火電機組積焦垮塌砸傷水冷壁管事故案例分析與研究

摘要：山東某發電廠應用的1號鍋爐焦垮塌砸傷水冷壁管故障嚴重影響設備的安全高效運行。通過對2024年1月24日積焦垮塌砸傷水冷壁管事故進行分析，查明導致該事故的原因3項，暴露設計和技術問題2項，并針對性地提出10項防范措施。通過對垮塌砸傷水冷壁管事故的研究和分析，為設備的安全可靠運行打下基礎。

關鍵詞：火電機組；積焦；垮塌；水冷壁管

水冷壁管概況

山東某發電廠應用的1號鍋爐為超臨界參數鍋爐，型號為SG-1185/25.73-M4416，該型號的鍋爐具有單爐膛、一次中間再熱、固態排渣等特點，鍋爐設計最大連續蒸發量（BMCR）為1185噸/小時，設定額定蒸汽壓力為25.83兆帕，溫度為574℃。水冷壁材質及結構：1號鍋爐的水冷壁采用環形集箱，下集箱外徑為324毫米，水冷壁管是前后墻下集箱冷卻水的主要路線，冷卻水經過螺旋水冷壁管進入爐膛起到冷卻效果，水冷螺旋管圈高度約為37.5米，螺旋角度為17.2353°，該系統包含372根水冷螺旋管。水冷壁螺旋管的材質為15CrMoG，型號為32×5.5毫米，水冷螺旋管的間距為48毫米。

事故現象及檢查情況

事故現象

2024年1月24日5時50分左右，1號機組的工況如下：機組負荷255兆瓦，主汽壓力21.65兆帕，主汽溫度561℃，再熱汽溫565℃，給水流量956噸/小時，主汽流量908噸/小時，均顯示較為正常。輔機的運行情況總體較為平穩，A、B、C、D制粉系統運行正常，A、B送風機、引風機、汽動給水泵運行均為正常狀態。

1月24日6時01分，給水流量突升至1020t/h，主汽壓力降至20.55兆帕。巡檢人員就地檢查發現前墻冷灰斗水冷壁泄漏，泄漏管為#3角左數第38根、標高約12.5米處。當班值班人員立即申請降負荷降壓運行，8時30分機組解列。

事故檢查情況

巡檢人員就地檢查發現前墻冷灰斗水冷壁（7.5米）泄漏后，及時開展對1號機組水冷壁管的現場檢查工作，檢查情況如下：

（1）現場對冷灰斗水冷壁管排進行檢查，發現1處水冷壁管向外泄漏，其余水冷壁管未見吹損減薄、脹粗、過熱（該區域不受熱）情況；泄漏區域5根管段存在較嚴重塑性變形；進入爐膛內清除積焦后發現冷灰斗區域水冷壁管有30余處機械損傷情況。

（2）現場查閱1號爐泄漏區域圖紙，確認本次泄漏管段的設計材質為15CrMo，規格為32×5.5毫米，與設計相符。

（3）檢查泄漏區域對側（3號角）上方冷灰斗水冷壁發現有重的積焦情況，沿3號角冷灰斗區域積焦高度約5.5米。

（4）對比檢查1號機組大屏、高溫過熱器、高溫再熱器受熱結焦情況，未見明顯結焦現象。

（5）調取近兩個月入爐煤質報告，入爐煤質化驗結果數據較穩定，可以看出實際入爐煤與設計的校核煤2接近，能夠滿足鍋爐設計要求，入廠煤灰熔點在鍋爐設計范圍內。

（6）通過查閱歷史機組運行調整參數，并與運行人員交流確認1號鍋爐現有的二次風配風情況為頂層燃燼風開度過大，底層二次風風量偏小，二次風壓力偏低。

（7）該鍋爐在設計時，為防止冷灰斗1、3號角水冷壁磨損，在1、3號角敷有澆注料，清除積焦后，檢查發現該區域澆注磨損嚴重，部分銷釘已外露。

事故原因分析

（1）4號角水冷壁冷灰斗位置泄漏原因為：爐膛3號角積焦垮塌，掉落后砸傷本次泄漏區域水冷壁管，使水冷壁管發生嚴重塑性形拉裂鰭片與管子焊縫熔合線。

（2）冷灰斗1、3號角在安設過程中敷設部分澆筑料，該澆筑料的存在對積焦有較大影響。澆筑料的存在一方面導致冷灰斗處水冷壁吸熱能力減弱，從而大大削弱冷渣效果，導致熔融的焦滴在冷卻不充分的情況下落在冷灰斗斜坡面上產生凝結；另一方面澆注料表面粗糙，流動阻力較大，熔焦易在此處凝結堆積，并因此造成惡性循環，導致1、3號角冷灰斗區域積焦嚴重，從而導致3號角冷灰斗處出現積焦垮塌現象。

（3）爐內配風不佳，主燃區風量小，二次風剛性不足，爐內燒實際切圓過大，熔融態的灰粒撞擊壁面概率增加，容易通過貼壁下落到達冷灰斗坡面，加之冷灰斗敷設的澆注料表面摩擦阻力較大，容易在該區域積焦。

（4）采用弱磁掃查法對水冷壁爆口附近及爐膛四面墻水冷壁管進行掃查，對腐蝕嚴重的部位進行超聲波測厚，經檢測發現，爐右墻后墻內壁腐蝕較為嚴重，且內壁腐蝕較為嚴重部位厚度在4.5毫米左右，但未及時更換。

暴露的問題

（1）鍋爐設計時1、3號角冷灰斗區域敷設澆注料時僅考慮到防磨問題，未能考慮積焦風險。

（2）針對鍋爐已出現的積焦問題，雖已引起重視，并制定運行措施，但采取的措施不夠有力，比如鍋爐運行氧量表不準確、二風壓力低等問題。

處理及防范措施

（1）根據檢查情況，對砸傷區域變形嚴重的5根水冷壁管進行換，形成10道新增焊口；對140余處機械損傷部位進行補焊，換管及補焊過程嚴格執行焊接工藝，并對新增焊口采取射線檢測方式進行檢查，檢測率100%。

（2）本次搶修過程中，加強換管過程技術監督，更換管材通光譜驗證符合設計要求，嚴格執行砂輪片割管，嚴禁電焊燒割，坡口制作時管口封堵，坡口完成時對管內金屬異物進行全部清理，杜絕金屬等異物進入水冷壁管內。

（3）在后期防磨防爆檢查工作中，結合機組實際情況擴大檢查，做到舉一反三，對發現的機械損傷、變形等異常情況及時處理，消除安全隱患。

（4）本次停機搶修期間在1號鍋爐1、3號角冷灰斗區域各加裝2只吹灰器。通過2號鍋爐改造后運行情況來看，該措施能夠明顯改善積焦情況。

（5）針對目前鍋爐燃燒配風方式，加以調整，建議配風方式可嘗試將原來上部7層全部開啟的二次風門及縮發風門僅間隔開啟3～4層，其他風門關至15%～20%，提高二次風壓，使煤粉在燃燒器區域大部分燃盡，避免上部強烈燃燒造成結焦；保持原二次風和29周界風門開度不變，如果效果不好再改回原來的配風方式。底部AA層二次風也建議適當關小（根據爐渣可燃物的量予以變動）。

（6）針對運行人員反映的鍋爐氧量表數據不準的問題，及時校驗儀表，為運行人員調整提供準確依據。

（7）優化吹灰方式，要求運行管理人員在爐膛及屏區吹灰時注意各層及各墻落渣量的情況，對于掉渣偏多的位置應適當增加吹灰頻次，避免結焦偏重區域形成嚴重結焦。

（8）鍋爐在供熱期長時高負荷運行后，嘗試向調度申請降負荷。短時降低爐內熱負荷，有助于已經形成的小面積結焦脫落而降低對鍋爐運行的威脅。

（9）開展燃燒調整試驗，針對目前再熱氣溫高、后墻懸吊管溫高問題，組織優化燃燒，確定合理的運行方式。

（10）采用弱磁掃查法對水冷壁爆口附近及爐膛四面墻水冷壁管進行掃查，對腐蝕嚴重的部位進行超聲波測厚，經檢測發現，爐右墻后墻內壁腐蝕較為嚴重，且內壁腐蝕較為嚴重部位厚度在4.5毫米左右，根據以上檢測結果，須采取換管處理。

結論

通過對山東某發電廠應用的1號鍋爐積焦垮塌砸傷水冷壁管故障進行分析，查明導致該事故的原因3項，暴露設計和技術問題2項，并針對性地提出10項防范措施。通過對垮塌砸傷水冷壁管事故的研究和分析，保障了發電機組的安全可靠運行。