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1、600WM超临界机组过热器局部超温原因及控制摘要：近年来，锅炉高温受热面超温爆管现象时有发生，严重危及到了机组的安全、经济运行。为此，结合本厂过热器局部超温的例子，分析了高温受热面超温原因，并提出了解决问题的相应技术措施，以供参考。关键词：大容量锅炉；过热器；燃烧器；管壁超温1锅炉设备概况电力O有限公司锅炉为超临界参数变压运行本生直流锅炉，单炉膛、一次再热、平衡通风。燃烧器布置方式采用前后墙布置,对冲燃烧。前后墙上各布置了4层燃烧器,每层各有4只。在最上层煤粉燃烧器上方，前后墙各布置了1层燃烬风口，每层布置7只，共14只燃烬风口。2运行过程中存在的问题目前，3号炉末过13排19号管超温报警，最
2、高值为630,且与此温度点相邻管壁温度显示偏差达90,为了防止超温导致爆管事件的发生，有必要对该现象进行分析，并采取措施进行调整。3过热器局部管壁超温原因分析3.1 蒸汽工质流量分配不均或管内形成水阻低负荷过热器管内工质的流量分配不均匀，容易造成管壁超温。在机组启动过程中，由于给水调整不及时造成过热器管内积水或低负荷运行时，投入减温水不当会造成管内水塞，从而引起局部过热。3.2 管子内部严重结垢或异物堵塞管子由于蒸汽不良，引起管内结垢严重。另外，在检修过程中有遗留在管子内部的杂物或焊渣掉落在管子弯头处，也易导致管壁温超温。3.3 炉内局部热负荷过高或燃烧中心偏离炉内局部热负荷过高或燃烧中心偏离
3、，使附近管壁温度超过设计的允许值，主要体现在以下两个方面：运行过程中对各层燃烧器配风不当，当工况发生变化时，没有及时进行调整，使燃烧工况继续恶化，导致炉膛出口烟道温度场和速度场分布不均。制粉系统出现故障，例如磨煤机单侧分离器堵塞、部分粉管堵塞以及粉管风速偏差太大等造成的炉内燃烧偏斜。3.4 受热面结焦严重由于燃?发星高、灰熔点低的煤种或吹灰器故障等原因，过热器受热面表面容易积灰、结渣、结垢，这些都会造成管壁超温。3.5 过热器管壁内氧化皮脱落在锅炉的频繁启动、停炉或升降负荷过程中，管子温度变化幅度过大，导致氧化膜开裂脱落，积在U型弯的底部，堵塞了过热器管，造成短期超温爆管。4防止过热器管壁局部
4、超温对策防止过热器管壁局部超温对策主要有：机组低负荷或机组启动时应尽量减少用减温水，防止管内形成水阻。提高机组蒸汽品质，做好停炉后的锅炉保养工作，尤其要注意停炉后不能在过热器管内存积水，管道检修后不留任何残物。做好运行调整工作，找出合理的运行方式，缓解超温问题。当火焰中心偏斜时，参考锅炉两侧的氧量值、减温水流量和各受热面壁温偏差来判断火焰中心偏斜程度，及时通过调整磨运行方式或临时开启粉管清扫风来进行调整；当火焰中心过高时，二次风采用倒三角型配风或采用宝塔型各磨给煤量，适当提高炉膛压力、降低炉膛与二次风箱差压或适当降低一次风压。运行中，要严格控制好机组起停磨煤机升降负荷的调节速度，避免变化速度过
5、快造成的超温，减少因空气预热器和炉膛本体漏风而引起的超温。根据过热器个别管壁超温情况适当开大一级减温水量,控制后屏出口温度。要缓慢减少负荷,使蒸汽流量的变化与炉内热负荷的变化趋于平衡。使用掺烧挥发分高、灰熔点低的煤时，煤粉进入炉膛后提前着火，炉膛及屏过区域易结焦，后面的受热面区域易产生热偏差，从而造成管壁易超温。所以，应做好燃烧调整工作，通过调整磨煤机分离器的出口温度、提前一次风整等方法及时进行调整。尽量对受热面进行全面、连续的吹灰，避免因吹灰不当造成局部形成烟气走廊。避免局部受热而频繁吹灰，造成吸热量增大。防范氧化皮的产生。氧化皮是金属在高温水汽中发生氧化的结果，氧化所消耗的氧来源于水汽本身
6、，而非来源于溶解在水汽中的分子氧。因此，氧化皮的产生和剥离与水工况无关，氧化皮的剥离与机组采用的材质、锅炉燃烧工况、机组启停速率有关。首先，正确选材是解决氧化皮脱落最根本的措施，在锅炉设计或投运以后的改造中，对高温过热器和再热器采用抗高温氧化性能和抗剥离性能更好一些的材质，可以使氧化皮的厚度显著减小。大量的研究和试验表明，细晶TP347FG钢管在550以上时的抗蒸汽氧化性能良好，其蒸汽侧氧化皮生长速度较慢，因此，这一措施已在国内外电厂开始应用。其次，要做好氧化皮的定期检测工作。在大、中修期间，采用氧化皮监测仪对过热器、再热器进行氧化皮检测，同时对管材进行寿命评估，并及时更换氧化较严重的管材。再
7、次，机组启动时，要严格按规程控制好升温速度，防止运行中超温，尽可能地减缓机组温度变化的速度，尽量避免紧急停炉，严禁停炉后通风快速冷却，以防氧化皮脱落。机组大修停炉时快速停炉冷却，使氧化皮尽快脱落,并在大修期间清除干净。另外，还要做好停炉防腐工作，防止过热器、再热器弯头积水而造成停运腐蚀。最后，采用汽轮机启动旁路系统吹扫氧化皮。在机组启动初期，利用机组本身的一、二级旁路系统对锅炉的过热器、再热器进行蒸汽吹管，通过监测凝结水中铁含量的变化，判断是否有氧化皮脱落。在运行过程中，过热器管内有少量氧化皮的处理办法是将负荷降至4(X)420MW,通过增加100120MW的负荷进行扰动，负荷来回变化2次以上
8、；将升负荷速率控制在2025MWmin之间，以达到快速增加蒸汽量和快速提高蒸汽压力的目的，有利于蒸汽带走脱落氧化皮。在扰动过程中保持主、再热蒸汽温度在额定范围内，通过快速变动负荷吹扫氧化皮，效果明显，该超温点温度恢复至正常值。该措施不仅防止了锅炉受热面爆管，也减少了机组非停次数，使运行机组的安全性、经济性都得到了提高。参考文献1朱全利.锅炉设备及系统M.北京：中国电力出版社，2011超临界锅炉过热器连续爆管事故案例超临界机组锅炉超温爆管事故时有发生，本文为某厂锅炉过热器连续两次爆管的分析过程。以为前车之鉴！一、事故过程1第一次爆管过程2012年2月7日，停机备用第一次启动后，机组负荷350MW
9、左右，#1炉末过左数第8屏第7、13号及第12屏第6号T91炉管发生爆管，爆口在进口段标高58米的直管上，且这三处爆口形状较为一致，呈喇叭状（鱼嘴状），爆口边缘较薄，爆口周边管段有起皱发黑过热迹象。由于爆裂炉管吹损，末过入口第6屏第11至16根管、第14屏第9根管吹损减薄严重、屏过出口第11屏第2至13根和第21根吹损减薄严重。检修时对爆管的3根管屏从顶棚下400mm以下整段T91管材至出口段TP347H夹持管以上部分进行了更换，上述吹损管屏进行割除更换新管处理。同时发现末过入口第1屏第7根、第3屏第7根、第10屏第6、12根夹持管，第4屏第5根、第15屏第3根管子入口段T91颜色较黑，对第1
10、0屏第12根割除40Omm作为金相组织检测样品。同时，对末过入口第1屏第7根和第10屏第12根管进行硬度检测，检测分别为130HB和160HB。由于发黑管的抽检硬度值比正常值180HB偏小得多,对硬度值小于160HB以下的炉管进行全部更换。2第二次爆管过程2月20日，#1炉在第二次启动后，负荷在370MW左右，发生左数第10屏末过入口侧第12号T91炉管爆管，爆管位置在标高56米异种钢焊缝附近，爆口边缘尖锐、上下端断裂，呈喇叭状，且周边管子表面胀粗严重，而且存在表面氧化龟裂现象。本次爆管受吹损的炉管有末过入口侧第10排第16号管（标高55m）、高再左数第30排第1、2号管（标高54m）、后水悬
11、吊管左数第32号管（标高52m）。检修时对爆管的管屏从顶棚下400mm以下整段T91管材至出口段TP347H夹持管以上部分进行了更换，上述吹损管屏进行割除更换新管处理。2月24、25日，对末过1、3、4、7、8、10、12、15屏底部弯头及末过管屏部分夹持管氧化皮易堆积处进行300多张X射线拍片检查，检查发现少许氧化皮。2月25日开始，对末过入口30个入口小集箱进行割手孔检查，发现第16屏的存在集箱钻孔残留“眼镜片”（直径约为35mm左右），但未堵塞入口，第30屏小集箱内部第8号管入口孔有裂纹。2月25、26日，对末过管屏进行硬度检查，发现第8屏7号管、第10屏12号管、第12屏12号管硬度均
12、偏小，在150165HB之间。第8屏7号管第一次爆管已更换大部分管材，第二次启动时发现该管管壁温度超限7分钟后恢复正常，宏观检查发现T91部分56m段发现胀粗和硬度下降，对胀粗部分进行更换,并对整段管屏进行了通球和内窥检查，无异物。宏观检查，末过入口侧第29屏2号管（标高56m）,胀粗率超过1.2%的胀粗标准，进行更换；其他的均正常。根据专家组建议，3月1日晚，对部分出口段夹持管第7、13号管段易堆积氧化皮处进行拍片检查，发现第1屏13管疑似氧化皮数量较多，割管检查发现大量氧化皮。二、爆管原因分析本次末过爆管比较特殊一是爆管和超温的数量较多，有4根爆管，6根过热；二是爆管位置在末过进口段T91
13、材料处。三是爆破管子未查到异物，检查了许多管子未发现明显多的氧化皮。这就给爆管的原因分析带来一定困难。1爆管的性质从爆破口的形状特征可以断定本次末过爆管性质明显属于短期超温爆管。引起短期超温的原因属于管子汽侧堵塞，并非炉膛局部热负荷过高所致。从进口侧爆管说明管子不是一般堵塞，而是堵塞非常严重，在管内通汽量极少情况下，由于末过为顺流布置，进口烟温很高，在当时负荷下，约在900C左右，从而使壁温剧烈升高，旦进口材料为T91其机械性能差，所以就爆管了。而出口材料为TP347,其机械性能比T91好得多，且出口烟温要低些，超温时间短，所以出口段TP347没有发生爆管。2引起管子堵塞的原因引起管子堵塞的原
14、因无非是管内异物，管内生成的氧化皮脱落。从爆破管子的检查来看，末见到异物，这是因为爆管的瞬间，由于巨大的压差，异物就被高速汽流冲出管外，从许多锅炉爆管的经验均是如此。从大量管子下弯头的拍片检查来看，又未见到多的氧化皮。究竟是什么东西造成管子如此严重堵塞呢？因为堵塞的现象是客观存在的。我们只能从诸多的现象中进行合理的探测。我们认为氧化皮脱落造成堵塞的可能性极大。3理由大致有以下几点（1）异物堵塞不是完全不可能,因末过#16屏进口毕竟发现了一个“眼镜片”,但是这仅仅是极个别现象，锅炉已正常投产4年以上，要出现10根管子不同程度的异物同时堵塞，这种几率几乎是不可能的。（2）主、再汽温到了超临界的高参
15、数，管内产生氧化皮是不可避免的，据有关资料介绍，壁温高于580,管内就会发生蒸汽氧化腐蚀，壁温愈高，氧化愈严重。本锅炉已运行4年多，管内或多或少会生成不同厚度的氧化皮。许多同类型锅炉都有先例。（3）管内的氧化皮在一定条件下会脱落，主要在壁温急剧变化的时候。#1炉春节前调停中由于风机故障造成较高负荷下MFT动作，将促使管内氧化皮脱落。在节后锅炉启动中，由于热负荷上升过快，不恰当地投用二级减温水，主要在A侧，使减温后的温度突降至392C,迫使末过壁温突降约40-50C,进一步促使管内氧化皮脱落。从装有壁温测点的#8屏#7管，其壁温就明显大幅度上升,出现严重超温现象，直至爆管。从大量喷水至壁温突降后
16、随着#8屏#7管壁温的急剧升高，不能说没有因果关系。（4）从运行专工了解到，平时运行中，总的来说A侧的壁温要高于B侧，所以，氧化皮的生成将会A侧偏多些，从这次爆管的位置系#8、#10、#12屏，为A侧偏中些。一次启动中大量喷水主要在A侧，容易造成氧化皮脱落，这与爆管屏的位置也是吻合的。（5）这次爆管和超温过热的绝大多数均为夹持管，其弯头多，管子长，阻力大，有了氧化皮脱落不容易被冲出去，所以发生问题的几率就多。直管段就要好些。（6）最不能令人感到困惑不解的是，经过大量下弯头的拍片末见到明显多的氧化皮,这也许一是锅炉管内的氧化皮生成速率较低，二是在锅炉启动过程中，脱落的氧化皮是否被冲洗带走了，还说
17、不清楚，至少能带走一部分是有可能的。（7）根据对出口段定位管容易堆积氧化皮的弯头补充拍片结果标明，有1根氧化皮堆积十分严重，可以证实本次超温爆管的主要原因就是氧化皮脱落堵塞所致。4补充处理建议对于4根爆管和6根过热的出口段TP347管子，虽然宏观检查没有发现什么问题,但毕竟受过伤害。尤其是4根进口段爆过管的TP347管子,包括与TP347连接的异种钢焊口以上，在顶棚管以下约40Omm长的T91管子，当时其炉内壁温估计要达到700C以上，时间长达12小时。为确保长期安全运行，建议更换管子。对该4根管子炉外顶棚以上T91部分应进行检查。对其余6根TP347管子，在出口段约60M位置取样进行理化试验
18、，若试验不合格，建议待下次有机会再更换。三、防止超温爆管的几点建议鉴于本次末级过热器二次超温爆管的初步分析，认为管内氧化皮的生成与脱落造成管子堵塞的可能性极大，并参考有关电厂在防止氧化皮生成与脱落方面的经验，提出几点主要的原则建议供发电有限公司参考：1锅炉启动阶段（1）严格控制燃料量投入的速率，严格控制升压升温速率，电厂应根据本厂情况制定具体控制指标。（2）80-100MW负荷以下，尽量不投减温水。减温水的使用应以一级初调，二级微调。（3）高、低压旁路尽可能开大运行，使过热器、再热器保持较大的通流量。汽机冲转前可以适当提高蒸汽参数，利用高、低压旁路对过、再热器进行冲洗。冲洗时可以将旁路开大关小
19、若干次，以提高冲洗效果，冲洗时注意控制好分离器水位。（4）严密监视锅炉各过、再热器壁温及其变化趋势，发现有超温现象应及时调整。若调整无效时，在汽机冲转前可以用开大关小旁路的办法进行冲洗。在并网后应停止升负荷，可以用负荷较大变动的办法进行冲洗。（5）当过、再热器壁温超温进行上述调整和处理后，仍不能恢复正常，应考虑停止锅炉运行,避免发生爆管事故增加检修工作量。停炉后应查明超温原因。（6）根据本次发生过热器爆管处理的特殊情况，本次启动负荷和主、再汽温的提升建议按阶段缓慢升高。2锅炉正常运行阶段（1）严格控制过、再热器壁温不超温，在保证额定主、再汽温的前提下尽量降低壁温运行。（2）及时调整燃烧，控制两
20、侧热负荷均衡，防止两侧壁温偏差过大，引起局部壁温过高。（3）注意磨煤机合理组合，防止粉管煤粉浓度差异的叠加，造成锅炉局部热负荷过高，引起壁温升高。（4）调整煤粉细度在较细水平，调整燃烧器合理的旋流强度，尽量降低火焰中心，防止过、再热器超温。（5）及时和合理吹灰，防止烟温过高使过、再热器壁温升高。3锅炉停炉冷却（1）锅炉停炉一般应按滑参数方式进行。（2）锅炉停炉后无特殊抢修任务，应按闷炉方式进行。（3）正常检修应严格按照运行规程进行通风冷却。若抢修需要必须制定具体冷却措施。4锅炉检修阶段（1）定期检修时，应对过、再热器容易沉积氧化皮的部位进行拍片和割管检查，及时清理氧化皮。并建立氧化皮沉积记录档案，分析氧化皮生成与脱落的规律。（2）有临修机会实行对氧化皮抽检。5其他（1）现有过、再热器壁温测点太少，不能满足运行要求，建议适当增加壁温测点。壁温测点要有代表性，每屏壁温最高和次高点要有测点，屏间要选择2-3屏的同一屏上每根管子或至少每隔一根管子有一个测点。壁温测点的绝热块要单独保温，防止测量值偏低。测点的编号与DCS画面必须保证准确无误。（2）有条件情况下，建议加装壁温在线监测装置（PSSS）o它对指导运行燃烧调整，防止超温，减缓氧化有较好作用。（3）随着锅炉运行时间的不断延长，氧化皮的问题将会愈来愈突出，将成为影响锅炉安全运行的主要问题，为此，应及早对防止氧化皮的采取有效措施。
