山西國金電力有限公司 王智慧

1 引言

循環(huán)流化床因良好的環(huán)保性和較廣的燃料適應(yīng)性被廣泛應(yīng)用在熱電行業(yè)，具備非常強(qiáng)的負(fù)荷運(yùn)行調(diào)節(jié)能力。爆管是循環(huán)流化床鍋爐較常發(fā)生的生產(chǎn)事故，鍋爐受熱面一旦發(fā)生爆管，需要停機(jī)一周以上進(jìn)行故障處理，對(duì)熱電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和安全生產(chǎn)會(huì)造成較大的影響[1]。本文從鍋爐受熱面爆管事故的起因著手，對(duì)爆管后事故處理情況與改善措施進(jìn)行全方位分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，防止熱電行業(yè)該類事故的再次發(fā)生。

2 350MW循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備簡介

鍋爐具有循環(huán)流化床燃燒方式、超臨界直流燃煤鍋爐、單爐膛、M 型布置、一次中間再熱、半露天島式布置、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊等結(jié)構(gòu)。前爐膛內(nèi)布置6片高溫過熱屏、6片中溫二過熱屏和6片高溫再熱屏、5片水冷屏。管屏采用膜式壁結(jié)構(gòu)，垂直布置。主要參數(shù)：最大連續(xù)蒸發(fā)量為1215t/h，過熱器出口額定壓力25.5MPa，過熱器出口額定溫度571℃，再熱蒸汽流量995t/h，再熱蒸汽進(jìn)/出溫度571℃/333℃。高溫再熱器（以下簡稱高再） 管屏受熱面管規(guī)格Φ76x6mm，材質(zhì)為SA-213TP347H。鰭片材質(zhì)為06Cr19Ni10 奧氏體不銹鋼。

3 引起循環(huán)流化床鍋爐爆管的原因

本廠高再管屏2017 年共發(fā)生5 次高再泄漏，2019 年發(fā)生2 次高再泄漏，泄漏位置全部為上半屏的高溫區(qū)域。低再管道從2015年開始，發(fā)生4次泄漏，3次發(fā)生在中隔墻處固定裝置彎管處，1次發(fā)生在后爐膛前墻處固定裝置彎管上。結(jié)合本廠鍋爐受熱面爆管與其他350MW鍋爐受熱面爆管對(duì)比分析，引起鍋爐爆管事故發(fā)生的深層原因有以下幾點(diǎn)。

3.1 鍋爐設(shè)計(jì)原因

3.1.1 爐型設(shè)計(jì)不夠理想

我國煤產(chǎn)資源豐富，但煤中含有較多的堿性金屬，還存在易結(jié)焦易玷污、灰熔點(diǎn)低的特征[2]。本廠配備的鍋爐受熱面主要分布于爐膛內(nèi)部，煤燃燒生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的固體循環(huán)物料，這些物料對(duì)管道受熱面不斷進(jìn)行沖刷，以此提高煤的熱效率，避免床溫過高，床層出現(xiàn)結(jié)焦，水冷壁發(fā)生物料玷污的情況。此爐型在運(yùn)行過程中設(shè)計(jì)缺點(diǎn)帶來的不利影響比預(yù)想得更為嚴(yán)重，集中表現(xiàn)為鍋爐爐膛內(nèi)部過熱、器再熱器、蒸發(fā)管等部件的受熱面在循環(huán)物料的不停沖刷之下爆管事故頻發(fā)。

3.1.2 管排設(shè)計(jì)存在缺陷

爐內(nèi)管屏存在同屏管道之間溫差大（中間管道溫度偏高）、熱應(yīng)力集中、不同管屏間溫差大的問題（#3、#4、#5管屏溫度偏高）。因?yàn)檫M(jìn)出口聯(lián)箱選取不合理，流量分配不均，節(jié)流圈布置不合理，流速分配不均勻；可布置位置不合理管屏受熱不均。從高再屏變形嚴(yán)重，可以發(fā)現(xiàn)高再存在較大熱應(yīng)力。高再屏跨度大，最長距離26m，呈L 型布置，爐前墻34m 處固定點(diǎn)運(yùn)行中隨鍋爐向下膨脹，上部穿60m 標(biāo)高爐頂向上膨脹，與水冷屏存在156mm 膨脹差，運(yùn)行中工作環(huán)境相對(duì)惡劣。

從泄漏現(xiàn)象分析，爆口多發(fā)生在焊接處。原因?yàn)楦咴倨潦钦w焊接，寬4.5m，運(yùn)行中同一屏的管道溫度偏差達(dá)40℃左右，同屏管間膨脹量不同產(chǎn)生應(yīng)力集中，特別是啟停爐或斷煤時(shí)，爐膛內(nèi)溫度變化大，易導(dǎo)致鰭片拉裂管材。根據(jù)鍋爐廠方案改造后減小了集中應(yīng)力，延長了機(jī)組運(yùn)行時(shí)間，但泄漏事件說明未徹底解決應(yīng)力集中問題，這是造成高再泄漏的主要原因。穿墻管再熱器固定裝置設(shè)計(jì)不合理，固定裝置與低再管彎頭處焊縫開裂，是造成低再泄漏的直接原因。

3.1.3 配套設(shè)施存在缺陷

因鍋爐長期運(yùn)行生產(chǎn)，未定期對(duì)爐膛內(nèi)吹灰器和吹灰管進(jìn)行檢查，致使受熱面發(fā)生不同程度的變形而未及時(shí)整修，被迫停用后，設(shè)備長期不吹灰，讓細(xì)顆粒灰塵逐漸沉淀在受熱管壁上，部分地方發(fā)生堵塞問題，局部管道形成了煙氣走廊，加劇了管道其他部位的磨損情況，灰塵長期沉積易引發(fā)管道腐蝕。另一方面，SNCR 噴槍噴頭的霧化效果明顯下降，噴出的氨含量逐漸增大，容易集結(jié)硫酸氫銨，在爐膛內(nèi)管壁上發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象，進(jìn)而腐蝕內(nèi)管壁。此外還發(fā)現(xiàn)1 臺(tái)U 型返料器存在密封不良的現(xiàn)象，致使鍋爐啟動(dòng)前期發(fā)生設(shè)備短路問題。

3.1.4 制造安裝不夠嚴(yán)謹(jǐn)

膜式冷水壁與其周圍個(gè)別密封鱗片焊接時(shí)因咬邊過深，致使密封性能不夠均勻，降低了水冷壁的密封性。部分澆注料在布置時(shí)，較為松散，不夠牢固，導(dǎo)流板缺少澆注料造成煙道漏風(fēng)。防磨設(shè)施與爐膛管壁的貼合度不夠，防磨效果甚微。

3.2 燃燒煤質(zhì)的影響

3.2.1 煤粒度影響

當(dāng)煤粒度較大時(shí)，煙氣帶入高溫絕熱式旋風(fēng)分離器的物料相對(duì)較少，很難維持設(shè)備的正常返料量，致使床溫過高，煤燃燒不充分、煤渣量偏多、鍋爐熱效率降低等問題；當(dāng)煤粒度較小時(shí)，高溫絕熱式旋風(fēng)分離器所能捕捉的灰量減小，此時(shí)床溫過高，會(huì)讓細(xì)灰大量離開鍋爐，影響煤的燃燒進(jìn)度，加大除塵阻力，降低鍋爐熱效率。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，煤入爐較為合適的粒徑在0～10mm。當(dāng)入爐煤粒徑為12mm，煙氣中會(huì)產(chǎn)生直徑較大的固體顆粒，加劇對(duì)爐內(nèi)各項(xiàng)設(shè)備的磨損，當(dāng)入爐煤粒徑小于8mm時(shí)，可以降低近一半的爐內(nèi)設(shè)備磨損量。

3.2.2 一、二次風(fēng)量影響

煤燃燒時(shí)輸送的一、二次風(fēng)量分配比例，直接影響燃料在爐膛內(nèi)部不同高度區(qū)域燃燒的效率，對(duì)沿爐高的固體粒子分布情況也有一定的影響，同時(shí)起到調(diào)節(jié)稀相去與密相區(qū)溫度分布的作用[3]。研究人員試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，造成鍋爐內(nèi)床溫過高、煙氣流速過大的主要原因是一次風(fēng)量輸送過大，二次風(fēng)量輸送不足。因此，想要降低設(shè)備的磨損應(yīng)首先考慮優(yōu)化風(fēng)量配比，調(diào)節(jié)一次風(fēng)的風(fēng)速，風(fēng)量。

4 解決循環(huán)流化床鍋爐爆管的措施

4.1 解決設(shè)計(jì)和安裝缺陷的措施

焊接質(zhì)量需要控制，不得強(qiáng)行對(duì)口、不得加熱對(duì)口。焊縫余高要圓滑過渡到母材，焊縫表面不得有尖銳的溝槽。焊縫余高不超過2mm。焊接要多層多道，避免溫度疊加升高。每層焊接完畢后用噴霧狀純凈水急劇冷卻至室溫，方可進(jìn)下層焊接。焊接速度要快，焊接填充厚度不能超過焊絲直徑，每根焊絲焊接長度不小于焊絲長度的50%。焊前采用不銹鋼專用砂輪打磨坡口面及周圍15mm 以上范圍呈金屬光澤，手工鎢極氬弧焊對(duì)接焊縫,高再一層打底，兩層填充，三次蓋面成型，高過一層打底，三次填充、一次蓋面成型。

鍋爐設(shè)計(jì)和安裝時(shí)，將熱工測點(diǎn)、人孔部位從原有分布位置，改成向爐外分布的鋼管，并使用集銷釘對(duì)其進(jìn)行焊密處理。澆筑材料改為高耐磨的注澆料，利用堆焊技術(shù)焊接耐磨材料與終結(jié)點(diǎn)附件管子間的縫隙。按照行業(yè)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)重新密封返料器，將膜式水冷壁稀相區(qū)四個(gè)角的直角澆注料改為切角澆注料進(jìn)行加固。穿墻管先進(jìn)行一層加套管保護(hù)，再對(duì)其進(jìn)行澆注料澆注施工，從而消除其漏風(fēng)現(xiàn)象。

4.2 運(yùn)行防范措施

4.2.1 啟動(dòng)過程控制

鍋爐點(diǎn)火后，嚴(yán)格控制床溫升不超3℃/min，控制汽溫升不超2℃/min。投煤后，嚴(yán)禁煤量大幅波動(dòng)，保證鍋爐各床溫測點(diǎn)溫升均勻。機(jī)組啟動(dòng)過程中通過燃燒調(diào)整控制汽溫，嚴(yán)禁大量投入減溫水，如必須投入減溫水控制時(shí)，嚴(yán)格控制減溫器后溫度大于對(duì)應(yīng)飽和溫度10℃以上，避免減溫水霧化不良，受熱面積水形成水塞，導(dǎo)致管道壁溫急劇升高。啟動(dòng)過程中控制汽溫變化≤1.5℃/min，全程監(jiān)視各壁溫測點(diǎn)的變化，相鄰屏間管壁或同屏各管壁溫差控制在20℃以內(nèi)，發(fā)現(xiàn)管壁溫度異常升高或降低時(shí)，應(yīng)穩(wěn)定工況運(yùn)行，停止升溫升壓。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，蒸汽升溫、升壓應(yīng)同步進(jìn)行?？刂棋仩t升壓率0.03～0.05MPa/min。鍋爐狀態(tài)要平穩(wěn)，嚴(yán)禁反復(fù)轉(zhuǎn)態(tài)，造成受熱面溫度大幅波動(dòng)。鍋爐并網(wǎng)前，嚴(yán)格控制鍋爐出口煙氣溫度不準(zhǔn)超過560℃，防止再熱器管子超溫。在熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)，并網(wǎng)升負(fù)荷過程中，關(guān)閉旁路后，必須及時(shí)調(diào)整風(fēng)量，防止管壁超溫。在升負(fù)荷過程中做好投入減溫水準(zhǔn)備，及時(shí)投入再熱器減溫水，控制蒸汽溫度，防止管屏超溫。

4.2.2 運(yùn)行過程控制

機(jī)組運(yùn)行中升降負(fù)荷盡量平穩(wěn)，負(fù)荷變化率不超6MW/min。運(yùn)行人員及時(shí)了解當(dāng)班燃燒煤種的變化，根據(jù)燃煤的情況做好燃燒調(diào)整工作。如入爐煤熱值發(fā)生大幅度變化，應(yīng)提前控制，防止煙溫大幅度變化。為防止運(yùn)行中斷煤、堵煤影響負(fù)荷大幅變化，捅煤隊(duì)伍應(yīng)有足夠的經(jīng)驗(yàn)豐富的人員。輸煤運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)與燃供部溝通調(diào)整配煤。按時(shí)投入吹灰，預(yù)防結(jié)焦，受熱面表面清潔程度對(duì)超溫的影響很大，受熱面表面按時(shí)投入吹灰，預(yù)防結(jié)焦，受熱面表面清潔程度對(duì)超溫的影響很大，受熱面表面積灰、結(jié)渣、結(jié)垢等也會(huì)造成壁溫升高。如再器管壁超溫則加強(qiáng)對(duì)長吹的投入次數(shù)。防止或減輕高溫氧化腐蝕，嚴(yán)格按照鍋爐監(jiān)察和金屬監(jiān)督規(guī)程[4]，嚴(yán)禁超溫、超壓運(yùn)行，加強(qiáng)爐水、蒸汽品質(zhì)管理，把pH 值控制在要求的范圍內(nèi)。停爐檢修期間，要采取妥善的防腐措施，需要熟悉掌握吹灰對(duì)溫度的影響，做到提前控制。

4.2.3 停運(yùn)過程控制

減負(fù)荷速率控制在每分鐘1.5%BMCR 以內(nèi)，主、再熱汽溫下降速率控制在1～1.5℃/min 左右，注意主、再熱汽溫及鍋爐金屬壁溫的監(jiān)視和調(diào)整。鍋爐BT后，及時(shí)關(guān)閉風(fēng)機(jī)動(dòng)葉及出入口擋板，關(guān)閉鍋爐所有疏水、排空，進(jìn)行悶爐。悶爐8h后，開啟煙氣擋板進(jìn)行自然通風(fēng)冷卻。悶爐24h 后方可啟動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻。緊急停爐后，開啟機(jī)側(cè)高旁、再熱器排空門進(jìn)行降壓，降壓速率不大于0.03MPa/min。

4.3 解決煤和風(fēng)量的措施

企業(yè)可以從原材料供應(yīng)著手進(jìn)行管理，控制煤質(zhì)量，調(diào)整煤的配備比例，改善入爐煤粒徑與灰分情況，合理分配一次、二次風(fēng)量提高煤的燃燒效率。

5 預(yù)防循環(huán)流化床鍋爐爆管的對(duì)策

5.1 控制入爐媒質(zhì)

350MW 循環(huán)流化床鍋爐摻雜了矸石或其他劣質(zhì)煤后，會(huì)加劇鍋爐的磨損。需要嚴(yán)格按照熱電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)控制入爐煤粒徑，使用直徑小于10mm 的其他劣質(zhì)煤、直徑小于7mm的煤矸石和風(fēng)氧化煤進(jìn)行摻燒，以防入爐媒顆粒直徑過大，對(duì)鍋爐受熱面產(chǎn)生的大力磨損，從煤質(zhì)控制方面實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)流化床鍋爐爆管問題的有效預(yù)防。

5.2 停爐期間及時(shí)檢查設(shè)備受熱面的磨損情況

循環(huán)流化床鍋爐停爐期間安排專業(yè)能力強(qiáng)的工作人員進(jìn)入爐膛、尾部煙道內(nèi)部，分別進(jìn)行受熱面的磨損、破損、澆筑脫落等情況進(jìn)行排查，采取分片責(zé)任制，將每片區(qū)域的檢查工作落實(shí)到個(gè)人，并要求每個(gè)檢查人員嚴(yán)格按照行業(yè)相關(guān)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查，以防出現(xiàn)漏查、少查的情況，對(duì)重點(diǎn)部位可安排兩個(gè)人進(jìn)行交叉檢查，以保證檢查的準(zhǔn)確性，針對(duì)不達(dá)標(biāo)的防磨設(shè)施應(yīng)及時(shí)給予修補(bǔ)或替換，當(dāng)管壁厚度磨損較為嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行修整。

6 結(jié)語

研究人員運(yùn)用硬度測試、成分檢測等表征測試技術(shù)手段對(duì)鍋爐受熱面爆管的起因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)管道磨損量非常大，出現(xiàn)破損或澆筑脫落問題，進(jìn)而引發(fā)鍋爐受熱面爆管事故。在今后選擇管道材料時(shí)需要嚴(yán)格按照行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格把控，同時(shí)控制好系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，定期對(duì)鍋爐管道進(jìn)行質(zhì)量檢修，確保循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)在運(yùn)行期的穩(wěn)定性，促進(jìn)熱電行業(yè)長足發(fā)展。