防止鍋爐高溫受熱面過熱爆管的措施

高志圣

（國家能源費縣發電有限公司，山東 臨沂 273425）

在鍋爐的實際運行過程中，往往會受到多種不利因素的影響，這就會對其正常運行造成不同程度的阻礙，在其各個組成部分中，以水冷壁、過熱器、再熱器以及省煤器等4部分極易出現泄漏故障，進而會給鍋爐的安全運行帶來潛在的隱患。造成鍋爐泄露的原因非常多，其中最常見的主要有磨損、腐蝕、過熱、安裝以及焊接質量差等問題，在實際的工作過程中，要予以充分的關注。為了確保鍋爐各部分能夠始終處于良好的工作狀態，就要對鍋爐的整個運行過程進行全過程的監控，始終堅持預防為主的運行控制措施，分別從管理和技術兩個方面著手，加強各個環節配合做到可控在控。國電費縣電廠#2機組650MW超臨界發電機組，鍋爐型號為HG1913/25.4/571/569-YM3。螺旋管圈與垂直管屏之間由過渡集箱轉換連接，下部螺旋管圈管材及規格為φ38×6.5mm ，15CrMoG，上部垂直管屏規格及管材為φ31.8×5.5mm，15CrMoG。

1 鍋爐“四管”泄露原因簡要分析

國電費縣電廠#2機組650MW超臨界發電機組，鍋爐型號為HG1913/25.4/571/569-YM3，于2007年8月正是投入運行。該鍋爐的爐膛采用了當時比較先進的全焊接密封膜式水冷壁，能夠大大提高換熱效率，為企業帶來良好的經濟效益。該種類型的水冷壁主要是由下部螺旋環繞上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁，按照一定的結構形式連接而成的。螺旋管圈與垂直管屏之間由過渡集箱轉換連接，為了能夠確保連接的穩定性，并提供足夠的通道，過渡集箱包括左右兩部分，其中左側包括了63根螺旋管，而右側則是由191垂直管屏按照一定的連接方式構成的。下部螺旋管圈管材及規格為φ38×6.5mm，15CrMoG，上部垂直管屏規格及管材為φ31.8×5.5mm，15CrMoG。

我廠#2機組從5月8日開始進行大修，為了能夠有效提高鍋爐的燃燒效率，對其中的燃燒器進行了系統全面的改造升級，采用了比較先進的低氮燃燒器，經過改造后，燃燒器整體的燃燒中心相較于改造前提升了1.5m；為了確保水冷壁的密封性符合要求，下部螺旋環繞上升水冷壁管采用了焊接連接的方式，并且在機組正式運行前，對水冷壁管進行系統群面的酸洗，去除管內殘留的各種雜質，確保管路通暢。鍋爐大修完成后，于7月2日開始點火運行，直至運行時8日鍋爐的水冷壁突然發生爆裂泄漏。通過檢查后發現，水冷壁后墻左側起第100根和178根火側垂直管發生爆裂，爆口部位標高48.5m。

1.1 磨損

煤粉鍋爐受熱面飛灰磨損和機械磨損，是影響鍋爐長期安全運行的主要原因。（表1）。

1.2 腐蝕

1.2.1 管外高溫腐蝕

受熱面管外壁在較高溫度條件下，由于缺氧導致還原性氣體存在，當燃料中含硫量較高時（＞1%），容易產生管外高溫腐蝕。如果管外產生結渣、積灰，且上述條件存在，會產生較為嚴重的管外腐蝕。

在鍋爐的受熱面位置處，作為與火焰進行直接接觸的位置，水冷壁在運行過程中極易發生高溫腐蝕，究其原因，主要是由其周圍的還原性氣體引起的，通過現場發現，在CO濃度高的位置處，腐蝕較其周圍更加嚴重。

通過對水冷壁的高溫腐蝕位置進行研究發展，其多發生于高溫區域，例如，燃燒器的高溫影響區域。由于過熱器和再熱器中的還原性氣體相對較少，由氣體所造成的腐蝕問題也相對較輕。

為了盡可能對腐蝕進行有效的控制，在容易出現腐蝕的位置處，可以選用耐腐蝕性能高的合金鋼，以此提高管道整體的耐腐蝕性能，同時，還要對溫度進行科學合理的有效控制，進而降低爐膛出口的煙氣溫度，消除煙溫偏差。

1.2.2 管內化學腐蝕

當鍋爐在正常運行的情況下，其管內并不會出現結構和腐蝕的問題。但是，當給水的質量較差，無法滿足鍋爐的用水需求，這就會在鍋爐內部形成大量的結垢，而降低管壁的傳熱效率，進一步提高壁溫，最終導致管壁破裂的發生。當鍋爐的受熱面與周圍的濕空氣接觸后，空氣中存在的氧氣、二氧化碳以及二氧化硫等物質會在管內形成電化學腐蝕，而影響鍋爐的正常運行。

1.3 超溫和過熱

鍋爐的各個受熱位置，其中溫度最高的就是過熱器和再熱器，當汽側的換熱效果無法滿足鍋爐正常運行的需求時，就會引起溫度的異常升高，而形成超溫和過熱現象，這就會對過熱器和再熱器的正常運行造成不利影響。

針對我廠爆管情況進行了金相檢測，發現后墻水冷壁左數第100根、第178根垂直管爆管，向火面組織為相變組織，完全淬火的馬氏體針狀組織。

1.4 制造和安裝質量

對于鍋爐而言，其是由多個組成部分焊接而成的，這就導致其受熱面位置處的管道上難以避免存在多處焊縫，而對于鍋爐整體而言，其焊縫多達幾萬條。在對焊縫進行焊接的過程中，由于焊縫數量巨大，這就會大大增加其焊接質量的控制難度，導致未焊透、未熔合以及咬邊等各種缺陷的出現，而在高應力的連續作用下，這些缺陷處最終會發展成泄漏。因此，需要對鍋爐的整個焊接過程進行科學合理的控制，確保其焊接質量符合鍋爐正常運行的需求，進而為鍋爐的安全平穩運行提供可靠保障。

據介紹，改造后燃燒中心上移1.5m，對于直流鍋爐來說，可能水冷壁管內介質的干濕分界區會有變化，從而有利于異物在垂直管屏彎頭內沉積堵塞；對水冷壁管進行檢查，又發現33根水冷壁顏色異常，后墻水冷壁左聯箱對應管子22根，后墻水冷壁右聯箱對應管子11根，基本都集中在后墻水冷壁管，所以后墻水冷壁管介質流動阻力不同于其它三面墻，也是后墻左右聯箱對應垂直管屏彎頭內沉積堵塞的一個影響因素。根據檢驗結果和分析，#2爐后墻水冷壁管爆管原因是由于彎頭內異物堵塞，導致后墻水冷壁爆管發生短時過熱組織轉變，相變溫度超過15CrMoG的Ac3溫度（845℃），發生短時過熱爆管。同時大量管子，由于彎頭內異物堵塞，發生過熱導致水冷壁顏色異常。

2 防止鍋爐高溫受熱面超溫爆管的措施

鍋爐高溫受熱面超溫過熱是我廠長期存在的問題，也是引發或導致高溫受熱面爆管的重要原因。因此改變不合理的運行方式，杜絕鍋爐高溫受熱面超溫就必須引起高度重視。

2.1 控制爐膛出口煙溫

在鍋爐的設計過程中，爐膛出口的煙氣溫度是一項非常重要的設計參數，其對于鍋爐整體的設計質量具有十分重要的影響。當鍋爐內部的燃燒組織不合理，就會導致火焰的中心向上移動，進而造成爐膛出口的煙氣溫度過高，這就會對再熱器和過熱器的正常運行造成嚴重的不利影響。

為了能夠對爐膛出口煙氣的溫度進行有效控制，可以從燃燒器和排煙溫度兩個方面采取措施，可以采取“燃燒器～爐膛出口煙氣溫度～排煙溫度”三點式的溫度控制方式，這就能夠有效避免過熱器和再熱器出現異常高溫，為鍋爐的安全運行建立良好的基礎。

控制爐膛出口煙溫的措施有：

（1）停運上層燃燒器或磨煤機。根據我廠具體情況，提前預告負荷，盡早停運上層制粉系統，據統計，負荷500MW，停運上層制粉系統后，爐膛出口煙溫降低50℃～80℃

（2）降低一次風速。我廠鍋爐降低爐膛出口溫度的措施：

①降低一次風速：調整后將一次風風速從30m/s降低到25m/s左右。

②優化一、二、三次風風率之間的分配關系

③提高二次風速，調整其旋流強度，保證高溫回流，增加剛度。

2.2 控制降負荷速度

因機組降負荷速度太快引起的受熱面爆管位置通常不是發生在不是熱負荷最高的爐膛中部，而是在高溫受熱面冷段受熱面左前、左后、右前、右后的四個角上，即受熱面流量分配最小的區域。隨著主汽流量的減小，流量不均勻程度增大，出口汽溫偏差增大，管內汽溫與管壁溫度的差值也增大，特別在極熱態工況快速降負荷過程，位于鍋爐高溫過熱器冷段受熱面四個角上壁溫會迅速升高，造成短期超溫爆管。防止爆管的措施：

（1）機組正常停機盡量采用滑停方式。滑停過程中各級過熱器和再熱器出口蒸汽溫度處于可控狀態，控制受熱面溫度變化率在1.2℃ /min～ 1.5℃ /min。

（2）盡可能防止在滿負荷工況快速降到超低負荷運行。

2.3 流量偏差太大

管內蒸汽質量流速低，流動阻力小，低負荷時同屏各管流量分配不均顯著，深度調峰（36.1%BMCR負荷）從前往后各管內流量分布越來越大，管內蒸汽的上行和下行流動差異很大；引起過熱器內蒸汽流量減少，管內流量分配不均劇增。在一定的負荷下，下行流動存在臨界負荷，即低于臨界負荷前部受熱面會發生因管內流量極少而嚴重超溫爆管。穩定范圍。

3 結語

電廠鍋爐“四管”泄露是一個永恒的主題，是經常性的工作，完全杜絕四管泄露也是很難實現的，只有對根本原因進行分析和預控，才能有效的減少泄露。運行調整主要是從防止超溫、防止煙氣流速過大，防止結焦等手段。工作中只有結合設備原理，做好改進和防范措施，及時消除缺陷才能保障安全穩定運行，減少機組非計劃停運。

表1 造成鍋爐磨損的原因