內(nèi)蒙古鄂爾多斯高新材料有限公司 王 凱 蔣建軍 滕學軍 張 超 內(nèi)蒙古鄂爾多斯電力有限責任公司 楊 福

鍋爐受熱面是火力發(fā)電廠鍋爐中的核心內(nèi)容，受熱面管主要有省煤器管、水冷壁管、過熱器管及再熱器管等，長期處在惡劣復雜環(huán)境下。由于泄漏現(xiàn)象的存在對火力發(fā)電廠安全運行影響很大，其中受熱面管損壞是最主要的形式，超過機組非停事故的50%、甚至高達80%。引起受熱面管失效的因素較多，如過熱、磨損、應力、疲勞、腐蝕、焊接缺陷與材料原始缺陷等。

1 鍋爐受熱面管泄漏原因分析

設計問題。在火力發(fā)電廠鍋爐設計中經(jīng)常出現(xiàn)理論聯(lián)系實際不密切現(xiàn)象，包括爐膛結構難以達到煤種變化等要求，引起過熱器超溫爆管問題。缺乏足夠設計經(jīng)驗，一些重要參數(shù)選擇不合理，尤其是受熱面系數(shù)設置存在問題將導致爐膛出口煙溫偏差較大，爐膛高寬比無法滿足要求、高度偏低帶來超溫問題。在結構設計、受熱面布置方面，造成流量偏差、熱偏差等問題因素也很多，如進出口集箱引入、引出布置不合理，兩級過熱器中部缺少混合集箱，容易帶來超溫的情況。此外，設計問題還表現(xiàn)在材質選用不合理等方面，鍋爐受熱面是火力發(fā)電廠中不可或缺的部分，關系著熱能是否有效利用，在結合參數(shù)極限值進行選擇過程中，不僅要滿足高溫、高壓和塑性等規(guī)定，也要按照相關標準確定沖擊韌性、耐蠕變性、耐腐蝕性等。若是材質耐高溫性能不達標，將讓鍋爐溫度偏差增加，存在管道材料蠕變情況并最終加大了泄漏的風險。

安裝與焊接質量問題。若是安裝質量不合格，不僅會引起泄漏問題還會導致發(fā)生鍋爐意外故障，不利于鍋爐日常安全穩(wěn)定運行。安裝若是存在缺陷，鍋爐受熱面承受能力將面臨影響，鍋爐受熱面管出現(xiàn)泄漏故障的數(shù)量也會增多，不能保證火力發(fā)電廠生產(chǎn)的安全。在焊接質量不合格將為鍋爐受熱面管設計規(guī)范性帶來影響，這是因為受熱面管長時間在高溫高壓條件下，當焊接質量無法滿足規(guī)定標準時將導致受熱面運行無法保持可靠性。焊接工藝落后、焊接質量不達標將在焊接中引起未熔合、咬邊和未焊透等問題，最終讓鍋爐受熱面管運行時存在泄漏。

受熱面超溫，缺水嚴重。火力發(fā)電廠鍋爐受熱面所在煙氣溫度過高，將帶來短期超溫與長期超溫的現(xiàn)象。短期超溫主要是壁溫超出了受熱面材料下臨界溫度，從而降低了材料許用應力，帶來面管爆裂問題[1]。對長期超溫來說，管壁溫度未超出材料下臨界溫度、只比材料設計溫度高，運行期間過熱時間很長，溫度值較高導致鍋爐受熱面管蠕變加速，內(nèi)部組織也將出現(xiàn)改變，引起受熱面管薄弱處破裂。管道若是缺水容易引起管道過熱、受熱變形和鍋爐爆炸等情況，在鍋爐運行中若存在異物堵塞或是熱負荷過高的地方，均可能出現(xiàn)缺水問題。在異物堵塞后水循環(huán)無法保持平衡，局面水溫會升高、熱負荷較大，管子無法提供足夠的水，管壁內(nèi)流動水形成汽化問題，溫度達到臨界值后會將管道燒壞。

管壁結垢，使用磨損。在鍋爐高溫運行中會形成水垢，這種產(chǎn)物必然存在，且導熱系數(shù)與受熱面管更大，不僅提高了管道熱阻還影響了傳熱效果，引起管壁局部過熱、鼓包及泄漏等問題，甚至為火力鍋爐的安全產(chǎn)生巨大隱患。隨著管壁內(nèi)水垢的增加排煙溫度也會越來越高，對燃料的消耗量也更大，否則將無法保持正常水溫。對鍋爐受熱面管使用磨損來說，具體反映在機械磨損、飛灰磨損等方面，其中前者主要為屏間夾持管與管子間的地方，在長時間溫度較高條件下會發(fā)生形狀變化問題，在運行中受到爐膛煙氣影響將劇烈晃動，導致管子振動和管卡相磨的問題，管壁也會變薄。隨著管壁越來越薄，至一定程度后受到內(nèi)壓影響泄漏問題也會出現(xiàn)。而對后者來說，主要是鍋爐超負荷運行狀態(tài)下，在鍋爐構造、受熱面設置、煙氣流速與方式、煙氣含塵濃度等影響下不僅會形成飛灰、也增加了煙氣流速，受熱面磨損也越來越大。

受熱面管腐蝕。鍋爐受熱面一般存在堿性腐蝕、低溫硫腐蝕和腐蝕水側氧腐蝕等問題。對堿性腐蝕來說，主要是爐管中出現(xiàn)氯化物、硫酸鹽后，若是氫氧化鈉、水垢等清理不及時將引起管道水收縮的情況，并形成高濃度的氫氧離子、帶來堿性腐蝕現(xiàn)象；對低溫硫腐蝕來說，通常在省煤器外壁、煙道尾部低溫受熱面出現(xiàn)，原因是排煙溫度不高，管壁溫度未超過煙氣露點，省煤器外壁低溫硫含量較大[2]；對水側氧腐蝕來說，由于補給水占據(jù)著較大比重，因此含氧量處于較高水平，在受熱面溶解度降低后管道內(nèi)溶解氧氣將大量逸出。蒸汽鍋爐若是除氧不及時，水環(huán)境中金屬將逐步被腐蝕。

2 火力發(fā)電廠鍋爐受熱面管泄漏解決措施

2.1 提高焊接質量，嚴控防磨防爆

由于鍋爐組件、結構等非常復雜，因此在組件與局部結構焊接過程中必須將操作流程落到實處。在監(jiān)管中需嚴格控制焊接質量，按照國家與行業(yè)標準、規(guī)范進行，結合管理辦法與企業(yè)定期開展基礎設備檢修工作，確?；鹆Πl(fā)電廠鍋爐受熱面能根據(jù)設計方案實行。為達到防磨防爆要求需科學確定燃料配比，確保燃料內(nèi)氯、釩、硫等元素成分處于最低水平，可避免管道內(nèi)進入有害物質。此外還要對煙道截面進行科學設置，讓煙氣流速得到有效控制，減少運行風量，從而降低出現(xiàn)鍋爐受熱面泄露的概率。進行檢修、停爐的過程中要做好鍋爐受熱面日常檢查工作，及時開展保養(yǎng)與維護工作，讓鍋爐在停止運行后由專人負責檢查受熱面，查看有無漏風問題，及時更換埋管防磨片，避免煙氣走廊發(fā)生。

2.2 改造汽源，應用吹灰器故障在線監(jiān)測裝置

對吹灰汽源進行改造，將溫度測點設置在吹灰器鵝頸閥后，促進吹灰蒸汽溫度信號傳輸，并通過吹灰器汽源在線檢測系統(tǒng)進行監(jiān)視，并在系統(tǒng)屏幕上完整呈現(xiàn)相關信息[3]。監(jiān)測中可防止發(fā)生受熱面吹損、爆管等問題，讓機組運行更加安全與可靠。這樣受熱面、吹灰器壽命將大大延長，吹灰汽源也能節(jié)省，機組運行可獲得更大的經(jīng)濟效益。此外還可控制吹灰器閥門磨損、泄漏等問題，避免維護人員處于高勞動強度下，對吹灰器內(nèi)漏、卡澀等進行全天候監(jiān)測達到無人巡檢的目的，讓機組運行更加安全性與經(jīng)濟性，吹灰器管理效率也能提升。

2.3 注重超溫控制，實行雙重保護機制

超溫控制鍋爐在初期運行后，由于超溫運行會帶來泄漏爆管的問題，要加強對超溫的控制，達到防止泄漏的目的[4]。要結合材料設計的最大壁溫將超溫控制點確定下來。在機組方面要執(zhí)行啟停曲線操作，加強對鍋爐參數(shù)、過熱器管壁溫等調(diào)整，確保不超出允許范圍，對蒸汽參數(shù)、蒸發(fā)量和水位等數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，避免發(fā)生超溫超壓、滿水、缺水等問題。要合理進行燃燒調(diào)整，解決火焰偏斜問題，加強對煤粉細度等控制，科學用風、避免發(fā)生結焦，控制熱偏差、消除尾部再燃燒現(xiàn)象，加強吹灰、減少受熱面嚴重積灰等。

火力發(fā)電廠要實行雙重保護措施，有效避免缺水問題出現(xiàn)，這樣一種方法無法產(chǎn)生作用的情況下可以使用另外保障機制，讓鍋爐運行更加穩(wěn)定可靠?；鹆Πl(fā)電廠在煙氣溫度超出固定值且?guī)硭羝^量蒸發(fā)的情況下將引起缺水問題，要發(fā)揮自動停機裝置的作用，避免發(fā)生泄露、爆破等現(xiàn)象。

2.4 防范氧腐蝕與低溫硫腐蝕，防止鍋爐結焦

要提高鍋爐給水的水質，嚴格開展管理工作，對爐水內(nèi)氧氣、二氧化碳等數(shù)據(jù)進行測定，明確警戒含量，在發(fā)生異常的條件下，借助化學除氧、除氧器等設備在最短時間內(nèi)降低氧含量。在低溫硫腐蝕解決措施中關鍵在于從硫來源進行控制，選用低硫燃料與自備脫硫工藝可降低硫的數(shù)量，避免發(fā)生低溫硫腐蝕問題?；鹆Πl(fā)電廠還要適當對排煙溫度提高，這也是控制三氧化硫形成的有效手段。

燃料內(nèi)有較大含量的灰分，灰分在較高溫度條件時且爐膛內(nèi)中氧氣不足，這讓很多灰分均可能被熔化為液態(tài)、也經(jīng)常會變得軟化?；曳譃檐浕癄顟B(tài)下，在與鍋爐受熱面接觸后因溫度的突然降低所以會快速硬化，受熱面上大量黏結，最終引起結焦的問題。尤其針對燃煤堿金屬處于高含量情況下，飛灰將形成硫酸鈉、硫酸鉀等沉積物，若是情況過于嚴重也會產(chǎn)生結焦，分隔屏過熱器與末級過熱器吸熱量將受到影響，煙氣溫度也會隨之提升，管排內(nèi)產(chǎn)生結焦[5]。結焦的出現(xiàn)容易引起鍋爐煙溫、汽溫等變高，情況若是過于嚴重將帶來管壁超溫的現(xiàn)象，這是讓鍋爐受熱面管道發(fā)生泄漏故障的重要因素。

例如：在一次鍋爐受熱面泄露事故中，從樣品上鉆取金屬屑，分別采用CS230對C、S采用Optima 8300DV，對Cr、Mo、V、Mn采用7230G分光光度計對P進行化學成分測定分析；采用合金分析儀對樣品進行化學成分測定分析，其結果如表1所示。根據(jù)GB 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》中化學成分相關規(guī)定，3種樣品化學成分達到了相關標準，其中編2的樣品中S、P元素比標準成分更高。

表1 末級過熱器化學成分分析

因此在解決鍋爐結焦問題上要做到三點：均勻煤質，讓煤質盡可能滿足規(guī)定要求，讓主輔機保持良好運行狀態(tài)，實現(xiàn)高效的目的；控制爐內(nèi)沾污、結渣的速度，避免排煙溫度超過標準值；讓火焰維持穩(wěn)定，減少飛灰可燃物，保證鍋爐燃燒更加高效。

2.5 加強機組運行監(jiān)控，落實責任制

對火力發(fā)電廠鍋爐日常運行來說，需做好機組運行狀況加大監(jiān)控力度，加大對煙氣流速、燃料和脫硫劑等粒徑和物料成分等控制，讓鍋爐受熱面保持適當?shù)臏囟?，將鍋爐受熱面磨損量降到最低。進行維護與停爐過程中還要將防磨、防腐等措施落實，特別是在鍋爐關鍵處進行檢查，掌握管子使用狀況，針對缺陷的地方做好維護工作。要積極引入先進工藝手段讓設備使用壽命得到延長，并完善泄露責任制[6]。要有明確的指導方針，從火力發(fā)電廠管理規(guī)定出發(fā)，嚴格執(zhí)行防漏防爆管理制度，發(fā)揮考核管理措施的作用，班組則結合考核要求，將責任人、考核細則等確定下來，將預防制度真正落實?；鹆Πl(fā)電廠要從宏觀檢查到成分檢驗，提高檢查、保養(yǎng)等工作效率，解決鍋爐受熱面管泄漏問題。

3 結語

總之，在火電廠長期運行下，若是鍋爐受熱面管發(fā)生泄露問題，對鍋爐性能、運行安全等影響很大，嚴重的情況甚至將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失。為解決鍋爐受熱面管泄露問題，要積極引入新設備、采用先進的工藝手段，不僅要科學設計受熱面管、提高安裝質量，也要定期管理與維護、保障設備正常運行，還要根據(jù)實際問題進行分析，對導致泄露原因采取有效預防措施，這樣火電廠鍋爐運行的安全性與可靠性才能實現(xiàn)提高。