锅炉高温过热器积灰爆管原因分析及防范措施

孟祥君

（大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司，内蒙古 锡林郭勒027300）

1 煤化工动力分厂概况

动力分厂是为多伦煤化工配套设计的能源供应单位。选用5台四川东方锅炉工业集团有限公司生产的420t／h褐煤锅炉，该锅炉为高压、自然循环、平衡通风、悬吊结构、固态排渣、汽包炉，紧身封闭布置、全钢构架，该炉型非常规设计，给水温度较低。汽轮机为哈尔滨汽轮机有限责任公司制造，其中＃1、＃2机为高压、单轴、双缸、双抽、直接空冷凝汽式汽轮机。＃3汽轮机为高压、单缸、抽背式汽轮机。动力分厂供给化工区的蒸汽共计3个压力温度等级：第一个为8.73MPa、535℃的高压蒸汽，第二个为1.20MPa、330℃的中压蒸汽，第三个为0.70MPa、225℃的低压蒸汽。动力分厂补给水水源采用位于多伦县境内滦河干流上的西山湾水库，水库水经取水升压泵一次提升后送至厂区。

2 高温过热器积灰

2.1 煤种

锅炉选用煤种是褐煤，分别是蒙宏煤和大唐胜利2号电厂煤，各煤种对积灰影响的程度各不相同，煤的收到基低位发热量平均为3100kcal／kg，空气干燥基灰分平均为16%。其主要有以下特征：（1）煤粉水分过大。由于原煤水分高，必然增加制粉系统通风量，引起煤粉细度增大，引起着火、燃烧推迟，煤粉在来不及燃烧完全就离开炉膛。另一方面，由于一次风温度低、湿度大、风速高，大量一次风进入炉膛引起燃烧区域的温度降低，煤粉着火推迟，恶化煤粉气流的燃尽条件，不利于煤粉的燃烧和燃尽。笔者针对煤粉水分的变化情况进行了实验和摸索，当煤粉水分每增加1%时，飞灰可燃物含量将增加2%。（2）煤粉灰分增大。燃煤灰分高，由于燃料本身放热量低，燃料消耗量大，加之灰分不但不放出热量，还要吸收热量，使炉膛内烟气温度降低，也使煤粉着火稳定性降低。（3）煤粉挥发分偏低。煤中挥发分低，煤粉气流的着火温度显著提高，着火热也随之增大，必须把煤粉气流加热到更高的温度才能着火。

煤质及设计问题严重影响锅炉运行的安全稳定性和经济性，锅炉蒸发量只能被迫生产300t／h蒸汽以下，且运行时间不长就得停炉清理高温过热器积灰，严重制约化工区的蒸汽需求，并造成大量受电。

2.2 高温过热器积灰情况

无论选哪种煤过热器受热面都存在严重积灰，从停炉积灰情况看，属于粘结性积灰，粘结性积灰是由于烟气中的硫酸蒸汽凝结在受热面管壁上而粘住灰粒，并与灰粒作用而形成水泥状的堵灰。

3 高温过热器爆管原因分析

3.1 磨损

由于积灰严重，高温过热器管排堵塞，形成烟气走廊，烟气中带有大量灰粒，冲击和切削作用对高温过热器管子产生磨损，管壁减薄，造成高温过热器爆管。

3.2 腐蚀与超温

由于锅炉的燃烧不正常，烟气中带有大量的灰粒子，这些灰粒子可以吸附烟气中的二氧化碳、二氧化硫和水蒸汽，最终形成具有粘结性很强的灰粒子，进而形成粘结性积灰包裹在高温过热器管壁，导致超温及氧化腐蚀，造成爆管。

以上原因影响过热器的安全稳定运行，并且频繁爆管，被迫停炉清灰，给生产带来了极大的安全隐患。

4 爆管发生的位置

由于积灰形成烟气走廊的高温过热器管排，大量灰粒通过对管排冲刷磨损，使管壁减薄，在过热器烟气入口处的弯头、出列管子，都有爆管情况的发生。

由于形成粘结性积灰，包裹在高温过热器上，使高温过热器与烟气传热能力下降，造成超温、氧化腐蚀，机械性能下降，被包裹的高温过热器管发生爆管。

5 送检情况

通过割管检查送检，靠近爆口的向火侧外壁氧化层上存在着多条纵向裂纹，分布范围可达整个向火侧，内外壁氧化皮比短时超温爆管时的氧化皮厚，纵向应力氧化裂纹从外壁向内壁扩展，裂纹尖端有少量空洞；向火侧和背火侧均发生严重球化，并且管材的强度和硬度下降，管子内壁和外壁的氧化皮发生分层。

6 采取的防范措施

6.1 锅炉设备技术改造

由于锅炉设计问题，我厂对制粉系统、烟风系统等进行改造。3年来，通过对5台锅炉的技术改造，增加了省煤器、低氮燃烧器、一次风道燃烧器、长式吹灰器，选择适宜煤种，从而改善锅炉的燃烧状况，达到了额定蒸发量，延长锅炉的运行时间，满足了化工区蒸汽量、发电量的需要。

原燃烧器改为低氮燃烧器，立体分级水平浓淡风低NOx煤粉燃烧技术，增加了燃尽风，使燃料得以完全燃烧。通过尾部烟道改造，增加一组省煤器，提高了给水温度，减少了炉水在炉膛内的吸热量，减少了燃料量，以便减轻积灰的程度。

在高温过热器烟气入口前左右侧增加2台长式吹灰器，运行根据烟道阻力大小的变化，进行实时吹灰。一次风道增加风道燃烧器，使一次风温增加40℃，提高了磨煤机干燥出力，磨煤机出口温度提高，着火燃烧速度加快，燃料燃烧更加充分。

6.2 运行燃烧调整

自投产以来，排烟温度一直高于设计值20～30℃（设计值为134℃），夏季最高达到170℃，2012年经过运行的热态燃烧调整试验、制粉系统的调整试验，排烟温度降低还是比较明显的，但目前排烟温度居高不下，同期比2012年高5℃多。排烟温度的升高，使排烟热损失增大，排烟损失又是锅炉损失最大的，严重影响了锅炉运行的经济性。煤质是影响排烟温度的最大因素，对不同类型的来煤分别存放，做好煤质分析，摸索出最佳配煤方案，上煤人员要按照规定的煤质要求严格准确配煤。尽量使各燃烧器一、二次风速保持一致，减小排烟温度偏差。

6.3 做好设备的检修，保证良好状态

利用机组检修的机会，对磨损严重或脱落的一次风喷口内的钝体进行更换；对烧损变形、发生偏斜的燃烧器喷口及时进行修整和校正。检修中对锅炉各受热面进行清灰除渣，以降低受热面的灰污染度，增大受热面的传热系数，加强换热，使各受热面的吸热量达到或接近设计值。在大修中，对管式空气预热器进行了彻底的清灰、堵漏治理。

6.4 减少未完全燃烧热损失

（1）合理控制氧量。电厂锅炉炉膛出口运行氧量发生变化时，其他主要的运行经济指标，如灰渣未燃烬碳含量、排烟温度等，都将发生变化。运行氧量发生变化时，对经济性的最直接影响来自烟气量引起的排烟热损失的变化。目前，现场运行规定的氧量控制参数多是针对额定负荷，一般根据锅炉的燃用煤种凭经验选取，机组低负荷调峰运行时，氧量的控制还具有较大的随意性。（2）及时掌握煤质和煤粉细度的变化。运行人员应及时掌握入炉煤种的变化，根据煤质分析报告，相应调整好制粉系统的运行，保证适当的煤粉细度。可对经常烧的煤种进行试验，不要一味地追求过低的煤粉细度，要综合考虑制粉电耗。加强原煤的采购和储备管理，把好入厂煤验收质量关，加强煤场管理，对不同煤种要分堆存放，锅炉煤斗进煤时尽力做好混煤工作，严格执行。（3）做好燃烧配风。锅炉运行人员应经常观察煤粉的着火情况，控制煤粉的着火距离，离一次风喷口出口约200～300mm。根据煤粉着火、回火情况及时调整一次风门的开度。一次风门的开度不一定要全开，可以根据风速对风门的开度进行调整。不要只通过调整二次风门的开度，还要靠调整风压来调整。运行人员在高低负荷工况时，都应调整好炉内燃烧，调整好一次风、二次风的配比，保证炉膛火焰不偏斜，确保煤粉、空气的良好混合。（4）控制好检修质量，保证设备良好使用。改善燃烧器，选择优质合金钢材料，增加防磨耐热性能，利用检修机会对损坏的要及时进行修理和更换。利用停炉机会，检查燃烧器的安装角度，确保炉膛设计切圆正确。做好一次风速冷、热态的调匀试验及二次风的冷态挡板特性试验，保证炉膛火焰的中心不偏斜。对设备系统进行改进，增加“燃烧优化监视系统”，对燃烧切圆、煤粉温度、煤粉浓度、一次风速和一次风压进行监视，以保证对燃烧情况进行在线监控，为运行人员进行燃烧调整提供科学依据。

7 结语

多伦动力分厂针对锅炉高温过热器频繁爆管的事故，投入了大量资金，对锅炉设备进行技术改造，使炉内燃烧处于正常状况，消除高温过热器管排处粘结性积灰条件的形成，有效地遏止了锅炉高温过热器频繁爆管事故的发生，满足了煤化工的安全生产需求。