锅炉运行调整如何加强对过热器的保护

李长锁

(山东大唐东营发电厂筹建处，山东 东营 257091)

某电厂锅炉型号为HG-670/140-9(200 MW)，由哈尔滨锅炉制造厂生产，为超高压、中间再热、自然循环、全悬吊、燃煤汽包炉。铭牌出力蒸汽流量670 t/h，过热器出口压力13.72 MPa，过/再热器出口温度540/540 ℃，设计效率89.74 %。燃烧器采用四角喷燃切圆燃烧直流式，炉顶观看为逆时针旋转，共4 层。该厂原设计煤种是开滦洗中煤，低位发热量Qnet.ar=13 105 kJ/kg，灰熔点(DT/ST/FT)大于1 500 ℃，按设计煤种不存在过热器过热超温现象。但鉴于目前的煤炭市场现状，该厂很少按设计煤种上煤，实际运行中煤种的差别很大，既有发热量很高、灰熔点很低的山西煤，又有发热量低、灰分高的本地小窑煤。有时仅在一个运行班入炉煤种变化就多达十几种，给运行调整带来极大不便，非常容易造成金属材料疲劳破坏、炉内结焦、管壁超温等状况。

目前，许多电厂肩负着调频任务，负荷调整幅度较大，机组运行稳定时间较短。特别是近几年随着大机组和超大机组的相继投产，调频任务就主要落在中小机组身上。机组启停调频和节期停备等日益增多，昼夜负荷差别越发明显，高峰时达到额定负荷，低谷时机组深调只能带额定负荷的50 %。设备承受着巨大的、频繁的应力变化，加快了金属材料的老化，客观上造成金属管壁损坏率的增加。

1 过热器的特点

过热器的作用是将锅炉水冷壁受热面产生的饱和蒸汽提高到额定压力下具有一定过热度的过热蒸汽，使蒸汽的焓值增加，提高其做功能力，从而降低汽轮机组的汽耗，提高机组的热效率，同时降低汽轮机末级叶片的蒸汽湿度，防止汽轮机末级叶片受到腐蚀和水冲击。过热器设计与运行的主要原则是：①防止受热面金属温度超过材料的许用温度；②过热器温度特性好，在较大的负荷范围内能通过调节维持额定汽温；③防止受热面管束积灰、磨损和腐蚀。

过热器的工作环境极其恶劣，其外部是锅炉烟气温度最高的区域，粘浮在其表面的炉渣会造成管壁过热，金属盐的高温腐蚀，加之飞灰的磨损，极易造成过热器管的损坏；其内部饱和蒸汽携带的可溶性盐，会在过热器管内结垢，造成垢下腐蚀，同时管内流动的蒸汽是整个机组中蒸汽温度最高的，长时间的连续运行易造成金属材料脆化疲劳，高温蠕变，势必缩短金属材料的使用寿命。

过热器的这种作用和特点，使得在设计制造和运行中对过热器的保护就至关重要。由于提高金属材料的强度受目前的冶金技术和设备成本造价的制约，因此，在现有设备运行中，保护过热器的途径主要是提高检修工艺，加强运行调整。

2 过热器的损坏特征

HG-670/140-9 锅炉过热器管的金属材料主要是12Cr1MoV，它的极限温度是580 ℃，如果在机组运行中过热器管壁温度超过这个温度，就是超温，或称过热。过热是造成金属管壁损坏的原因，按照过热器管壁过热时间的长短，可将过热分为长期过热和短期过热。

2.1 长期过热造成的爆管

图1 是某锅炉过热器长期过热爆管的照片。从图上看，破口不大，断裂面粗糙、不平整，破口边缘是钝边，不锋利，破口附近有许多平行于破口的轴向裂纹，破口外表面有一层较厚的氧化皮，氧化皮较脆，易剥落。

图1 长期过热导致的爆管

长期过热爆管的原因分析如下。

(1)由于设计不完善、温度测点损坏或不能覆盖该处过热器管壁，致使部分过热器管壁金属温度不能得到有效监督。

(2)在安装焊接时，接口内进入焊流，造成管内径缩小；制造时使用的管径，小于标准管径；管子长度、弯曲弧度不同形成的阻力不同等，均会使运行的管内蒸汽流量减少，不能很好地对过热器管壁进行冷却，形成水力不均。在外部由于烟气旋转方向、角度的差异，结焦堵塞烟气通道，使烟道内的烟气流量不均，形成热力不均，都会导致爆管过热器长期处在超温状态。

(3)运行中该处管外壁结焦、积灰或内壁结垢造成过热器管壁长期超温。因为不论是结焦、积灰或内壁结垢，都会造成传热系数减小，管内蒸汽和管外烟气不能进行正常的热量交换，必然造成管壁过热，直至爆管。

(4)煤种变化的影响。部分煤种含炭量高，挥发分低或煤粉较粗，炉内火焰燃烧延迟，引起火焰中心上移，机组长期超负荷运行，导致炉膛出口烟温超过设计许用值(1 072 ℃)，造成过热器管壁超温。另外，煤的灰熔点低(小于1 200 ℃)，大量在水冷壁上结焦，减少了水冷壁管的吸热量，造成炉膛出口温度升高，过热器管壁超温。

2.2 短期过热造成的爆管

图2 是某锅炉短期过热爆管的照片。从图上可以看到，爆破口张开得很大，呈喇叭状；破口边缘锋利，减薄较多；破口断面较为平滑，呈撕裂状；破口附近管子胀粗较大；管子外壁一般呈蓝黑色，破口附近没有众多的平行于破口的轴向裂纹。

图2 短期过热导致的爆管

短期过热爆管原因分析如下。

(1)在运行中由于调整不及时，或减温水调整门故障造成减温水短时中断；开停制粉系统，排粉机带粉；运行中给粉机突然风压高；煤质突然变化等原因，致使蒸汽温度升高超过规定值，管壁温度升高超过极限值，造成管壁过热爆管。

(2)部分运行人员片面追求主汽温度压“红线”运行，对过热器管壁金属温度监视不到位或不重视管壁超温，在金属管壁温度超过许用值时未及时调整，造成过热爆管。

(3)机组起动时，在锅炉水压试验后未将过热器U 形管内的积水疏净，形成“水塞”，使管内蒸汽不能正常流动，不能对管壁进行冷却，导致金属管壁处于“干烧”状态，造成过热爆管。

(4)零米冷灰斗、水封槽冷却水因掉焦突然失去，大量冷风从炉底进入炉膛，造成主、再热汽温快速升高，引发金属管壁温度也大幅升高，导致管壁过热爆管。

(5)停炉后没有对金属管壁进行良好的保护，其金属表面受到氧化腐蚀，形成“病灶”，在锅炉运行时导致爆管。

3 过热器的保护

防止超温、保护过热器是一个系统工程，它包括锅炉设计、金属材料、检修安装工艺、化学监督管理、运行调整等许多方面。现从运行调整的角度来探讨如何对过热器进行保护。

3.1 机组启停或低负荷时的保护

机组启停或低负荷运行时，尽管炉外烟气温度不高，过热器管壁却极有可能超温。这是因为过热器管内没有蒸汽流量或蒸汽流量很小，不足以冷却过热器管壁。锅炉水压试验后，没有进行彻底疏水，立式过热器管内有积水，在积水排除前，过热器处于“干烧”状态。为了保护过热器管壁温度不超温，此时必须严格限制过热器入口的烟气温度。措施是限制燃烧量或调整炉内火焰中心位置，控制炉膛出口烟温，并网前炉膛出口烟温控制在510 ℃。即在蒸汽流量较小时，控制烟气温度不超过金属许用值。

锅炉启动点火后及时投入Ⅰ，Ⅱ级旁路系统，控制蒸汽流量，确保过热器管壁金属温度不超标。20 %负荷以下禁止使用减温水降低过热蒸汽温度，因为低负荷时，蒸汽流量较小，流速较低，减温水喷入后，会引起过热器管内的蒸汽流量分配不均匀，造成热偏差；喷入的减温水不能全部蒸发，积存于个别U 形管内，形成“水塞”，造成管内蒸汽不能正常流动，使过热器管壁得不到冷却而超温。随着主蒸汽压力的升高，过热器内的蒸汽流量增大，使管壁逐渐得到良好的冷却，这时用限制过热器出口汽温的办法来保护过热器。过热器出口汽温的高低主要与锅炉燃料量、蒸汽流量、炉膛火焰中心位置和烟气过剩空气系数有关。

3.2 正常运行时过热器的保护

正常运行时，过热器的蒸汽流量较大，正常情况下足以对过热器管壁进行冷却。但由于煤质的变化、煤粉细度的变化、燃烧方式的变化、炉内水冷壁结焦、运行值班人员技术水平的差异等诸多方面的原因，也时常造成过热器管壁超温。

在煤质方面，如果入炉煤含炭量太高、挥发分又比较低，则煤粉不能在喷燃器出口附近迅速燃烧，使火焰向后推迟。此时应调整给粉机运行方式，减少上排给粉机台数，增加下排给粉机台数，尽量降低火焰中心位置。制粉系统故障，使煤粉变粗，煤粉不能在炉膛火焰中心燃尽，而随烟气上移进一步燃烧，造成炉膛出口烟气温度升高，过热器管壁超温。入炉煤灰熔点低会造成水冷壁、前屏过热器结焦，炉内热量后移，造成炉膛出口烟气温度升高，对流过热器管壁超温。过热器本身结焦，粘浮在其表面的焦块遇可燃物后进一步燃烧，形成恶性循环，使过热器管壁烧坏。从运行经验来看，炉内结焦是过热器超温的首要问题，防止锅炉结焦是保护过热器的基本措施。目前采取的主要措施是：控制低灰熔点煤入炉，采取高、低灰熔点煤按比例掺配，进行混合燃烧。正确、合理使用吹灰器，及时消除受热面结焦。合理调整燃烧，避免缺氧燃烧，防止因产生一氧化碳还原气体而降低灰熔点温度。在锅炉检修时认真校正喷燃器角度，防止冲刷水冷壁，避免末燃尽煤粉粘在水冷壁上燃烧，形成恶性循环。控制炉内温度，避免锅炉长时间超负荷运行。

加强化学汽水品质的监督，确实保证汽包内蒸汽清洗装置可靠使用，认真执行底部定期排污制度。合理使用汽包连续排污系统，严格保证蒸汽品质合格，防止过热器管内壁结垢。

在燃烧方面，出现管壁温度不正常升高时，应积极采取有效措施，适当开大上排二次风门，关小下排二次风门，把二次配风调整为倒梯形。合理调整给粉机运行方式、制粉系统运行方式，降低火焰中心位置。在条件允许的情况下，减少送风量，避免对流过热器因对流换热量增加而超温。但要辩证地理解减少送风量，这是因为：送风量的增大使烟气量增加、对流过热器吸收的热量增加，容易造成过热器管壁超温；如果送风量过小，煤粉由于缺氧不能在炉膛内完全燃烧，煤粉燃烧位置上移，可燃物质被烟气带到水平段，由于烟道的漏风，氧量得以补充，不能完全燃烧的煤粉在炉膛出口及水平段烟道进一步燃烧，对流过热器管内蒸汽温度急剧升高，造成过热器管壁温度升高。同时，烟囱冒黑烟，极易造成锅炉灭火和引发尾部烟道二次燃烧。

运行人员在监盘时必须随时监视锅炉各处的金属温度。在金属管壁温度异常升高时，必须引起高度重视，及时查找原因，适当地增加减温水量，降低过热器蒸汽温度，增加传热温差，降低过热器金属温度。在减温水量很大(一般大于35 t/h，一、二级减温水调整门开度超过80 %)时，在保证汽包给水量正常供给的前提下，可适当关小给水调整门开度，来提高给水压力，增加减温水量。如果电网负荷允许，应及时联系值长，适当地降低机组负荷，降低炉内温度。采用滑压运行方式，即在保证机组负荷不变的情况下，降低过热器出口汽压、汽温，以提高过热器管内的蒸汽流量，加大换热量，降低金属管壁温度。充分利用DCS 曲线及早发现主汽压力、主汽流量、给水流量、炉膛负压等参数的不正常变化，定期查看四管泄漏监视系统，发现问题认真分析研究，判断是否为炉内过热器管泄漏。

提高设备巡回检查质量，及时发现过热器管泄漏。过热器管泄漏的特点是：初期泄漏发展比较慢，为非破坏性泄漏，一般为几天或几周；当泄漏发展到一定阶段时，就会转为破坏性爆漏，一个点的泄漏会破坏四周的其他管道，产生连锁性破坏，若任其发展就可能破坏整个炉内管道。所以，应及时发现泄漏并及时消除，避免扩大过热器的损坏区域。

3.3 停炉后对过热器的保护

锅炉停炉，停止向外供汽后，过热器内的蒸汽工质也停止流动，但这时炉内温度还较高，尤其是炉墙会释放出大量热量，继续对过热器进行加热，有可能使过热器超温损坏。因此在锅炉停止向外供汽后，应将过热器出口联箱疏水门开启放汽，使蒸汽流过过热器对其冷却，避免过热器超温。排汽时间一般为30 min。疏水门关闭后，如主汽压力仍上升，应再次开启过热器出口联箱疏水门放汽。但疏水门开度不宜太大，以免锅炉被急剧冷却。

总之，在电厂锅炉的运行中，应密切监视过热器的各种相关参数，及时采取有效措施进行调整，加强对过热器的保护，以防止过热器管爆漏事故的发生。