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大容量锅炉高温受热面超温失效原因及对策

发布时间：2009/6/26 阅读次数：625 字体大小: 【小】【中】【大】

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大容量锅炉高温受热面超温失效原因及对策

程绍兵1，谭昌友2
（1.广东省电力工业学校，广东广州510520；
2.广东省广电集团有限公司，广东广州510600）

　　摘　要：近年来，大容量锅炉高温受热面超温爆管现象普遍，严重危及了机组的安全、经济运行。为此，结合超温爆管事故，分析了高温受热面超温原因，介绍了受热面管子因过热或高温腐蚀而失效的机理，并提出了解决问题的相应技术措施。
　　关键词：大容量锅炉；受热面；超温；爆管；失效；对策

Overtemperature failures of hightemperature heating surface in largecapacityboilers: cause analysis and countermeasures
CHENG Shaobing1, TAN Changyou2
(1. Guangdong Electric Power Industrial School, Guangzhou 510520, China;
2. Guan gdong GuangDian Power Grid Group Co., Ltd., Guangzhou 510600, China)

　　Abstract: The prevalent overtemperature caused tube bursting of high　tempera tu re heating surface in largecapacity boilers in recent years has seriously enda n gered the safe and economic operation of units. This paper analyzes the causes of the overtemperature problem,describes the mechanism of heating surfa ce tube failures due to overheat or hightemperature corrosion, and pu ts forward some countermeasures.
　　Keywords: largecapacity boiler; heating surface; overtemperature; tubebursting; failure; countermeasure

　　现代大型火力发电厂锅炉过热蒸汽器、再热蒸汽器超温爆管现象较普遍，不论是国产型、引进型、进口型都发生过超温爆管事故，严重影响机组的安全运行。现以 200 MW, 300 MW机组锅炉过热蒸汽器、再热蒸汽器为例，对其超温失效原因进行分析，并提出相应的防止措施，供电厂锅炉工作者参考、借鉴。

1受热面超温原因分析
1.1切向燃烧引起烟温偏差
　　四角布置切圆燃烧方式的锅炉，在炉膛出口处存在着一定的残余气流旋转，使沿炉膛宽度方向的炉膛出口烟温和烟速分布存在一定偏差。燃烧器的布置方式，如各股气流的引入角度，一、二、三次风的动量比，气流切圆直径影响到气流的旋转强度，进而影响水平烟道的烟温分布，这些因素都使实际的受热面吸热产生了偏差。因此，烟气温度场和速度场的分布偏差是过热蒸汽器、再热蒸汽器管超温的重要原因。
　　切向燃烧锅炉炉膛出口的烟温偏差具有以下特点：锅炉容量越大则偏差越大；吸热偏差的图形发生变化，吸热量最大点远离炉膛中心而离炉墙约(0.1～0.15)B（B为炉膛宽度，常规逆时针方向旋转时，该点靠近右侧墙）；炉膛出口热偏差的图形和烟温、烟速的分布基本固定。炉膛出口右下部（逆时针方向旋转时）有一个高烟温、烟速区，它们使该处的再热蒸汽器管屏下部壁温急剧升高。
1.2“烟气走廊”及集箱系统的三通区域存在涡流
　　高温过热蒸汽器的爆管多发生于外圈下弯头的前弯向火侧，这是由于此处处于高烟温区，且下部不同程度地存在一定的烟气走廊，使底部通过的烟气量增大，造成底部的弯头处容易超温。
　　目前大容量锅炉再热蒸汽器集箱多是采用三通结构，并从径向引入、引出。由于进口三通附近的集箱存在涡流区，使该区域管屏中的流量减少，屏间热偏差增大，增加了超温爆管的可能性，切向燃烧锅炉燃烧侧热负荷较高的区域往往位于进口三通附近，若设计不当，加上这两种偏差叠加，就极易造成进口三通附近管屏超温爆管。
1.3同屏各管的吸热偏差
　　过热蒸汽器、再热蒸汽器同屏管间吸热偏差较大是造成超温的另一主要原因。同一屏中各根管子进出口汽温有很大的偏差，同屏各排管子受炉膛或屏前烟气辐射的角系数也不同，因而各排管子的吸热偏差大，特别是外管圈、最内管圈吸热量大，热偏差大，该部位最易超温爆管。
1.4壁温测点温度失真
　　由于表盘的受热面壁温运行监测点不能真实反映实际壁温状况，显示值低，使运行人员进行壁温调整失去依据而造成超温。这主要是由于测点位置的选择及安装方法不合适，使测点未装在最高壁温管上，且插入式的安装方法经常不能正确测出实际出口温度。
1.5燃烧调整不当，造成火焰中心上移或燃烧偏斜
　　运行中不能根据燃烧的需要及时调整各层燃烧器配风，使燃烧器工况恶化，火焰中心上移；煤粉燃烧行程加长，使炉膛出口烟温升高，加大超温的幅度；同层燃烧器各角一次风口风速不均匀，同层给粉机转速不均匀等造成燃烧偏斜，使炉膛出口烟道温度场和速度场分布不均，加大局部超温的可能。
1.6锅炉设备运行工况的改变
　　在起停磨煤机及锅炉负荷升降的过程中，运行工况的动态变化速度过快，这会使过热蒸汽器管壁温度上升，而经常在这种状态运行，必然导致超温效应的积累。在低负荷运行时，对后屏出口汽温控制不当，则会造成后屏过热蒸汽器超温。
1.7受热面表面清洁程度对超温的影响
　　受热面表面积灰、结渣、结垢等也会造成壁温升高。吹灰器长期不能投入，使炉膛受热面粘灰严重，促使炉膛出口烟气温度进一步升高，加剧过热蒸汽器超温。
1.8空气预热器、炉本体漏风也会加剧超温
　　运行中空气预热器漏风严重，可使燃烧器配风不足，造成燃烧偏斜，燃烧过程加长，加剧过热蒸汽器超温；炉底漏风、炉本体漏风严重，造成炉膛出口烟温、烟气量增加，加剧超温。
2受热面超温失效机理介绍
2.1受热面超温过热引起组织老化而产生蠕变爆管
　　高温受热面（以电厂典型材料12Cr1MoV珠光体钢为例），长期在高温中运行，金相组织发生有规律的变化，显微组织经历一个动态变化过程，主要表现为碳化物的变化。碳化物的变化形态及聚集情况分为5个阶段。
　　a) 未球化
　　组织特征为聚集形态的珠光体，其中碳化物并非全为片状，存在灰色的块状区域，此组织为材料的原始组织（见图1）。

　　b) 轻度球化
　　组织特征为聚集形态的珠光体区域已开始分散，但其组织还是十分密集，珠光体保持原有的区域状态，珠光体内碳化物已全部成为小球体（见图2）。

　　c) 中度球化
　　组织特征为珠光体区域内碳化物已明显分散，但保持原有的区域形态，珠光体内碳化物已全部成小球体（见图3）。

d) 完全球化
　　大部分碳化物已分布于铁素体晶界上，仅有极少量的珠光体区域的痕迹（见图4）。

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