摘 要：鍋爐承壓部件的安全運(yùn)行對整個電廠的安全至關(guān)重要。文章結(jié)合微水電廠實(shí)際，分析了過熱器爆管泄漏的機(jī)理、原因及實(shí)際采取的一些對策，以求對鍋爐過熱器設(shè)備的完好運(yùn)行有所裨益。
關(guān)鍵詞：鍋爐 過熱器 爆管 電網(wǎng)
1 前言
據(jù)統(tǒng)計(jì)，河北省南部電網(wǎng)鍋爐各種事故約占發(fā)電廠事故的63．2％，而承壓部件泄漏事故又占鍋爐事故的86．7％。因此迫切需要大幅度降低鍋爐臨修次數(shù)。下面結(jié)合微水電廠實(shí)際，分析過熱器爆管泄漏的機(jī)理、原因及采取的一些對策。
微水發(fā)電廠鍋爐型號為HG－220／100－4，露天布置，固態(tài)排渣煤粉爐，四角切圓燃燒，過熱器由輻射式爐頂過熱器、半輻射屏式過熱器、對流過熱器和包墻管4部分組成。減溫水采用給水直接噴入，分兩級減溫。爐頂管、包墻管和第二級過熱器管用ø38×4．5的20號碳鋼管組成。第一級過熱器和屏過熱器用ø42×5的12Cr1 MoV鋼管組成。
2 過熱器爆管的主要原因
2．1 超溫、過熱和錯用鋼材
2．2 珠光體球化及碳化物聚集
針對12Cr1 MoV鋼分析，試驗(yàn)表明當(dāng)12Cr1 MoV鋼嚴(yán)重球化到5級時，鋼的室溫強(qiáng)度極限下降約11kg／mm2。微水發(fā)電廠1993年4月過熱器爆管的統(tǒng)計(jì)資料表明：因局部長期過熱，珠光體耐熱鋼已達(dá)到了5級球化現(xiàn)象，而它的塑性水平仍然比較高。發(fā)生球化現(xiàn)象以后，鋼的蠕變極限和持久強(qiáng)度下降。通過580℃下對12Cr1 MoV鋼的持久爆管試驗(yàn)，可以看出到了球化4級的鋼管，其持久強(qiáng)度降低1／3。影響珠光體耐熱鋼發(fā)生球化的因素主要有溫度、時間、應(yīng)力和鋼材的化學(xué)成份等。在鋼中摻入“V”這種強(qiáng)碳化物元素，可以阻礙珠光體的球化過程，只要能形成穩(wěn)定的碳化物，則球化過程減速。
通過對12Cr1 MoV管試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溫度在540℃時，隨著運(yùn)行時間的增加，鋼的工作溫度下蠕變極限和持久強(qiáng)度也相應(yīng)降低。隨著運(yùn)行溫度的提高、時間的延長、應(yīng)力的變化都會加速合金元素的固溶體和碳化物間的重新分配現(xiàn)象。
2．3 焊接質(zhì)量
鋼材焊接質(zhì)量也是影響安全的重要因素之一。焊接的缺陷一般指焊接接頭裂紋未熔合、根部未焊透、氣孔、夾渣、咬邊，焊縫外形尺寸不合格以及焊接接頭的金屬組織異常等現(xiàn)象。
2．4 金屬在高溫下的氧化和腐蝕
2．5 飛灰磨損
飛灰磨損一般發(fā)生在高溫過熱器下部彎頭位置，飛灰的濃度增大，灰粒的沖擊次數(shù)增多，磨損更劇烈。
2．6 鍋爐運(yùn)行的影響
2．6．1 熱偏差
由于結(jié)構(gòu)和運(yùn)行條件的影響，運(yùn)行中某些管子的蒸汽溫度和焓增量會超過整個管組的平均值，即熱偏差產(chǎn)生熱偏差的管子，管內(nèi)蒸汽溫度較高，甚至遠(yuǎn)超過了金屬的管壁溫度，從而造成長期嚴(yán)重超溫。
形成熱偏差的原因有以下2方面：
a．過熱器受熱不均勻 熱負(fù)荷大的管子，吸熱量則大，焓增量也大，其蒸汽溫度和管壁溫度也較高，受熱產(chǎn)生熱力偏差，另外煙氣中溫度場和速度場分布不均勻性等，也會產(chǎn)生影響。
b．管內(nèi)流量不均勻 對于屏過而言，可以使外圈管子短路，減小其阻力，增大蒸汽的流量；除外圈管子外，余下的蛇形管分成2部分：第1個U形管靠近外圈的管子到第2個U形管換到里面，其它的以此類推。這樣可減小受熱不均，同時各管的長度比較接近，可減少因管子的阻力差而造成的流量不均，在運(yùn)行時應(yīng)保持燃燒穩(wěn)定，防止火焰中心偏斜，消除局部結(jié)渣現(xiàn)象，噴燃器投入力求均勻。
2．6．2 影響汽溫的因素
2．6．2．1 煙氣側(cè)
a．燃料性質(zhì)的變化 尤其是水分和灰分增加時，燃料的熱值降低，須增加燃煤量，使汽溫升高。如果煤粉變粗，著火延遲，則爐膛出口煙溫升高，相應(yīng)汽溫升高，造成管壁的金屬溫度上升。
b．風(fēng)量配比變化對汽溫的影響 爐內(nèi)的過?？諝饬吭黾訒r，由于低溫空氣吸熱，使?fàn)t膛溫度降低，輻射傳熱減弱，燃燒生成的煙氣量增加，煙氣流速加快，對流傳熱增加，因而汽溫升高；另外由于配風(fēng)工況的不同，使火焰中心發(fā)生偏斜，如增大上二次風(fēng)，減小下二次風(fēng)，火焰中心會偏低。
c．噴燃器的運(yùn)行方式往往會影響火焰中心的溫度，影響汽溫的改變。
d．受熱面的清潔程度會對汽溫產(chǎn)生影響。
2．6．2．2 蒸汽側(cè)
a．爐負(fù)荷的變化 對于對流式過熱器而言，汽溫隨負(fù)荷增加而升高，而對于輻射式過熱器，汽溫隨負(fù)荷增加而下降。
該廠采用的是半輻射式過熱器，其優(yōu)點(diǎn)是吸收了一部分爐膛的熱量，有效降低了爐膛的出口溫度，防止了對流受熱面的結(jié)渣，裝置屏式過熱器后，使過熱面布置在高溫?zé)煔鈪^(qū)域，減少了金屬的消耗量。由于蒸汽溫度較低，管壁金屬溫度相應(yīng)低，汽溫的變化比較平穩(wěn)，易于調(diào)節(jié)。
b．飽和蒸汽濕度的變化 當(dāng)運(yùn)行工況不穩(wěn)定，尤其是水位過高或爐負(fù)荷突增，而汽包內(nèi)汽水分離裝置效果又不佳時，便會使飽和蒸汽的濕度增加，增加的水分要吸收汽化熱，從而使汽溫下降，若大量帶水還會使汽溫急劇下降。
c．減溫水的變化 當(dāng)減溫水量或水溫發(fā)生變化時將引起蒸汽側(cè)的總需熱量變化，相應(yīng)的汽溫也要變化。
d．給水溫度變化 當(dāng)給水溫度下降時，給水變?yōu)轱柡驼羝璧臒崃吭龆?，如果保持燃煤量不變，則蒸發(fā)量下降，但煙氣傳給過熱器的熱量基本不變，因而使過熱汽溫上升，相應(yīng)管壁溫上升。
e．蒸汽壓力變化 根據(jù)熱力學(xué)，壓力升高，溫度升高，當(dāng)爐負(fù)荷大于外界負(fù)荷時，則汽壓升高，溫度升高；反之，如果鍋爐的蒸發(fā)量在每時等于外界負(fù)荷則汽壓穩(wěn)定，汽溫也恒定。
3 實(shí)例分析及對策
3．1 泄漏實(shí)例
a．由于過熱器局部材質(zhì)不當(dāng)，使管子長期超溫運(yùn)行，導(dǎo)致爆破泄漏 該廠1989年更換的原西德St45．8／Ⅲ低過管，因含碳低運(yùn)行3月后爆破。
b．過熱器聯(lián)箱出入口鉆孔未完全鉆透并被鐵屑等雜物堵塞，造成管子長期過熱或短期干燒 該廠＃6爐1988因聯(lián)箱出入口未完全鉆透，孔底留有三分之一的周徑、2 mm的底邊，造成管內(nèi)蒸汽流量減少，長期過熱使屏過第5屏第17根管爆管泄漏。
3．2 對策
該廠＃6、＃7爐分別于1974年、1975年投運(yùn)以來，過熱器共發(fā)生爆管21次，究其原因主要是磨損、高溫腐蝕、材質(zhì)老化、過熱引起。針對上述情況，采取了如下對策。
3．2．1 運(yùn)行
a．調(diào)整了一級、二級減溫水的比例，使管子的壁溫由580℃降低為540℃ 該廠裝有2級減溫器，分別串聯(lián)在過熱器之間，第1級水量為3．5 t／h，減溫幅度為10℃，第2級水量為3．7 t／h，幅度為18℃，采用給水直接噴入。第1級在低過和屏過之間的低溫段過熱器出口環(huán)形聯(lián)箱兩側(cè)，第2級安裝于高過的中間聯(lián)箱。第1級粗調(diào)噴水量決定于減溫器前的蒸汽參數(shù)，并保證屏過管壁溫度不超過允許值；第2級作為細(xì)調(diào)，控制過熱器的出口汽溫在額定值。
b．煙氣側(cè)的調(diào)節(jié) 改變過熱器的對流吸熱量，通?？扛淖兘?jīng)過過熱器的煙氣量和煙氣溫度來實(shí)現(xiàn)。燃燒工況的改變對汽溫有一定影響，因此，在鍋爐運(yùn)行中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，改變噴燃器的傾角和上、下排噴燃器的運(yùn)行方式，從而改變火焰中心的位置和爐膛出口煙溫，并通過調(diào)節(jié)風(fēng)量擋板，使流經(jīng)過熱器的煙氣量發(fā)生變化而達(dá)到調(diào)節(jié)汽溫的目的。應(yīng)注意的是，噴燃器的運(yùn)行方式和風(fēng)量的調(diào)節(jié)，首先應(yīng)滿足燃燒的要求，這有利于設(shè)備的安全和提高鍋爐效率，因此煙氣側(cè)調(diào)整只能作為輔助手段。此外，當(dāng)負(fù)荷過低時，不能用上傾火焰中心高度來增加汽溫，以防止鍋爐滅火或煤粉在煙道內(nèi)再燃燒而發(fā)生事故。
3．2．2 控制汽溫的變化
a．調(diào)節(jié)燃煤量 該廠是直吹式制粉系統(tǒng)，出力大小直接影響鍋爐的蒸發(fā)量。當(dāng)鍋爐負(fù)荷有較大變動，需啟、停1套制粉系統(tǒng)時，投入的噴燃器應(yīng)均衡。當(dāng)爐負(fù)荷變動不大時，可通過調(diào)節(jié)運(yùn)行著的制粉系統(tǒng)出力來解決。如：負(fù)荷增加，開大排粉機(jī)進(jìn)出口風(fēng)量擋板，增加磨煤機(jī)出力使磨煤機(jī)內(nèi)少量的存煤作增負(fù)荷時緩沖調(diào)節(jié)，然后再增加給煤量。
b．調(diào)節(jié)燃燒風(fēng)量 當(dāng)外界負(fù)荷變化時，應(yīng)對風(fēng)量作相應(yīng)的調(diào)整。實(shí)際運(yùn)行中，隨著過量空氣系數(shù)的增加，利于完全燃燒。但是過量空氣的增加要適當(dāng)，同時煙氣流速加大，造成送、引風(fēng)機(jī)的耗電量增加，經(jīng)濟(jì)性降低，加劇低溫段的磨損，因此要嚴(yán)格監(jiān)視氧量的變化。
c．保持合理的風(fēng)、粉配比 一、二次風(fēng)量配比應(yīng)保證煤粉迅速著火、燃燒完全，合理的送、引風(fēng)配比，可保持爐膛的負(fù)壓，減少漏風(fēng)，建立良好的爐內(nèi)空氣動力場和燃燒的穩(wěn)定性，避免爐內(nèi)溫度過高、火焰中心偏斜，造成過熱器的熱偏差增加，過熱器管局部超溫甚至爆管。
3．2．3 嚴(yán)格控制燃燒高硫煤，防止過熱器出現(xiàn)高溫腐蝕
a．降低SO3的生成量，設(shè)法降低H2SO4露點(diǎn)，減少酸量的凝結(jié)。
b．提高溫度或避開嚴(yán)重腐蝕的區(qū)域，采用抗腐蝕材料。
c．低氧燃燒，降低過量空氣系數(shù)。
d．加強(qiáng)吹灰工作。
3．2．4 加強(qiáng)各個環(huán)節(jié)的防范
a．保證二級減溫器噴水裝置的正常運(yùn)行，根據(jù)情況每隔3～6 a，打開二級減溫聯(lián)箱的堵頭，用內(nèi)窺境觀察內(nèi)壁套筒，是否有裂紋以及套筒是否脫落，能否保證正常運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)有問題及時處理。
b．在檢修過程中，搞好過熱器的防爆檢驗(yàn)工作。
c．檢查高溫區(qū)管的氧化皮厚度情況，當(dāng)氧化皮厚超標(biāo)時，及時換管。
d．做直管段脹粗測量，合金管不大于2．5％，低碳鋼管不大于3．5％。
e．檢查管的表面是否有微裂紋，有裂紋時更換。
f．檢查高溫區(qū)向火側(cè)高溫腐蝕情況，發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重腐蝕坑部位，打磨測厚，當(dāng)厚度不能滿足強(qiáng)度要求時，更換管子。
g．做好過熱器管的壽命預(yù)測每隔2～5萬h，對過熱器監(jiān)視段割管鑒定，進(jìn)行金相組織分析和機(jī)械性能試驗(yàn)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)珠光體球化嚴(yán)重（4～5級），機(jī)械性能試驗(yàn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求時，制定更換計(jì)劃。
h．做好記錄整理和檔案管理，研究過熱器管的損壞規(guī)律。
4 結(jié)束語
在啟動調(diào)整期間或運(yùn)行過程所遇到的事故中，過熱器受熱面的損壞占有相當(dāng)?shù)谋壤?，?yīng)做好防爆工作，以保證鍋爐機(jī)組的安全運(yùn)行。
