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600MW机组超临界直流锅炉分隔屏过热器爆管及分析

发布时间：2011/3/20 阅读次数：1215 字体大小: 【小】【中】【大】

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该文发表于2007年10月号《华东电力》ISSN1001-9529；CN31-1479/TM；第35卷第10期（总425期）

摘要：分析某发电厂1号锅炉分隔屏过热器超温爆管的原因，介绍所采取的针对性运行调整措施及实施结果。

关键词：超临界；直流锅炉；分隔屏过热器；爆管

中图分类号：TK223 文献标识码：B 文章编号：1001-9529（2007）10-0078-04

Cause of tube explosion of division panel superheaters of once through boilers for 600 MW supercritical units and countermeasures

Abstract: The tube explosion causes for the division panel superheater of Tianji Power Plant No. 1 boiler are analyzed. Countermeasures adopted for operational adjustment as well as the results are presented.

Key word: supercritical; once through boiler: division panel superheater; tube explosion

某发电厂一期工程装有2台600MW超临界燃煤机组，1号机组于某年5月进入整套启动阶段， 7月26日投产。该机组锅炉为超临界压力螺旋管圈直流炉，炉膛四角布置直流式喷燃器，配置6台中速磨煤机直吹式制粉系统，锅炉采用等离子方式点火（四角A层布置），启动系统采用容量为30%BMCR的不带循环泵的内置式启动系统，汽轮机设高低压两级串联旁路系统，旁路容量为35%BMCR。

1 锅炉爆管经过

5月30日，机组首次整套启动，顺利进行锅炉点火、汽机冲转、发电机并网，机组带10%初始负荷4小时进行暖机，机组与系统解列后，做汽轮机超速试验，做汽机主汽门及调速汽门严密性试验。

5月31日，机组再次启动， 6月1日1：53发电机并网，逐渐加负荷，14：22向调度申请机组加负荷,进行锅炉安全门校验, 17：30左右，锅炉转干态运行，发现机组补给水量异常，各系统进行全面检查，未发现明显异常情况，在对给水和疏放水系统进行全面检查和隔离后，机组补给水量有所下降，于是按计划带负荷进行锅炉安全门校验，23：20发现捞渣机卡涩现象，发现内部有疑似受热面钢管。即向调度申请停炉，当时机组负荷330MW，分离器压力22MPa，过热器出口温度正常，给水量860～920t，燃煤量178t。确定锅炉爆管，经调度同意，于6月2日 1：42锅炉停炉。

2 爆管检查及分析

2.1 爆管情况检查和试验

（1）停炉后进入炉膛检查：发现分隔屏过热器爆管断裂，部分管屏及定位管变形严重。

（2）光谱分析检查：分隔屏管进口段材质为T12，出口段材质为T23，下部外三圈为T91，T91与T12间用T23短管过渡，通过对现场管光谱分析检查，材质与设计图纸相符。

（3）硬度检查：对爆管管子和现场管子进行硬度检查，T91管子HB基本在170左右，T23管子HB基本在140～150左右，T12管子HB基本在120～130左右，参考ASTM SA213标准，T12管子的硬度标准是不超过163HB，T23管子的硬度标准是不超过220HB，T91管子的硬度标准是不超过250HB。从硬度检查上看,T91、T23、T12管子存在硬度梯度，数值符合ASTM SA213标准要求。

（4）金相组织检查：在现场分别对T12、T23、T91三种材质管子进行金相取样分析，T12、T91钢金相组织未发生明显变化，晶粒度、组织都基本正常，未发现组织有球化现象。但爆破的T23管子爆口侧组织呈条形，碳化物严重球化并聚集长大，晶界呈链状；爆口背面组织也严重球化并聚集长大，晶界呈链状。

2.2 分隔屏过热器爆管原因

分隔屏过热器材质主要有SA-213 T12、T23 和T91，分别适用于≦540℃、≦580℃，≦650℃工况下运行，（额定工况下分隔屏过热器出口蒸汽温度为482℃，管壁温度为532℃），机组启动期间，由于分隔屏过热器较长时间超过其额定温度运行，受热面过热，个别时段甚至超过管材金属的最高使用温度，使管材金属内部组织发生变化，许用应力下降，管子在内应力作用下产生塑性变形，最后导致超温爆管。

（1）爆口分析

对上图爆破管观察分析，该管子材质为T23，从管子上的爆口来看，爆口长度约130mm，宽度约50mm。破口处张开很大，呈喇叭状。破口边缘锐利，减薄较多，破口断裂面较为光滑，呈撕裂状，破口附近管子有一定的胀粗，破口内壁由于爆管时管内汽流急速冲击而显得较光洁。管子外壁呈蓝黑色，破口附近并没有平行于破口的轴向裂纹。从这些情况可以看出，管子由于在短期内即被过热到较高的温度，其强度产生了明显下降，但此时管子在高温下有较好的韧性，在内部介质压力的作用下，管子随之产生了较大的塑性变形，管径胀大，管壁开始减薄，当管子厚度满足不了强度的要求时，就产生了爆破。通常情况下，管子的周向应力都是远大于轴向应力的，所以管子爆口张开较大。

（2）对T23管在不同温度下的最小壁厚计算分析

T23材料在不同温度下对应的许用应力参考值如下：

温度(℃)	20	100	300	400	450	500	525	550	575	600	625	650
许用应力（MPa）	128	128	125	124	117	111	105	87	71	56	38	25

从上表中可以看出, T23材质在525℃以下时,许用应力变化不大,超过550℃时,许用应力下降较快。

不同温度下管子理论壁厚计算公式（不考虑弯管和氧化等其它因素）

S=PD0/（2［σ］η+2Yp）

S：管子理论计算壁厚（mm）

P：设计压力（MPa）

D0：管子外径（mm）

［σ］：相应温度下的许用应力（MPa）

η：许用应力修正系数，直管取1

Y：温度修正系数，530℃以上取0.7

根据以上公式计算，对应T23管子外径为φ41.3 mm，计算不同温度和压力下管子的最小壁厚值如下：

分隔屏出口管壁温度（℃）	压力（MPa）	许用应力（MPa）	管子理论壁厚S （mm）
530	25.4	95	4.65
550	25.4	87	5.0
600	22	56	6.36
625	22	38	8.51
640	22	31	9.79

由以上计算结果可以得知，在当时的运行工况下，蒸汽压力为22MPa时，当管壁温度超过600℃时，管子计算的最小壁厚（6.36mm）已超出了原管子设计的壁厚（5.59mm），当管壁温度达到625℃和640℃时，其最小壁厚要求远大于管子的设计壁厚。

本次分隔屏过热器爆管，损坏严重的是T23材质的管子。是由于运行中管子温度超过了设计使用温度较多造成的爆管。虽然管壁超温没有引起组织发生相变，但其组织已完全球化，晶界呈链状，强度大幅下降，满足不了介质运行工况要求，于是在管子上最薄弱的环节发生了爆管。

3 超温原因分析

3.1 运行参数检查

（1）因温度显示偏差，运行未及时发现管壁超温，通过对历史数据的查询，分隔屏过热器管壁温度以下两个时段出现过超温报警现象：

5月31日1：56到3：06，分隔屏过热器管壁温度达580℃以上，最高点达602℃。期间机组负荷60MW左右，锅炉A、B磨、等离子方式运行，燃煤量70t/h左右，汽机高压旁路调整门处于全关状态。

5月31日8：38到11：10，分隔屏过热器管壁温度达580℃以上，9：27，管壁温度达600℃以上，最高点达638℃，11：05，管壁温度达600℃以上，最高点达650℃。期间机组负荷为零，锅炉A、B磨、等离子方式运行，燃煤量70t/h左右，汽机主汽门及调速汽门严密性试验，汽机高压旁路调整门开度保持在30%左右。

（2）减温水量使用过大，总量最高达120 t/h以上。减温水的使用使得后屏过热器和末级过热器未发生超温现象。

3.2 分隔屏过热器超温原因

（1）分隔屏过热器蒸汽通流量偏低，导致分隔屏过热器冷却不足。两次超温中，一次是机组带60MW负荷时，汽机旁路全关时段，一次是机组解列后，汽机做主汽门及调速汽门严密性试验阶段。高旁开度偏小及主汽门及调速汽门关闭使锅炉过热器蒸汽通流量较少，分隔屏过热器管内蒸汽流速较低，传热效果差，冷却不足而导致超温。

（2）在低负荷运行时，锅炉采用等离子方式点火，磨煤机出口温度70℃，一次风速在30m/s左右，煤粉着火点较远，燃烧不完全，火焰中心上移，使水冷壁吸热减少，过热器吸热增强。

4 采取措施

4.1 加强锅炉启动初期运行监视和仪表分析

（1）保证热工测量仪表的准确性和保护的投入率，运行人员要加强对热工保护的监视和仪表分析，尽早发现并解决问题，防止误判断及误操作，特别是要密切关注各受热面管壁金属温度的变化趋势，一旦出现超温报警，应立刻停止升温升压操作，并可以调整降低锅炉燃烧率。

（2）正常投用锅炉炉管泄漏报警装置,并加强运行监视和分析,发生报警及时对炉内进行就地监听检查。发现受热面泄漏时，要及时停炉，避免事故扩大。

（3）经常关注机组补水量, 保持水煤比稳定, 发现异常及时进行分析处理。

（4）监视炉内负压和排烟温度变化趋势,发现异常及时进行分析处理。

（5）监视水冷壁管壁温差和启动分离器出口过热度在允许范围内。

4.2 优化旁路控制方式，提高过热器蒸汽通流量

锅炉点火初期和低负荷运行时，修改旁路控制方式中有关定值，以达到提前和开大高压、低压旁路调整门，增加过热器、再热器通流量，以保护过热器和再热器运行的安全。

（1）提前打开高压旁路，开度控制50%以上。锅炉点火时，高压旁路处于关闭状态，主汽压力达到0.5MPa时，高压旁路开启至10%，旁路保持开度不变。直到主汽压力达到1.0MPa（原定值为1.2MPa）时，高压旁路以1.0MPa（原定值为1.2MPa）定压运行，随着燃烧率增加，逐渐开大，开度到50%（原定值为30%）时进入升压方式。

（2）降低升压速度，加大升压过程中高压旁路开度。进入升压方式控制后，高旁控制升压速度不高于0.12MPa/min（原定值为0.6MPa/min）。升压速度高于此值，高旁旁路继续开大；升压速度低于此值时，旁路关小，提高升压速度（此时限制开度不能小于50%），直至主汽压力达到汽机冲转压力8.4MPa。

（3）加强燃烧调整保证旁路开度50%以上。当主汽压力达到冲转压力8.4MPa后，旁路进入定压运行模式，50%最小开度限制自动解除。此时运行人员应当注意不应降低燃烧率，避免旁路关回太多导致主汽流量太小。如果发生燃烧工况异常，应加强燃烧保持主汽温度稳定和旁路至少50%以上开度。

（4）低旁控制方式以提高再热器流量为目标，提高最小开度限额。机组启动过程中，高压旁路开度10%时，低压旁路开至最小开度50％（原定值为20%），主汽压力未达到8.4MPa以前保持开度不小于50%。

4.3 加强运行燃烧调整控制，提高燃烧稳定性

（1）等离子点火模式下，降低一次风速（保持在20～22m/s），增加对应层（特别是燃料风档板的开度）和上层二次风速，一方面一次风可尽快着火，另一方面又能在炉膛充分燃烧。

（2）点火初期，提高等离子燃烧器对应的A磨煤机出口风粉混合物的温度，维持80℃～85℃运行，使一次风的着火点提前，增加炉膛的燃烧率。

（3）锅炉投煤初期，降低锅炉炉膛燃烧器摆动喷嘴的角度，降低炉膛火焰中心高度，从而有效降低分隔屏过热器底部温度。

（4）点火初期可以考虑燃油和等离子混合燃烧模式，以降低炉膛火焰中心高度。

（5）加大燃尽（CCOFA）风及上几层辅助风风门的开度，降低火焰中心，适时开启SOFA风，消除炉膛出口气流的残余旋转，减小两侧烟温差。当投入第二台磨煤机（B磨煤机）后逐渐开大一层CCOFA风至70%以上，有必要时可适当增开第二层CCOFA风。

4.4 加强锅炉湿态运行的给水控制

（1）控制给水流量，降低至580t/h左右运行，增加锅炉的蒸发量比例，降低各级汽温。

（2）提高给水温度，增加除氧器的辅汽加热蒸汽量；增加启动分离器至除氧器的回水量；尽早投入高加运行（机组冷态启动时，汽机挂闸后，即利用冷再蒸汽投入2号高压加热器运行）。

（3）适当控制合理使用减温水，调节各级蒸汽温度，但必须注意避免减温水过调，保持减温后蒸汽有一定的过热度。

5 改进后的效果

经过运行方式和参数的调整，严格按运行规程规定操作，锅炉各受热面管壁温度在允许范围内，从未发生过超温报警现象，分隔屏过热器管壁温度基本维持在440℃～460℃，减温水很少使用，锅炉的运行状况得到了很大的好转。

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