670 t/h 循环流化床外置床微振造成内部受热面爆管失效的研究

周天旺，彭小峥，邱绍明，程文峰

（中电投江西电力有限公司，江西南昌 330096）

0 引言

外置床是近年来国内循环流化床机组大型化后的新设备，内部布置过热器和再热器受热面，鼓泡床运行方式，内部流化风速度一般为0.5～1 m/s，基本无磨损[1]，近期一台国产670 t/h的CFB锅炉运行7年后频繁发生内部受热面爆管失效问题，通过现场的调研分析，确定了外置床微振是造成受热面爆管的主要原因，这也是目前为止发生为数不多的微振现象，值得研究和思考。

1 设备概况[2][3][4]

该台锅炉为国产670 t/h的CFB锅炉，单汽包、自然循环、采取新型外置床换热器。锅炉主要采取大锥段结构、4 个直径为6.4 m 的高温绝热旋风分离器分布炉膛左右、4 台紧凑式分流回热换热器（也就是外置床）、尾部受热面、管式空预器等设备组成。

紧凑式分流回热换热器是一种新型的外置式换热器，主要特点是回料阀和外置床为一体化紧凑式设计，采取科学的启动控制分流循环灰量，内部布置有过热器和再热器受热面，本次爆管的2号外置床内布置为高温再热器，管子规格为φ57×5，材质为TP321（见图1）。

图1 外置床结构

该锅炉的2 号外置床设备在2013年3月份连续发生过2次管子失效现象，而且管子失效的部位均在同一位置。

2 事件经过

2.1 事件发生前状态

2013年3月8日10时30分机组负荷175 MW，汽温528 ℃，汽压12.68 MPa，给水流量450 t/h,蒸汽流量460 t/h，氧量4.3%，炉膛负压-20 Pa，排烟温度145 ℃。

引风机、一次风机、二次风机、换热风机均2台运行，1台高压风机和4台给煤机运行。

2.2 事件过程[5][6]

2013年3月8日10时35分，机组负荷175 MW，炉膛负压60 Pa，引风机电流逐渐由185 A上升至200 A，给水流量510 t/h，蒸汽流量500 t/h，排烟温度逐步上升至153 ℃，判断炉状况异常，汽机补水量有所增加,立即对锅炉进行全面检查，在10:58 分巡检到2 号外置床时发现该外置床响声大，且有大量灰冒出。

InSAR是合成孔径雷达干涉测量技术(Interferometric Synthetic Aperture Radar)的简称，原理为通过雷达卫星在相邻重复卫星轨道上对同一地区进行两次成像得到两张SAR图像，通过计算它们的相位差得到干涉处理后的图像，后经相位解缠和差分干涉处理，便可从干涉条纹中提取地表的三维信息和高程变化信息。雷达干涉测量的成像几何关系如图4[26]，图中，H是轨道的高度，B是基线距离，θ0是参考侧视角， dθ是地形起伏引起的侧视角的增量。

经现场再检查确认，2 号外置床受热面爆管，机组解列。

3 管子失效前后的状况

3.1 失效前的状况

在本次受热面失效前的2月9日，该外置床已经发生了一次管子失效造成停炉的现象，失效的管子为第17排、第18排，更换了6根管子，更换的管子为Φ57×5 mm。

锅炉专业通过分析出，得出了2种不同的意见：第一种意见认为是外置床内换热室隔墙倒塌后，墙内的钢筋晃动，直接接触并磨损管子，造成管子失效；第二种意见认为是造成流化风的方向变化，原均匀布置的流化风风向被迫改变方向，高达40 KPa的风夹杂着粗糙的煤粉颗粒集中向失效的管子吹，相当于是喷砂，造成管子失效。

3.2 失效后的状况

3月8日管子失效仍为为第17 排、第18 排，其中发现四大问题：

第一是管子的管夹全部缺失，管子在外置床内呈自由状态。

第二是由于管夹缺失，管排之间已经发生碰磨，而且非常严重，其中第18排失效的管子就是2月9日爆管后更换了的新管子，3月2日机组启动，3月8日再次爆管，5 mm 壁厚的管子运行仅6天最终壁厚磨损为1.2 mm，磨损的速度为0.633 mm/天，极为罕见（见图2）。

第三是失效管子的焊缝存在气孔（见图3）。第四是疏水阀门被眼镜片堵塞（见图4）。

图2 磨损后的管子

图3 管子上的气孔

图4 阀门内的眼镜片

4 原因分析

通过本次的调研，笔者认为该外置床管子失效的主要原因就是微振，产生微振的原因如下：

首先，再热器设计不合理是微振的主要原因。该外置床受热面是U型设计（见图1外置床结构图），管内的疏水无法正常排出，仅能靠外置床投运后产生的蒸汽将疏水挤出。而且再热器外置床是在机组开机最后才投运的设备，停炉时蒸汽凝结下来的水未排空，加上开机过程后产生的蒸汽，造成两项流，容易造成水击发生。所以在后续的过程1 025 t/h 流化床的研发中，再热器外置床的受热面和进出口联箱位置均进行了优化，采取了倒U型设计，联箱布置在受热面的下方，未发生水击现象。

最后，外置床受热面大部分管子的管夹在此之前已经大面积脱落，由于检修空间狭小，检修过程中大部分未及时得到恢复，故受热面管子在几年的时间内变形、交叉严重，管子在水击的诱因下、加上循环灰的作用，振动更加严重，造成管子碰磨（见图1、图2），故即使是新换的管子，也难逃仅运行6 天就爆管。

5 采取的措施

由于该结构设计已经成型，如需改动，则需要花费许多的成本，故本次的整治措施中未考虑将外置床的结构进行优化，而是在现有的结构上进行了局部的改造。

1）在机组A 修中将外置床内的管排全部吊出，逐个进行外观、管夹、测厚检查。

一是对所有的外观出现超温的管段全部更换；二是对所有的管夹全部进行了恢复，这是最重要的一项工作；三是对对磨损量大于2 mm、变形严重的管子全部进行了更换。

2）将疏水门进行了彻底的检查，取出了眼镜片，并进行通水试验（通水试验中由发现管道被破布堵塞，并取出），保证了疏水畅通，避免水冲击，解决引起外置床振动的诱因。

3）更换了近1 200 m管子，将更换过程中的所有焊口全部进行了拍片检查，确保焊接质量的可控。

4）采取可靠的运行方式。

（1）加强疏水。

机组启动过程中安排专人对外置床的疏水进行重点检查，有问题及时解决处理，确保疏水正常，避免水冲击。

（2）加强疏水门的检查。

运行中安排专人对所有的疏水门进行排查，发现被堵的现象及时安排人员进行处理，有漏流的阀门待停机后进行研磨或更换。

5）加强检修管理。

（1）规范检修工艺。

重申了检修中管子坡口、管道临时封堵等的重要性，防止眼镜片、破布堵塞管道现象的发生。

（2）严格了焊接质量的管理。

从焊接人员证件的检查、焊接工艺卡制定、焊接材料等方面进行了严格控制，从源头上控制了焊接的质量。同时100%的拍片，正确处理了进度和质量的关系，保证了焊接的质量。

（3）加强了验收。

过程中确定了三级验收的人员，明确了职责，并将过程中验收的文件进行了汇总。

6 取得的效果

机组自采取上述措施后已运行至今，该CFB 锅炉的外置床未发生一起受热面爆管事件。

7 结论

通过对该外置床内受热面爆管事件的研究，成功得出了外置床微振是失效的主要原因。微振现象目前在CFB 机组上发生不多，而且该观念正逐步被行业接受和认可。

所以外置床内受热面布置的合理设计、受热面确保疏水正常，同时加强检修和运行管理，防止水击造成管子失效，是预防微振的措施。而且我们在国产1 025 t/h 锅炉上采取了相应的措施，取得了很好的效果，对同类型机组有很好的借鉴作用。

[1]路春美，程世庆，王永征.循环流化床锅炉设备与运行[M].北京：中国电力出版社，2003.

[2]蒋敏华，孙献斌.自主知识产权CFB锅炉的开发研制，2006年中国电机工程学会年会报告集[C].GN1-06 CT0646 :127～127.

[3]孙献斌，黄中.大型循环流化床锅炉技术与工程应用[M].北京:中国电力出版社，2012.

[4]党黎军.循环流化床锅炉的启动调试与安全运行[M].北京:中国电力出版社，2002.

[5]DL/T 1034-2006 135 MW级循环流化床锅炉运行导则[S].

[6]彭小峥，陈念祖，段宏波.江西大型电站循环流化床锅炉的整治和运行情况，2006年中国电机工程学会年会报告集[C].GN1-05 CT0371:127～127.