W型火焰锅炉炉内管爆漏的原因分析及预防措施

　　摘　要：针对华能石家庄分公司一单元W型火焰锅炉的炉内管爆漏问题，从存在的设计缺陷、技术原因等方面进行了分析，通过采取各种切实可行的防治措施，取得了较好的防治效果。
　　关键词：W型火焰锅炉；炉内管；爆漏；措施?
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1设备简介
　　华能石家庄分公司一单元2×350 MW机组采用加拿大 B&W设计制造的亚临界压力、一次中间再热、自然循环、固态排渣的W型火焰锅炉，额定蒸发流量1 085.1 t/h。过热器出口蒸汽压力17.94 MPa,温度540 ℃，再热器入口蒸汽压力3.02 MPa，温度301 ℃；再热器出口蒸汽压力2.88 MPa，温度539 ℃。锅炉无省煤器，给水直接进入汽包，给水温度282 ℃。设计煤种为25%阳泉无烟煤与75%寿阳贫煤的混煤。
　　燃烧系统采用4台MPS89K型中速磨直吹系统，燃烧方式为W型火焰下喷燃烧，前后墙各布置10个PAXXCL燃烧器。
　　一单元投产初期，由于设计不合理，导致过热器严重超温，锅炉频繁爆管，在能源部西安热工研究院的参与下，对锅炉进行了如下改造：
　　a. 去掉炉膛四周冷灰斗以上3 m高的卫燃带，其面积由设计的1 022m2减至763m2。
　　b. 去掉屏过两侧各一前后串联屏过热器。
　　c. 将1/3的水平低温过热器改造为省煤器。
　　后来为解决燃烧器的调节灵活性问题，＃1炉、＃2炉分别于1995年、1998年大修期间对20只燃烧器进行了改造和全部更换。?

2爆漏原因分析
2.1焊缝泄漏
　　经统计分析，焊缝泄漏主要原因表现在以下几个方面。
　　a. 在机组投产初期，焊缝泄漏问题尤为突出，至今共发生11次泄漏，其主要缺陷有夹渣、气孔、咬边、未焊透等。形成这些缺陷的主要原因是制造厂和基建单位的焊接质量不稳定，当时由于没有切实可行的探伤方法，致使大量带有缺陷的焊缝投入运行，造成机组投产初期的焊缝频繁泄漏。
　　b. 焊接裂纹。如去年＃1炉的中间再热器泄漏，主要原因是没有严格按照焊接规程和焊接工艺进行焊接，且焊接前后热处理不当。
　　c. 焊后因残余应力大，运行中又由于零件之间的热胀不畅，附加应力增大，很容易造成焊口泄漏。至今共发生17次，主要出现在包墙鳍片、水冷壁拉稀管处、省煤器入口后包墙处等。
　　d. 由于异种钢焊接接头各区之间的化学成分、导热系数和热胀系数不同，运行中在事故情况下，烟气侧和汽侧发生剧烈突变时，极易造成焊缝接头处和高再屏过管卡等薄弱环节开裂。如?＃1炉高再屏的爆管，主要原因是运行中汽机CV调门关闭，而MSV没有关闭，从跳闸逻辑上并没有发出汽机跳闸信号，直到28 s后发电机逆功率保护动作，此时锅炉3台磨组运行，高旁处于关闭状态，过热器安全门动作，再热器处于干烧状态，大联锁保护动作后，锅炉送/引风机保持运行，即再热器首先处于干烧状态，然后再遇快速冷却的过程，最后导致高再屏过第2根管子上的母卡下端大部分开裂。
2.2短时过热
　　因短时过热引起爆管的原因主要表现在以下几个方面。
　　a. 炉内局部热负荷过高如喷燃器调节不妥，导致燃烧火焰直冲受热面管子。对于前后墙对冲布置的W火焰燃烧器，因喷燃器布置不均匀，在启动初期造成火焰中心偏移尤为明显，容易导致屏过大面积超温。
　　b. 汽水分配不均因集箱中的静压变化引起同屏各管之间的流量偏差过大，特别是在启动过程中，如果正常的循环未建立，则汽水流动不均匀，甚至会发生部分流动中断，造成汽水分配不均。
　　c. 管内的汽水循环不良多数情况是由于异物堵塞引起，如结垢、焊瘤、铁丝及“眼睛”圈等物，另外检修冲管后，可能使铁屑、氧化皮聚积于低凹处，造成堵塞。华能石家庄分公司二过入口屏近3年来的5次爆管均由异物堵塞引起，经停炉在管道内部检查发现，管壁上有大量大块的焊渣、砂轮铁芯、铁丝等。
2.3长时过热
　　锅炉管道在设计温度下运行，其使用寿命能达到10～15万h以上。如果管壁温度长期处于设计温度以上而低于材料的下临界温度，则会发生碳化物球化，管壁氧化减薄，持久强度下降，蠕变速度加快，直至最终爆管。超温程度越高，寿命越短。在正常运行状态下，长时间超温爆管主要发生在高温过热器的外圈和高温再热器的向火面。由于华能石家庄分公司的2台W型火焰锅炉在我国是首次使用，外方设计经验缺乏，炉膛高度不足，过热器严重超温，在进行了较大的锅炉改造后仍没有达到设计要求，其中一项为去掉屏过两侧前后串联屏过热器，致使二过对应的入口屏烟气温度偏高，其对应屏过金属壁温较同排的屏过金属温度高8～15 ℃，给以后的锅炉运行留下隐患，现已造成多次爆管，严重威胁着机组的安全稳定运行。
2.4磨损
　　燃煤锅炉,尤其是配烧无烟煤锅炉的飞灰中夹带坚硬颗粒冲刷管子表面，造成磨损。当烟气中有磨蚀性时，管子表面因磨损—腐蚀的恶性循环而加剧。另外，由于局部结构不合理、管道堵灰、燃烧方式不当等原因导致烟气流动不均而造成的局部烟速过高，也加快了受热面的磨损。如＃1炉包墙管变形后的磨损，主要是由于煤粉偏粗并且人为加大掺烧无烟煤比例而引起的。?

3防止炉内管爆漏的措施
3.1针对焊接问题而采取的措施
　　a. 加大检查力度。依据部颁标准，制定切实可行的防磨防爆制度，本着“宁繁不简，宁细不烂，全面检查，把握重点”的工作原则，做到“分工明确，责任到人，检查到位”。在实际中“逢停即检”，充分利用每次的停炉检修时机进行全面检查，发现问题及时采取措施，防止或减少锅炉炉内管爆漏。
　　b. 由合格焊工严格按照焊规和焊接工艺进行焊接。 所有检修的高压焊口必须进行100%的探伤检查。 大修中对焊接残余应力大和运行中附加应力大的焊缝应重点进行探伤和外观检查。
　　c. 对于异种钢的焊接问题，已更换为同种材质的管卡，并降低了管卡接头处的应力集中，有效地延长了锅炉管材的使用寿命。
3.2 对于事故停炉快速冷却采取的措施
　　a. 机组停运后，在启动电泵（定速泵）上水前必须关闭一、二减及再热器减温调门前手动门，防止减温调门内漏，使大量的低温给水进入过热器和再热器。
　　b. 停机前3 h机组负荷降到50%额定负荷，压力9.8 MPa，主再热汽温降到500 ℃以下。
　　c. 解列前，锅炉汽包压力必须保持在8.23 MPa以下。
　　d. 解列后，通过锅炉疏水门控制好降压速率，确保在6.5 h以内达到带压放水的要求。
　　e. 在进入快速冷却前，锅炉保持高水位，严密监视汽包金属壁温，使其上下壁温差≤50 ℃，但汽包压力在2.94 MPa以下时，壁温差≤65 ℃。
　　f. 必须保持两侧风机运行才允许进行通风冷却（冬季暖风器随风机投运）。
　　g. 停运后2 h内，保持A/B送风机出力＜300 t/h。同时调整各磨组二次风挡板开度一致。
　　h. 停运2 h以后，根据金属壁温及压降速率，增加二次风流量，但总风量夏季≤700 t/h，冬季≤500 t/h。
　　i. 冷却压降速率≤0.14 MPa/min，屏过金属温降速率≤0.5 ℃/min。当汽包压力降到0.98 MPa时，停运送/引风机，锅炉带压放水，要求下降管同时均匀放水。
　　j. 如果冷却过程出现局部大量掉焦，应立即减少冷却风量，查明原因。
　　k. 在锅炉烘干期间，禁止关闭锅炉侧疏水门和空气门，烘干结束并确认空气门无蒸汽冒出，方可关闭。锅炉烘干后，必须再次启动两侧风机冷却。
3.3防止锅炉超温措施
3.3.1启动过程中防止超温措施
　　a. 锅炉具备上水条件后关闭一、二减以及再热器减温调门前手动门。
　　b. 在汽泵具备运行条件后，应及时投运，减少上水压差。
　　c. 汽包压力＞6.86 MPa后，开启一、二减及再热器减温调门前手动门。
　　d. 锅炉点火后总风量控制在500 t/h，根据油枪投入量，逐渐增加到850 t/h，燃油和雾化空气压力控制在0.098～0.147 MPa之间。
　　e. 汽包压力以0～0.98 MPa升压，每30 min对称切换一次油枪（A、B或C、D磨组油枪），并通过底部放水门使其3～4 h达到要求（2.94 MPa以后可按照规程升压率执行。）
　　f. 环境温度＜23 ℃时暖风器必须投入运行。
　　g. 由于锅炉使用MPS磨组，磨组煤粉较粗，启动初期着火比较困难，加之锅炉设计不合理，容易造成过热器大面积超温。因此必须确认启动磨组的煤质情况，主要是检查停磨时机组有无负荷受限问题，若有，则该磨组不能作为启动备用磨组。
　　h. 汽包压力为8.33 MPa时，汽机冲车前必须有2台磨组备用。汽机转速3 000 r/min时，在备用状态下的2台磨组可以随时启动。
　　i. 并网后启动第1台磨组前必须确认该磨组油枪火焰较长且明亮，把总风量控制在550 t/h左右，磨组运行后控制参数为：一次风量60 t/h、磨组出口温度＞93 ℃，对应磨组增压风挡板全关。
　　j. 当炉膛稳燃后，逐步增加煤量至18 t/h，同时也逐步增加增压风量，如磨组煤量达到22～23 t/h时锅炉没有稳燃，则禁止增加煤量或停运该磨组，否则过热器就会出现局部大面积恶性超温，应视温度情况投运减温水。
　　k. 视机组负荷、压力、温度情况，启动第2台磨组，第2台磨组运行后控制参数按d、e执行。当第2台磨组给煤量达到18 t/h时，机组负荷已达60 MW以上。
　　l. 如启动过程中发现减温水门失控，则禁止磨组启动或磨组启动后也应及时停运。根据机组情况逐渐均匀增加煤量和负荷。
3.3.2运行中防止超温措施
　　a. 采取措施，杜绝人为误操作出现的恶性超温现象。
　　b. 严格执行磨组一次风标定制度，保证磨组各粉管的均匀性，防止其出现误差而导致运行中炉膛热负荷出现大的偏差。
　　c. 严格执行规定的配煤标准，防止炉膛火焰中心上移。
　　d. 合理调整内外调风挡板的位置，这样可使炉41 m层烟气温度降低20～30 ℃，有效降低减温水流量。同时针对因去掉两侧串联屏后，二过两侧入口屏频繁超温爆管的问题，从对应的喷燃器上一一进行调整，目前比同排的屏过温度仅高4～7 ℃，延长了二过入口屏的使用寿命。
　　e. 制定合理的吹灰制度并严格执行。
　　f. 正确投入并使用机组旁路系统，确保在事故情况下快速启动，及时用蒸汽冷却再热器。
　　g. 加强对过热器和再热器的金属监督，对使用寿命接近设计寿命的管子及时予以更换，防止再次发生爆管。
3.4防止磨损措施
　　a. 适当降低无烟煤的掺配比例，可有效提高磨组煤粉细度。
　　b. 避免风机过载运行，把过剩空气系数控制在设计值的低限。
　　c. 定期对磨组加载弹簧进行调整，使其保持在最佳出力位置。
　　d. 每月定期检查磨组各粉管的煤粉细度，发现问题及时调整磨组分离器挡板。
　　e. 跟踪并不定期检查磨辊磨损情况，对于磨损严重的要及时进行补焊，一般需在4 500～7 000h之内。?

4 结论及建议
　　虽然华能石家庄分公司的锅炉设计不太合理，但针对锅炉超温问题经过多次改造和燃烧调整，已使其能够安全稳定地运行，炉内管爆漏次数由2002年的7次下降到2003年的1次，效果比较理想。
　　针对磨组煤粉细度不合格的问题，已计划对MPS磨组进行技术改造。
　　由于机组大联锁保护问题，建议把机组运行中CV阀的全关等同于MCS关闭，以达到保护再热器的目的。