電站煤粉鍋爐受熱面超溫失效淺析

劉旭

(神華陜西國華錦界能源有限責任公司，陜西 神木 719300)

1 設計因素對鍋爐熱管超溫失效的影響

鍋爐的設計是鍋爐制造工作中的重要環節之一，鍋爐設計質量水平的高低是鍋爐能否長周期安全高效運行的關鍵。

1.1 爐膛出口溫度對鍋爐熱管超溫失效的影響。

在鍋爐的設計中，爐膛出口煙氣溫度的選擇對鍋爐的可靠運行是一個非常重要的問題，它的設計參數直接關系著熱管的安全和壽命。爐膛出口煙溫一般是指爐膛出口進入對流管束之前的煙氣溫度。爐膛出口溫度的選擇應首先是防止對流受熱面結渣。在鍋爐運行時，爐膛出口煙溫受到結渣條件的限制不能過高，煙氣中的飛灰尚處于融化狀態，遇到受熱面管子就黏結在管壁上，使熱阻增加，管壁溫度升高，鍋爐出口結渣越來越嚴重，逐步將煙道堵塞，長時間運行使管壁溫度超溫爆管。因此對爐膛出口煙氣溫度的選擇要合理，它決定著鍋爐中輻射受熱面及對流受熱面之間的吸熱量比列。

1.2 鍋爐水動力設計不合理

鍋爐受熱面熱管工作的可靠性首先取決于管壁金屬的溫度工況。對于在正常璧溫下具有足夠強度的鍋爐鋼管，當因水動力問題產生傳熱惡化問題而使管壁溫度超過允許值或管壁溫度長期波動時，鍋爐鋼管會因金屬強度下降或金屬疲勞而破裂。

1.3 鍋爐熱力特性參數的選取對鍋爐熱管超溫失效的影響

鍋爐燃燒反應熱力特性參數堆鍋爐熱管失效影響很大，熱力特性參數的選取直接影響爐膛結渣。鍋爐爐膛一旦發生結渣，爐膛出口溫度，過熱器溫度、空氣預熱器入口溫度、排煙溫度、熱風溫度將會呈線性上升趨勢，使熱管溫度嚴重超標，直接惡化了熱管運行狀態，使其壽命縮短或失效。因此準確選擇熱力特性參數是確保鍋爐熱管安全運行的重要條件之一，而熱力特性參數的大小，與燃燒器及受熱面積多少是有最直接關系的。顯然爐膛受熱面的增多，將使爐膛出口溫度降低。

1.4 設計煤種的選取對鍋爐熱管超溫失效的影響

鍋爐燃料只有在設計煤種的允許變化范圍內，才能充分燃燒，不致給鍋爐安全運行及鍋爐熱管帶來不利影響，一旦煤種發生質的變化，無論燃煤優于設計燃料或劣與設計燃料，只要發生偏離的幅度超出了設計許可的范圍，鍋爐燃燒必將破壞，熱管失效就成了必然的事實。當燃料煤質優于設計煤種太多時，輕則引起受熱面結焦，重則引起受熱面超溫。

2 安裝維修因素對鍋爐熱管超溫失效的影響

2.1 安裝工藝對鍋爐熱管超溫失效的影響

大型鍋爐的各部件之間有著十分嚴密的相對關系，鍋爐本體與輔助設備之間也通過管道系統精確地連接著，而這些設備和系統長期在高溫、高壓條件下工作，同時經受著許多復雜的物理、化學作用，工作環境非常惡劣。在受熱面管的安裝過程中，安裝工藝的好壞直接影響著日后鍋爐機組安全、經濟運行。

2.2 安裝、檢修過程中焊接質量對熱管超溫失效的影響

在熱管安裝、檢修過程中由于檢修工藝不當或焊接人員操作不當產生焊接缺陷，例如在焊接過程中熔化的金屬流淌到焊接以外未熔化的母材形成金屬瘤，如果在熱管內壁產生金屬瘤，則熱管焊瘤處管壁內徑減少，在熱管運行過程中導致管內冷卻介質流量不足，致使管壁超溫，機組長周期運行后，發生熱管超溫失效。

2.3 安裝、檢修過程中錯用鋼材

當鍋爐發生錯用鋼材的情況時，對于被錯用的使用溫度較低的鋼來說，實際是一種超溫的運行。超溫運行就等于縮短鋼材的使用壽命，如果機組長周期運行，就會發生熱管超溫失效暴漏的風險。所以在鍋爐熱管安裝、檢修過程中必須嚴格執行相關的制度、標準，杜絕錯用鋼材現象。

2.4 安裝、檢修過程中異物堵塞管子

在鍋爐安裝、檢修過程中，盡管每一步工作都有嚴密的規范要求，但實施起來往往很難做到萬無一失，尤其是各管系堵塞問題就顯得更為突出。一些安裝過程中的焊渣、用過的短焊條、焊劑、切割下來的小邊角料，連接部位的螺栓、螺母，鍋爐吹掃過程中帶入的雜物，甚至安裝檢修過程中的工器具如小榔頭等，在不經意間進入不同區域的受熱面管中，沒有被徹底清掃吹掃出來，在鍋爐投入運行后不久會突然發生熱管超溫失效事故。

2.5 鍋爐安裝檢修過程中，管壁溫度測點安裝不夠規范，測點示值偏差大

鍋爐受熱面璧溫的高低對鍋爐熱管的工作可性影響極大，所以設計鍋爐時準確地計算璧溫是非常重要的，如果計算璧溫時偏差過大，對機組投入運行后影響很大，璧溫過低，鍋爐參數很難控制，鍋爐熱效率低。璧溫過高，管壁溫度長周期高于或稍低于金屬的極限使用溫度，使熱管超溫失效爆管。而在鍋爐運行的過程中運行人員對鍋爐受熱面璧溫的監控是保證受熱面長期安全服役的保證，這就要求鍋爐熱管的管壁溫度測點的安裝必須規范，測點示值顯示準確。在《電力建設施工及驗收規范 第5部分 熱工自動化》中所規定的："測量鍋爐過熱器、再熱器管壁溫度的熱電偶，其測量端宜裝在離頂棚管上面100mm內的垂直管段上，當鍋爐結構不允許時，可適當上移，但裝于同一過熱器或再熱器上的各測點的標高應一致。

3 運行因素對鍋爐熱管超溫失效的影響

3.1 鍋爐啟停過程對鍋爐熱管超溫失效的影響

在鍋爐啟動過程中，各受熱面內部流動的工質尚不正常，在有的受熱面內，工質流量很小，甚至在短時間內是不流動的。因此受熱面金屬不能正常地被工質所冷卻，如果對它們過分地加熱，就會使受熱面管超溫。水循環尚未建立起來的部分水冷壁管，蒸汽流量還很少時的過熱器管，沒有蒸汽通過或蒸汽流量過少的再熱器管和暫停給水的省煤器等，在鍋爐啟動時都有超溫的危險。因此在鍋爐啟停時，必須制定嚴格的規章制度來執行。

3.2 過熱器內壁氧化皮脫落

隨著我國鍋爐向高參數大容量方向的發展，超臨界、超超臨界機組不斷涌現，過熱器金屬材料性能不斷提高，過熱器內壁氧化皮脫落的問題凸顯出來。主要表現為過熱器內壁氧化皮脫落，在彎頭處堆積，運行時管內流量不足，致使熱管超溫爆管。有效解決這一難題，提高鍋爐機組運行，特別是超臨界、超超臨界機組可靠性的有力保證。

3.3 鍋爐燃燒煤種的偏離對鍋爐熱管超溫失效的影響

燃料性質對鍋爐熱力工作與受熱面管熱管失效有很大的影響。對于一臺正在運行的鍋爐，如果燃料的發熱量降低，工作水分增加，則它的熱力特性將發生變化。此時，如燃料供給量增多，將使蒸汽參數和蒸發量降低。因此，為了保證鍋爐蒸汽量，必須增加燃料供應量。這樣爐膛出口煙氣溫度將升高，蒸汽流量也將增加，從而使各對流受熱面中平均受熱溫壓和煙氣流速都增加，于是各對流受熱面中工質吸熱量都增加。此時過熱汽溫升高。為保證汽溫維持在額定值內，就必須增加減溫水流量。省煤器如果原來是不沸騰的，就有可能接近或成為沸騰的。如果原來是沸騰 ，在增加了沸騰度。熱空氣溫度也提高。

3.4 燃燒器負荷分配與爐內負壓

多層布置的燃燒器各層負荷的分配及擺動式燃燒器上下擺動，可直接調節火焰中心的位置。將上層噴嘴的煤粉量增加或燃燒器向上擺動，火焰中心位置上移，爐膛出口煙氣溫度升高，如加大下層噴嘴的煤粉量或燃燒器向下上擺動，則爐膛出口煙溫降低。如火焰中心位置太靠上則爐膛出口煙氣溫度太高，引起對流受熱面熱管超溫。鍋爐運行時，保持適當的爐膛負壓是非常重要的。負壓過大，鍋爐漏風量增加，降低爐膛溫度水平，并使過熱汽溫升高，排煙熱損失增加。

3.5 鍋爐負荷變化

鍋爐負荷變化時，對流過熱器與輻射過熱器的汽溫變化特性是相反的。在對流過熱器中，隨著負荷增加，蒸汽的焓增增大。這是由于在負荷增加時，燃料消耗量增大，使煙氣流速增加，而使煙氣側對流放熱系數增大；同時由于煙氣溫度增加，使傳熱溫差增大，因而使對流過熱器吸熱量增加的值超過負荷增加值，從而使工質焓增增加，因此鍋爐負荷增加時，對流過熱器的出口汽溫將要增加。在輻射過熱器中，隨著鍋爐負荷增加，由于爐膛火焰平均溫度不花不大，輻射傳熱量增加不多，跟不上蒸汽流量的增加，因而使工質的焓增減少。因此，隨鍋爐負荷增加，輻射過熱器的出口汽溫是下降的。再熱器的汽溫變化特性原則上是與鍋筒爐中過熱器的氣溫變化特性相一致。所以猶豫負荷的變化，引起鍋爐對流過熱器、輻射過熱器及再熱器汽溫的變化并不是一致的，這種差異隨著鍋爐負荷的增加將更加嚴重，運行調整不當時，將影響到熱管的失效。

3.6 磨煤機和給粉機的投停方式

目前各燃煤電廠普遍采用了空氣預熱器出口熱風作為磨煤機混合中熱風來源。由于制粉系系統磨煤機運行時利用了空氣預熱器部分熱風做為干燥介質，同時制粉乏氣將原煤中部分水分隨同一次風、三次風送入爐膛，所以制粉系統運行時，將對鍋爐燃燒及煙、風系統參數產生明顯影響，進而對鍋爐熱管失效參數產生影響。對于中間儲倉制粉系統，與磨煤機停運比較，磨煤機運行時，鍋爐燃燒推遲，火焰中心一定程度上移，爐膛出口煙氣溫度、煙氣量將上升，鍋爐過熱器汽溫升高。

3.7 煤粉細度與粗細粉分離器效率

煤粉細度不僅對煤粉氣流的著火，而且對煤粉的燃盡有直接的影響。試驗表明，當煤粉細度過粗時機械不完全損失便會增加，爐膛火焰中心將上移，導致爐膛出口煙溫上升，對流、輻射熱管溫度增加，受熱面熱管工作條件惡化，鍋爐的可靠性受到嚴重影響。但另一方面，如果磨煤機煤粉細度過細，則磨煤機電耗增加，如果控制不好則有可能引起制粉系統爆炸，所以細度要根據不同的煤種綜合考慮而定。細粉分離器效率的高低直接影響乏氣中含粉量的多少。當效率降低時，乏氣中含粉量增多，當乏氣作為三次風時，由于三次風口都是高位布置，離爐膛出口較近，三次風口含量增多，直接影響煤粉燃盡、受熱面超溫。

3.8 爐膛出口處的殘余旋轉

四角切圓燃燒方式的鍋爐水平煙道沿寬度及高度方向存在煙氣偏差，隨著鍋爐容量的增加這一偏差在加大。所以有效緩解煙氣偏差，是防止尾部對流受熱超溫失效的有效手段。這就要求我們不僅在鍋爐設計時考慮到殘余旋轉對鍋爐熱管失效的影響，在鍋爐運行過程中通過各種手段對爐內運行工況進行控制，有效降低爐膛出口處的殘余旋轉，防止尾部對流受熱超溫失效。

結語

對于電站煤粉鍋爐受熱面超溫失效分析是一項長期而艱巨的任務，在日常工作中我們必須對失效原因進行有效的分析，制定科學合理的防范措施，同時建立健全鍋爐防磨防爆制度。加強對鍋爐壓力容器安全檢察、金屬監督、化學監督、熱工監督等九項技術監督工作，把電力行業導則、規程、制度和管理辦法，真正落實到設備管理的實處，有效地開展鍋爐熱管失效的預防工作。同時在鍋爐運行的過程中，不斷積累經驗，嚴格遵守電力行業導則、規程、制度。

[1]李彥林.鍋爐熱管失效分析及預防 [M]第一版.北京：中國電力出版社，2006（2）.

[2]胡蔭平，.電站鍋爐手冊[M]第一版[M]北京：中國電力出版社，2005（4）.

[3]熱工自動化.電力建設施工及驗收規范 第5部分[Z].