百万级机组锅炉及系统存在的问题探讨

春国成

（大唐陕西府谷煤电有限责任公司，陕西 榆林 719400）

百万级机组锅炉及系统存在的问题探讨

春国成

（大唐陕西府谷煤电有限责任公司，陕西 榆林 719400）

针对百万级机组大容量、高参数的特点，总结了我国投运的百万级机组锅炉及系统存在的设备方面，设计、制造和运行方面的问题，提出了预防措施并总结经验，以期促进我国百万级机组的安全稳定运行。

百万级机组；锅炉；爆管；空预器

0 概述

2006年11月，我国首台1 000 MW超超临界机组在华能玉环电厂投入商业运行，华能玉环电厂的建设成为我国实施863课题——“超超临界燃煤发电技术”的标志。2007年11月，我国有6台1 000 MW超超临界燃煤机组（以下简称“百万级机组”）投入了商业运行，2014年12月，全国已投产百万级机组共有70台；据统计，截至2015-03-20，我国已投产的百万级机组达到了73台。

百万级机组的大量建设，为我国火电结构的优化和技术升级起到了极为重要的作用。当前我国已经投产的百万千瓦级超超临界锅炉（以下简称“百万级机组锅炉”）等装置主要引用了日本日立公司、日本三菱公司以及德国ALSTOM公司的技术。但由于起步较晚、发展速度快，特别是百万级机组锅炉的压力、温度等级高，加之在制造、安装和运行方面存在的问题，影响到机组正常运行。

1 百万级机组锅炉及系统存在的问题分析

1.1 设备方面

1．1．1 炉管堵塞

在超超临界锅炉的运行过程中，因在制造和安装阶段遗留的异物堵塞而导致的过热爆管是非常普遍的现象。这主要是超超临界机组参数高、炉管尺寸小，对炉管积存的异物非常敏感。另外因节流孔的存在，使残留的少量渣屑堵塞节流孔导致爆管发生的可能性增加。因此，应加强锅炉设备的制造、安装和运行操作水平，以达到减少锅炉爆管的目的。

Π型锅炉过热器及再热器垂直布置的炉型结构特点，也使锅炉堵塞爆管的问题非常突出。在管道冲洗、启动和初期低负荷运行期间，少量的蒸汽不足以将氧化皮和积存的渣屑异物从垂直的管段中带离出来。由于机组容量越大，过、再热器的垂直高度越高，而管子中的气流速度或冲走积存异物的气流动能却变化不大，因此锅炉容量愈大，因堵塞而爆管的隐患越大。

1．1．2 锅炉汽水系统中铁离子浓度高

锅炉给水中溶解的氧化铁是长期影响水冷壁安全的问题。给水中铁离子含量高的主要原因是高压水对氧化铁的溶解度相对较大。在高加系统和给水系统溶解的部分氧化铁，随着给水温度提高，在省煤器和水冷壁进口部分析出沉积较多，出现节流孔氧化物沉积，导致个别管温度超限的情况。

1．1．3 锅炉吹灰系统故障频发

百万级机组锅炉吹灰系统的汽源一般取自高压蒸汽（一般取自二级过热器出口），从运行情况看主要存在的问题有：电动隔离阀故障较多；调节阀由于前后压差大，阀芯易被冲刷，故障率高；安全阀动作时起座时间长；减压阀前后由于差压接近30 MPa，吹灰时噪声高。

1．1．4 空预器漏风

空预器是锅炉的枢纽设备。大型锅炉普遍采用的回转式空预器，其漏风率的大小，不但直接关系着锅炉烟气余热的回收效率，也严重影响了锅炉主要风机（送风机、引风机、一次风机及脱硫增压风机）的用电率。

1．1．5 电除尘器效率低

电除尘器作为我国工业除尘的主力设备，其高压供电电源及控制技术自20世纪80年代初至今有了很大的发展，并随着工业的发展以及国家对大气污染排放标准的进一步提高。目前大部分早期投运的电除尘器已出力不足、耗电量高、除尘效率较低，烟尘排放达不到2014-07-01起实施的GB13223—2011《燃煤电厂大气污染物排放标准》中允许烟尘浓度排放不大于30 mg/Nm3的要求。

1.2 设计、制造、安装和运行方面

1．2．1 存在的问题

锅炉在由湿态转至干态运行或低负荷运行时，很容易出现部分水冷壁管温度超温而频繁爆管的现象，严重影响了机组的安全稳定运行。

1．2．2 问题产生的原因

（1） 锅炉水冷壁设计不合理，节流孔圈直径偏小，节流孔尺寸计算存在偏差，造成水流量分配不均，个别管因缺水导致管壁超温爆管。这也是爆管的主要原因。

（2） 锅炉水冷壁布置方式、燃烧器投入方式、顺序和锅炉燃烧方式不合理造成部分水冷壁管热负荷偏高。

（3） 在制造、安装过程中，焊接质量不良，咬边、气孔、缩孔缺陷较多，也是锅炉爆管的重要原因。

（4） 由于设计、安装等因素的影响，产生了弹簧支吊架承载不合理，处于欠载或过载状态；恒力吊架的位移指针顶死在极限位置；支吊架偏斜超标；弹簧吊架的锁定销没有拆除；支吊架配置不合理等现象，造成水冷壁管受力不合理。

1.3 原材料方面

由管子原材料缺陷导致的锅炉四管泄漏比较多。这一方面是由于钢管生产企业良莠不齐，企业加工能力及质量管理意识差异较大，锅炉制造企业原材料入口也存在一定问题，导致进入市场的管子原材料缺陷增多；另一方面，由于超超临界机组蒸汽温度和压力参数高，使用材料的裂纹缺口敏感性较高。这对原材料的质量提出了更高要求。

2 预防措施

2.1 设备方面

（1） 采用对流受热面水平布置的塔式炉，即使制造、安装过程中存有异物，或启停工况下有氧化皮等异物脱落，也能够通过汽流把异物带离出来。

（2） 针对锅炉汽水系统中铁离子高浓度的问题，可以通过加强化学水处理管理和采用规范加氧处理的运行方式使锅炉达到良好的运行状态。

（3） 对于锅炉吹灰系统问题，实践证明，取再热冷段作为吹灰汽源的方法是行之有效的。由于再热蒸汽冷端压力通常在5．5 MPa以下，改造后系统工作条件改善，以上问题都可得到很好的解决。改造后系统管道阀门材质、压力等级降低，维护成本降低，设备可靠性、运行经济性明显提高，效果显著。

（4） 空预器漏风率大是困扰许多电厂提高经济性的难题。可以对空预器在冷端径向、热端轴向和旁路密封都实施全向柔性密封改造，使空预器漏风率降至4 %以内。采用常规的金属丝刷式密封，同时采用弹性金属软片密封技术，将两者有机结合，克服了2种密封方式单独使用带来的寿命短和间隙偏大的缺点。全向柔性密封技术能大幅度降低空预器的漏风率，显著提高其换热效率，大幅度降低厂用电率。

（5） 通过实施除尘器高频电源改造，可以有效降低除尘耗电率和烟尘排放浓度。高频电源供给电场的是一系列的电流脉冲，可以提高烟尘的荷电效率、提高粉尘迁移速度，从而提高除尘效率，也使电除尘高频电源的总功耗降低。

2.2 设计、制造、安装和运行方面

为防止水冷壁超温爆管，可以采取优化制粉系统投运方式；控制跟踪受热面金属壁温，调整燃烧方式、合理控制煤水比；加强节流孔圈检查，取消相应的超温管子的节流孔圈，采用直管代替；全面对锅炉受热面进行X光扫描，在水冷壁上加装温度测点，采用DCS系统并增加相关报警逻辑，提前发现水冷壁温度偏高的现象；改造支吊架等措施，以减少水冷壁超温次数。解决过热器、再热器、省煤器、水冷壁等的爆管问题，最为直接的方法就是全面监测锅炉受热面的管壁温度，实时掌握受热面的工况，严格控制再热器、过热器、省煤器、水冷壁管壁温度在正常范围内，避免受热面超温现象的发生。

2.3 原材料方面

原材料存在的缺陷问题，在采购合同中应明确原材料质量抽检要求；加强驻厂监造，严把原材料入口质量关；加强安装前的原材料质量抽检，使用磁粉或超声波技术重点对焊口附近的管子母材进行抽检。

2.4 其他建议

（1） 百万级机组停炉后不建议通风冷却，一般可闷炉18 h后再开挡板进行通风，冷却时间也只是增加1天，不要因抢工期损坏设备。

（2） 排烟温度高是普遍问题，设计时对空预器换热面积要认真核算，建议适当增加空预器的设计换热面积。

（3） 在工程设计建设阶段均按装设脱硝装置考虑，在锅炉尾部烟道上设计和预留脱硝装置的安装布置条件，部分烟道、钢架等同时随锅炉设计供货，为后续的烟气脱硝工程改造提供便利条件，可节约改造投资，缩短改造工期。

3 结束语

我国百万级机组发展晚，经验少，在设计、制造、安装和投运中难免会出现一些问题，为此总结经验，合理优化设计，强化管理以为我国百万级机组安全稳定运行提供有效保障。

1 鲁忠科，连英才．680MW超超临界直流锅炉爆管预防与控制［J］．电力安全技术，2011，13（12）：12-15．

2015-07-03；

2016-04-11。

春国成（1973-），男，工程师，主要从事火力发电技术管理工作，email：chunqiu999@qq．com。