導(dǎo)致爆管問(wèn)題發(fā)生。A電廠故障發(fā)生后，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，高溫過(guò)熱器管束已明顯石墨化。表明，爆管故障與過(guò)熱器材質(zhì)不良不無(wú)聯(lián)系。

2.3 高溫過(guò)熱器積灰嚴(yán)重

高溫過(guò)熱器長(zhǎng)期使用期間，易積累灰塵。吹灰器雖可在一定程度上減少積灰量，但管束間隙區(qū)域，吹灰較為困難，因此灰塵積累量往往較大。上述狀況長(zhǎng)期存在，容易導(dǎo)致管束受熱不均，導(dǎo)致過(guò)熱器性能下降，增加爆管的風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，煤的材質(zhì)，同樣容易對(duì)積灰問(wèn)題造成影響[4]。A電廠原使用的煤炭，灰分高達(dá)35%。且煤炭燃燒所產(chǎn)生的灰塵量，同樣較大。需立即給予清灰，并加強(qiáng)吹灰處理，以減少積灰量，預(yù)防爆管。

2.4 疏水系統(tǒng)存在故障

疏水時(shí)間不合理、疏水不徹底，同樣容易導(dǎo)致高溫過(guò)熱器出現(xiàn)故障。在疏水時(shí)間異常的情況下，水汽往往會(huì)隨蒸汽，進(jìn)入至鍋爐爐膛之中。此時(shí)，吹灰器周圍煙氣的含濕量，將明顯提升[5]。含濕量大的煙氣，排除的過(guò)程較為困難。長(zhǎng)此以往，將導(dǎo)致大量水蒸氣，附著于管壁之上，形成“灰墻”。進(jìn)而導(dǎo)致高溫過(guò)熱器溫度過(guò)高，導(dǎo)致爆管的問(wèn)題發(fā)生。解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵，在于合理設(shè)置疏水時(shí)間、提高疏水的徹底性。需注意的是，疏水量與鍋爐管徑存在一定的聯(lián)系。如管徑過(guò)小，無(wú)法滿足疏水要求，同樣容易導(dǎo)致爆管的問(wèn)題發(fā)生。

3 電廠鍋爐設(shè)備中高溫過(guò)熱器爆管的防治措施及效果

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)指標(biāo)及效果

針對(duì)由管束間隙設(shè)計(jì)不合理所導(dǎo)致的爆管問(wèn)題，應(yīng)通過(guò)擴(kuò)大管束間隙的方式給予解決。但鑒于短期內(nèi)，電廠無(wú)法更換設(shè)備[6]，因此，建議對(duì)鍋爐的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整。在適當(dāng)降低負(fù)荷的基礎(chǔ)上，降低過(guò)熱器溫度及煙氣溫度，減少過(guò)熱器爆管風(fēng)險(xiǎn)。A電廠結(jié)合自身的發(fā)電需求，以及用戶的用電需求，將負(fù)荷降低為了90t/h。通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，與優(yōu)化設(shè)計(jì)前相比，設(shè)計(jì)后，煙氣的溫度由900℃，下降到了754℃。高溫過(guò)熱器表面溫度，同樣得到了一定程度的改善。

3.2 合理選擇材質(zhì)及效果

為避免因材質(zhì)不佳，而導(dǎo)致爆管，應(yīng)通過(guò)更換管束材質(zhì)的方式，預(yù)防管束石墨化，提高高溫過(guò)熱器質(zhì)量。高溫合金鋼材，指耐高溫指標(biāo)達(dá)600℃以上的合金材料，優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為抗腐蝕及耐高溫性能強(qiáng)[7]。12Cr1MoV鋼材，為高溫合金鋼材的一種。由碳、硅、錳、鉬、鉻等元素構(gòu)成。其中，碳含量為0.38%-0.45%，硅為0.17%-0.3%，為0.40%-0.70%，鉬為0.15%-0.25%，鉻為0.90%-1.20%。將其應(yīng)用到鍋爐高溫過(guò)熱器管束制造過(guò)程中，將能夠有效延長(zhǎng)管束的使用壽命，避免發(fā)生石墨化等問(wèn)題。

3.3 積極清理積灰

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)顯示，高溫過(guò)熱器管束中，未積灰的管束，導(dǎo)熱系數(shù)為46.5-58.2w/m2·℃。積灰的管束，導(dǎo)熱系數(shù)為0.0590-0.118w/m2·℃。兩者對(duì)比發(fā)現(xiàn)，灰塵的積累，極容易影響過(guò)熱器的性能，影響鍋爐的熱效率。為避免灰塵長(zhǎng)期積累，導(dǎo)致過(guò)熱器爆管，建議適當(dāng)增加聲波吹灰器的數(shù)量，并定期給予吹灰。考慮管束間隙部分的灰塵，清除難度較大。A電廠于高溫過(guò)熱器運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了觀察。發(fā)現(xiàn)異常，立即清理灰塵，一定程度上降低了嚴(yán)重故障的發(fā)生幾率。

3.4 加強(qiáng)系統(tǒng)維護(hù)

為確保疏水徹底，適當(dāng)延長(zhǎng)疏水時(shí)間是關(guān)鍵。對(duì)此，A電廠決定將疏水的步驟，設(shè)置在吹灰步驟之前。同時(shí)，將疏水時(shí)間，由5min，增加為10min。采用上述方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)后發(fā)現(xiàn)，電廠煙氣的含濕量明顯下降。上述措施應(yīng)用1年內(nèi)，未見“灰墻”的現(xiàn)象再次出現(xiàn)。表明，將疏水時(shí)間延長(zhǎng)，能夠有效改善高溫過(guò)熱器的運(yùn)行環(huán)境，使其爆管故障率得以降低。除此之外，考慮到A電廠鍋爐管徑，僅為25mm，而疏水線則需50mm。A電廠決定，將鍋爐管徑擴(kuò)大至50mm。管徑擴(kuò)大后至今，鍋爐高溫過(guò)熱器，未再見爆管的問(wèn)題發(fā)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，A電廠于高溫過(guò)熱器爆管后，明確了爆管的原因，并進(jìn)行了預(yù)防，有效降低了爆管率，降低了電廠成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)此，我國(guó)各電廠可以以A電廠的經(jīng)驗(yàn)為參考，在優(yōu)化高溫過(guò)熱器設(shè)計(jì)指標(biāo)的同時(shí)，將高溫合金鋼材質(zhì)，應(yīng)用到器械設(shè)計(jì)過(guò)程中。在此基礎(chǔ)上，提高煤的質(zhì)量，并采用吹灰器及時(shí)吹灰，以避免爆管的問(wèn)題發(fā)生，提高鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性。

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