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锅炉末级过热器爆漏原因分析

发布时间：2011/4/12 阅读次数：1652 字体大小: 【小】【中】【大】

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锅炉末级过热器爆漏原因分析

作者：王长征　杜承德　尹君　尹民权　陈岭

单位：华电国际邹县发电厂

摘要：本文主要针对我厂三期两台2020t/h燃煤锅炉末级过热器爆漏现象，结合锅炉的结构和设备存在的问题以及燃烧工况现状，系统的分析了造成末级过热器爆漏的原因。

关键词：末过　爆漏原因　分析探讨

1　概述

邹县发电厂总装机容量2400MW。Ⅲ期工程2×600MW机组，#5炉1997年1月17日投产，#6炉1997年11月5日投产。该锅炉是美国Foster Wheeler公司生产的亚临界中间再热自然循环单汽包2020t/h燃煤锅炉。锅炉MCR工况下的汽包压力为19.29 MPa，主蒸汽压力为18.07 MPa，主蒸汽温度为541℃，锅炉循环倍率为4：1。炉膛宽21882mm、深16955mm、高50960mm。过热器由五级组成；顶棚、包复、初级（低温）、分隔屏（全大屏）和末级（高温）过热器。蒸汽从初级过热器出口联箱引出，经一级喷水减温器送到分隔屏入口联箱。从分隔屏入口联箱上垂直引出5只小联箱，各屏管子从锅炉前墙进入炉膛，然后上转垂直从炉顶引出进入每屏3个出口联箱，从分隔屏出口联箱流出的蒸汽经30根(每个联箱引出2根 )导管进入二级喷水减温器。从减温器出来直接进入末级过热器。末级过热器布置在炉膛出口折焰角上部，沿炉宽布置37排，共两个回路，每排由13根管子组成，管径Φ57.15mm，采用SA-213TP304H不锈钢管子。

2　存在问题

自从投产以来#5、#6锅炉时常发生“四管”爆漏现象，过热器的泄漏率占“四管”泄漏率的71.4%，特别是末级过热器爆漏4次（见附表1）。停炉后进入炉膛，观察发现，末级过热器的管排有严重变形现象。特别是处于炉膛中心部位的14～17排，在管排的下部1/3处约3米长的管段，整组管排弯曲偏向一侧，弯曲的管排下部已经与相邻管排接触。

附表1　末级过热器爆漏时间及位置

爆漏时间	爆管前运行小时	末级过热器爆漏位置	备注
2002年12月	点火后40h20min 并网后 30h40min	#6炉末级过热器入口段，距顶棚4米左右。东数第8排中间第12、13管子过热引起爆破，管圈甩至东数第二片分割屏处，致使3根分割屏及12根顶棚管减薄超标	更换末过3根管子，分隔屏管7根, 顶棚管10根
2003年 2月	点火后 34h55min并网后 17h25min	#5炉末级过热器入口段，距下弯头2.5米。西数第8屏过热器南数第2圈爆破泄漏	西数第4屏过热器南数第2圈过热
2003年 4月	点火后 36h25min 并网后28h30min	#5炉末级过热器入口段，管排最下圈处向上2.5米爆断。西数第8屏过热器南数第1圈爆破泄漏，断后管道甩到高温再热器上打扁9根管子	更换末过管子1根，再热器管9根
2004年 7月	点火后 64h08min并网后56h35min	#5炉末级过热进口联箱顶棚以下标高约55米处东数第8排南数第2根管子爆破，哧黑第3根管子。南数第3根管子哧黑段更换。	更换长度1100mm，管材为SA213-TP304H，

3　末级过热器爆漏原因

针对#5、#6炉末级过热器几次爆管情况，通过爆破的时间来看，有一个共同点，均在锅炉点火后35至41小时左右。在点火初期锅炉负荷低蒸汽流动慢，对受热面管壁冷却效果差，再加上煤、油混烧，火焰中心偏斜，燃烧工况恶化等导致爆管。几次爆管均在东8屏和西8屏，此处也是烟气流经的高温区。几次爆管均发生在顶棚以下标高51米～57米的区域。从设计、运行、维护等方面分析主要有以下原因：

3.1　锅炉结构方面

3.1.1　高温再热器位置的影响

由于末级过热器沿炉宽仅布置37排，各排之间形成较强的烟气走廊，但是处在末级过热器后部的高温再热器，则没有布置满烟道，通过图1可以看出，高温再热器属于半截吊挂式布置，布置在末级过热器后面的烟道上部。该烟道高约9米，高温再热器只吊挂布置在上部5米处，下部留有4米的高度没有布置受热面。而高温再热器垂直管圈沿炉宽布置76排，每排有14根Ф50.8mm的管子组成，每排管子之间只有240mm的间距。由于上部管排密集，烟气阻力大，使高温烟气在上部停留时间延长，高温再热器下部形成一条空旷的烟气走廊。从炉膛顶棚向下折返的一股高温烟气。从炉膛上来的高温烟气，受折焰角的作用，转向后直接从折焰角上部向后流动，正好与从顶棚折返下来高温烟气混合，两股烟气都从此空旷的水平段流动。也就使的处在交汇处的末级过热器中下半段（51米～57米处）管排热负荷集中，也就了增加爆管的概率。

3.1.2　顶棚倾斜角度过大探讨

一般锅炉顶棚管从前部炉膛到后部烟道，普遍采用水平或接近水平方式布置，但是该锅炉顶棚管采取倾斜布置，炉膛前部比后部高出2米多（见图1），所以就容易出现烟气在炉膛前部涡流或瞬时滞留现象。增加了末级管子超温的可能性。炉膛火焰燃烧后，迅速冲顶，就使高温烟气向下折返，由于锅炉顶棚采用斜顶棚，前高后低，出现阻力加大，在顶棚下方5米左右区域形成高温烟气走廊，就在炉膛前上部即距离顶棚10米处形成高温回流区。折返下来的高温烟气最先冲刷的就是末级过热器，特别是处在末过入口段，也就容易出现超温爆管。一般锅炉屏式过热器设计成两级（前屏和后屏），分隔屏过热器布置在折焰角上方。由于#5、#6炉分隔屏设计成一级，且布置在折焰角以下8.61米处。由于分隔屏全长23米多，宽7米多（见图1），与折焰角的距离只剩800mm。因此直接影响炉膛火焰中心上部高温气流的流动，使烟气上升冲顶及折返的速度加快，又加剧了对末级过热器的放热。

3.2　运行工况方面

3.2.1　煤、油混烧

燃烧器采用前后墙对冲布置。按3层4列布置；共24只燃烧器。前墙自上而下为A、C、D三层，后墙自上而下为B、E、F三层。燃烧器相互对旋；上两排#1、#2与#3、#4对旋；最下一排#1、#2对旋；#3、#4对旋。在每一只燃烧器内布置一只油枪，每只油枪设计出力1846kg/h。因磨煤机采用直吹式，启动磨煤机前程序投入油枪，待磨煤机运行正常后停油枪，此时烧油约30分钟左右。停磨煤机前同样需要程序投入油枪，烧油时间约20分钟左右，当切换磨煤机转移负荷整个过程一般8只油枪1小时最少燃用柴油近14.768吨。由于煤、油混烧需要的二次风量要比正常运行要大的多，所以在此过程中属于缺氧不完全燃烧，造成火焰拉长。特别是在锅炉的启、停阶段煤、油混烧更显得突出。

3.2.2　燃烧器结焦

经过几年的运行，发现燃烧器内部出现部分变形损坏等缺陷，影响了一、二次风的旋流强度与方向造成结焦。从#5、#6锅炉结焦时间来看，主要体现在2001年以来，从结焦状况来看主要是集中在燃烧器的旋口附近。因燃烧不良造成旋口的结焦越结越大，最后超重掉下。从2001年到2004年1月#5、#6炉冷灰斗发生36次大渣堵渣门被迫放渣。17次出现燃烧器温度高报警和火检探头积灰，5次BSOD自动关闭致使成对燃烧器退出运行造成磨煤机跳闸。单从#5、#6炉产生炉渣的数量上也反映出锅炉燃烧工况好坏，#5炉脱水仓内的炉渣有15天就能储满脱水仓，而#6炉15天脱水仓则只有半仓炉渣。以上足以证明燃烧器的性能以及锅炉的燃烧工况在不断恶化。锅炉结焦不但影响受热面的传热还造成有时燃烧偏斜，尤其是现在燃烧器旋口结焦和燃烧器内部堆积焦块，造成旋流紊乱，这种不完全燃烧的高温（火焰）气流就拉的更长，对末级过热器威胁更大。

3.2.3　减温水用量方面

在分隔屏过热器的入口装有一级减喷水减温器，出口装有二级减喷水减温器，设计两级减温水用量为317t/h，一级占2/3，二级占1/3，但一级减温水一直用量偏低，主要采用二级减温水控制主汽温的偏差。对比我省同类锅炉减温水量偏大，德州电厂660MW机组设计两级减温水用量为87t/h，聊城电厂600MW机组设计两级减温水用量为198t/h。由此看来减温水量设计偏高。机组长期参与调峰，调峰频率大，加上某一侧二级减温器喷水量偏大，影响该侧的蒸汽流速，使之两侧减温器产生较大的流量偏差。容易引起末级过热器在低负荷运行时蒸汽吸热量偏大，造成管壁过热。

初次爆管后虽然怀疑与减温水用量有关，但经过几次观察，发现锅炉点火时，当启动给水泵后，各级减温水的阀门均没有发现内漏现象，所以不会出现减温水经过二级减温器后流入末级过热器，在管内形成水塞现象。在锅炉停炉后几次进入炉顶大包内，观察二级减温器的结构。从分隔屏出来的蒸汽经蒸汽导管进入二级减温器与减温水混合后，完全可以良好混合。就是在锅炉启动阶段，如果减温水门不严，出现内漏，也会流入位置低的蒸汽导管，因为东8屏和西8屏末级过热器的导管处在减温器的侧上方即钟表10点与2点的位置。如果有雾化不好的减温水进入减温器，也会进入末级过热器其它位置较低的导管或分隔屏出口导管。为什么几次爆管都发生在锅炉点火后40小时左右（见附表1），是否与减温水用量有关还有待探讨。

3.3　其它方面

长吹灰器与受热面管排之间的距离设计太小，近12米长的枪管进入炉内，会自然下垂或出现摆头，因此距离管子的距离会更近，对受热面的吹蚀会加大。由于机组长周期运行，受热面的防磨瓦脱落较多。为了保证吹灰效果，长吹灰器蒸汽温度设计440℃，实际运行中经常在460℃左右，加上炉内高温烟气，枪管的冷却效果差，枪管的刚性降低，使枪管在高温烟气下弯曲变形，枪管距炉管就更近了，高温蒸汽吹蚀管壁的情况就会加重。

4　防止对策

4.1　针对#5、#6炉末级过热器存在的问题，在小修中已经按计划进行防磨防爆检查。由于防磨瓦容易脱落，在高温区域受热面的迎烟侧采用超音速电弧喷涂2/3管圈。对末级过热器长吹通道两侧受热面管子，以吹灰器水平面为中心沿管子上下各半米，喷焊材选用镍铬碳化铬金属陶瓷复合粉，喷焊层硬度：HRC>60。起到一定的防磨防爆作用。

4.2　锅炉已经6年多没有进行大修，应该利用平时停炉机会及时修复燃烧器内外部烧毁的部件及结构。运行中及时清除燃烧器结焦，以防形成大焦影响燃烧，坚持短时间停炉应从炉膛外进行除焦，长时间停炉应进行炉膛内除焦，以保证良好的燃烧工况。当切换磨煤机时，尽量提高二次风大板风箱的风压，如果启、停上层燃烧器时，可以开大一点辅助风或者修改油枪投入程序，避免长时间煤、油混烧。

4.3　坚持每次停炉后认真检查燃烧器内外部件，及时清除布风板处的焦块和旋口结焦。对燃烧器内外各二次风（套筒）挡板进行开关试验，校对内外开度，使其开关灵活无卡涩确保运行中一、二次风畅通。

4.4　合理使用一、二级减温水的技术措施。强调调节汽温时，应以一级减温为主，二级减温细调。一、二级喷水要协调控制，杜绝二级喷水流量过大而一级减温水流量过小，造成主汽温发生超温现象。达到合理使用二级减温水的用量，保护好末级过热器。

4.5　因为该锅炉是美国Foster Wheeler公司专门按照我们的要求而生产的，现在看来锅炉顶棚后部高度偏低，如果将顶棚后部提高2米形成水平布置，即增加了高度，又解决了顶棚倾斜烟气滞留问题。或者借鉴改变燃烧器旋流方向的布置方式来改变调整炉膛火焰中心的分布，从而避免上两层火咀运行时出现的火焰过于集中在中间分隔屏的问题。

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1 概述

2 存在问题

3 末级过热器爆漏原因

4 防止对策

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4　防止对策