锅炉过热器爆管原因分析及对策

摘  要：锅炉承压部件的安全运行对整个电厂的安全至关重要。文章结合微水电厂实际，分析了过热器爆管泄漏的机理、原因及实际采取的一些对策，以求对锅炉过热器设备的完好运行有所裨益。

关键词：锅炉；过热器；爆管；对策

1　前言

据统计，河北省南部电网锅炉各种事故约占发电厂事故的63．2％，而承压部件泄漏事故又占锅炉事故的86．7％。因此迫切需要大幅度降低锅炉临修次数。下面结合微水电厂实际，分析过热器爆管泄漏的机理、原因及采取的一些对策。

微水发电厂锅炉型号为HG－220／100－4，露天布置，固态排渣煤粉炉，四角切圆燃烧，过热器由辐射式炉顶过热器、半辐射屏式过热器、对流过热器和包墙管4部分组成。减温水采用给水直接喷入，分两级减温。炉顶管、包墙管和第二级过热器管用ø38×4．5的20号碳钢管组成。第一级过热器和屏过热器用ø42×5的12Cr1 MoV钢管组成。

2　过热器爆管的主要原因

2．1　超温、过热和错用钢材

2．2　珠光体球化及碳化物聚集

针对12Cr1 MoV钢分析，试验表明当12Cr1 MoV钢严重球化到5级时，钢的室温强度极限下降约11kg／mm2。微水发电厂1993年4月过热器爆管的统计资料表明：因局部长期过热，珠光体耐热钢已达到了5级球化现象，而它的塑性水平仍然比较高。发生球化现象以后，钢的蠕变极限和持久强度下降。通过580℃下对12Cr1 MoV钢的持久爆管试验，可以看出到了球化4级的钢管，其持久强度降低1／3。影响珠光体耐热钢发生球化的因素主要有温度、时间、应力和钢材的化学成份等。在钢中掺入“V”这种强碳化物元素，可以阻碍珠光体的球化过程，只要能形成稳定的碳化物，则球化过程减速。

通过对12Cr1 MoV管试验发现，温度在540℃时，随着运行时间的增加，钢的工作温度下蠕变极限和持久强度也相应降低。随着运行温度的提高、时间的延长、应力的变化都会加速合金元素的固溶体和碳化物间的重新分配现象。

2．3　焊接质量

钢材焊接质量也是影响安全的重要因素之一。焊接的缺陷一般指焊接接头裂纹未熔合、根部未焊透、气孔、夹渣、咬边，焊缝外形尺寸不合格以及焊接接头的金属组织异常等现象。

2．4　金属在高温下的氧化和腐蚀

2．5　飞灰磨损

飞灰磨损一般发生在高温过热器下部弯头位置，飞灰的浓度增大，灰粒的冲击次数增多，磨损更剧烈。

2．6　锅炉运行的影响

2．6．1　热偏差

由于结构和运行条件的影响，运行中某些管子的蒸汽温度和焓增量会超过整个管组的平均值，即热偏差产生热偏差的管子，管内蒸汽温度较高，甚至远超过了金属的管壁温度，从而造成长期严重超温。

形成热偏差的原因有以下2方面：

a．过热器受热不均匀　热负荷大的管子，吸热量则大，焓增量也大，其蒸汽温度和管壁温度也较高，受热产生热力偏差，另外烟气中温度场和速度场分布不均匀性等，也会产生影响。

b．管内流量不均匀　对于屏过而言，可以使外圈管子短路，减小其阻力，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个U形管靠近外圈的管子到第2个U形管换到里面，其它的以此类推。这样可减小受热不均，同时各管的长度比较接近，可减少因管子的阻力差而造成的流量不均，在运行时应保持燃烧稳定，防止火焰中心偏斜，消除局部结渣现象，喷燃器投入力求均匀。

2．6．2　影响汽温的因素

2．6．2．1　烟气侧

a．燃料性质的变化　尤其是水分和灰分增加时，燃料的热值降低，须增加燃煤量，使汽温升高。如果煤粉变粗，着火延迟，则炉膛出口烟温升高，相应汽温升高，造成管壁的金属温度上升。

b．风量配比变化对汽温的影响　炉内的过剩空气量增加时，由于低温空气吸热，使炉膛温度降低，辐射传热减弱，燃烧生成的烟气量增加，烟气流速加快，对流传热增加，因而汽温升高；另外由于配风工况的不同，使火焰中心发生偏斜，如增大上二次风，减小下二次风，火焰中心会偏低。

c．喷燃器的运行方式往往会影响火焰中心的温度，影响汽温的改变。

d．受热面的清洁程度会对汽温产生影响。

2．6．2．2　蒸汽侧

a．炉负荷的变化　对于对流式过热器而言，汽温随负荷增加而升高，而对于辐射式过热器，汽温随负荷增加而下降。

该厂采用的是半辐射式过热器，其优点是吸收了一部分炉膛的热量，有效降低了炉膛的出口温度，防止了对流受热面的结渣，装置屏式过热器后，使过热面布置在高温烟气区域，减少了金属的消耗量。由于蒸汽温度较低，管壁金属温度相应低，汽温的变化比较平稳，易于调节。

b．饱和蒸汽湿度的变化　当运行工况不稳定，尤其是水位过高或炉负荷突增，而汽包内汽水分离装置效果又不佳时，便会使饱和蒸汽的湿度增加，增加的水分要吸收汽化热，从而使汽温下降，若大量带水还会使汽温急剧下降。

c．减温水的变化　当减温水量或水温发生变化时将引起蒸汽侧的总需热量变化，相应的汽温也要变化。

d．给水温度变化　当给水温度下降时，给水变为饱和蒸汽所需的热量增多，如果保持燃煤量不变，则蒸发量下降，但烟气传给过热器的热量基本不变，因而使过热汽温上升，相应管壁温上升。

e．蒸汽压力变化　根据热力学，压力升高，温度升高，当炉负荷大于外界负荷时，则汽压升高，温度升高；反之，如果锅炉的蒸发量在每时等于外界负荷则汽压稳定，汽温也恒定。

3　实例分析及对策

3．1　泄漏实例

a．由于过热器局部材质不当，使管子长期超温运行，导致爆破泄漏　该厂1989年更换的原西德St45．8／Ⅲ低过管，因含碳低运行3月后爆破。

b．过热器联箱出入口钻孔未完全钻透并被铁屑等杂物堵塞，造成管子长期过热或短期干烧　该厂＃6炉1988因联箱出入口未完全钻透，孔底留有三分之一的周径、2 mm的底边，造成管内蒸汽流量减少，长期过热使屏过第5屏第17根管爆管泄漏。

3．2　对策

该厂＃6、＃7炉分别于1974年、1975年投运以来，过热器共发生爆管21次，究其原因主要是磨损、高温腐蚀、材质老化、过热引起。针对上述情况，采取了如下对策。

3．2．1　运行

a．调整了一级、二级减温水的比例，使管子的壁温由580℃降低为540℃　该厂装有2级减温器，分别串联在过热器之间，第1级水量为3．5 t／h，减温幅度为10℃，第2级水量为3．7 t／h，幅度为18℃，采用给水直接喷入。第1级在低过和屏过之间的低温段过热器出口环形联箱两侧，第2级安装于高过的中间联箱。第1级粗调喷水量决定于减温器前的蒸汽参数，并保证屏过管壁温度不超过允许值；第2级作为细调，控制过热器的出口汽温在额定值。

b．烟气侧的调节　改变过热器的对流吸热量，通常靠改变经过过热器的烟气量和烟气温度来实现。燃烧工况的改变对汽温有一定影响，因此，在锅炉运行中，应根据实际情况，改变喷燃器的倾角和上、下排喷燃器的运行方式，从而改变火焰中心的位置和炉膛出口烟温，并通过调节风量挡板，使流经过热器的烟气量发生变化而达到调节汽温的目的。应注意的是，喷燃器的运行方式和风量的调节，首先应满足燃烧的要求，这有利于设备的安全和提高锅炉效率，因此烟气侧调整只能作为辅助手段。此外，当负荷过低时，不能用上倾火焰中心高度来增加汽温，以防止锅炉灭火或煤粉在烟道内再燃烧而发生事故。

3．2．2　控制汽温的变化

a．调节燃煤量　该厂是直吹式制粉系统，出力大小直接影响锅炉的蒸发量。当锅炉负荷有较大变动，需启、停1套制粉系统时，投入的喷燃器应均衡。当炉负荷变动不大时，可通过调节运行着的制粉系统出力来解决。如：负荷增加，开大排粉机进出口风量挡板，增加磨煤机出力使磨煤机内少量的存煤作增负荷时缓冲调节，然后再增加给煤量。

b．调节燃烧风量　当外界负荷变化时，应对风量作相应的调整。实际运行中，随着过量空气系数的增加，利于完全燃烧。但是过量空气的增加要适当，同时烟气流速加大，造成送、引风机的耗电量增加，经济性降低，加剧低温段的磨损，因此要严格监视氧量的变化。

c．保持合理的风、粉配比　一、二次风量配比应保证煤粉迅速着火、燃烧完全，合理的送、引风配比，可保持炉膛的负压，减少漏风，建立良好的炉内空气动力场和燃烧的稳定性，避免炉内温度过高、火焰中心偏斜，造成过热器的热偏差增加，过热器管局部超温甚至爆管。3．2．3　严格控制燃烧高硫煤，防止过热器出现高温腐蚀

a．降低SO3的生成量，设法降低H2SO4露点，减少酸量的凝结。

b．提高温度或避开严重腐蚀的区域，采用抗腐蚀材料。

c．低氧燃烧，降低过量空气系数。

d．加强吹灰工作。

3．2．4　加强各个环节的防范

a．保证二级减温器喷水装置的正常运行，根据情况每隔3～6 a，打开二级减温联箱的堵头，用内窥境观察内壁套筒，是否有裂纹以及套筒是否脱落，能否保证正常运行，发现有问题及时处理。

 b．在检修过程中，搞好过热器的防爆检验工作。

c．检查高温区管的氧化皮厚度情况，当氧化皮厚超标时，及时换管。

d．做直管段胀粗测量，合金管不大于2．5％，低碳钢管不大于3．5％。

e．检查管的表面是否有微裂纹，有裂纹时更换。

f．检查高温区向火侧高温腐蚀情况，发现有严重腐蚀坑部位，打磨测厚，当厚度不能满足强度要求时，更换管子。

g．做好过热器管的寿命预测每隔2～5万h，对过热器监视段割管鉴定，进行金相组织分析和机械性能试验。当发现珠光体球化严重（4～5级），机械性能试验低于标准要求时，制定更换计划。

h．做好记录整理和档案管理，研究过热器管的损坏规律。

4　结束语

在启动调整期间或运行过程所遇到的事故中，过热器受热面的损坏占有相当的比例，应做好防爆工作，以保证锅炉机组的安全运行。