电站煤粉锅炉受热面超温失效的相关探讨

任福虎

【摘要】随着社会经济的不断发展，电力工业建设规模逐步扩大，为了符合市场需求，大容量火力发电机组的类型与技术日益丰富。就现阶段而言，300MW、600MW 的亚临界机组在各大电网的日常运作中处于主力机组的地位，且1000MW超超临界机组被研发并日益普及。可见，在发电机技术的进步背景下，锅炉初参数要求提升，其运作结构趋于复杂，随之而来的受热面热管失效弊端显现。本文主要围绕电站煤粉锅炉受热面超温失效的各因素展开分析，分别从设计、安装检修以及运行四点入手进行具体探究，希望与广大专家、学者共同分享、探讨。

【关键词】电站煤粉锅炉；受热面；超温失效

在极端依赖电力进行发展的今天，电力能源的生产和发展与人们的日常生活与生产息息相关。据有关资料显示，世界上约40%的电能生产途径为燃煤电站，且以煤粉（即粉状燃料）燃烧为具体方式。在煤粉燃烧技术的研发伊始，其因生产的便利性以及产出的高效性得到了广泛应用于推广，并迅速成为世界范围内发电的支柱技术。就现阶段而言，全世界的煤粉锅炉比例占电能生产的主要位置，但在技术发展背景下，机组效率不断提高，锅炉煤耗逐渐降低，对锅炉的运作与管理提出了更高的要求，在具体环节未趋于同步的基础上，产生了受热面热管失效问题，给电力生产事业形成较大影响；为此，笔者通过查阅文献、结合经验，将电站煤粉锅炉受热面超温失效的相关影响因素作出如下几方面分析，以期从设计、生产与管理等方面入手促进电站煤粉锅炉的可持续发展。

1、超温失效的设计影响因素

设计属于电站煤粉锅炉投入使用前的基础环节，与其生产运作质量息息相关；因此，设计因素成为影响锅炉超温失效弊端的首先要因素。从设计方面看，首先，炉膛出口温度的参数设计规范的失误成为引发锅炉热管超温失效的直接原因。一般来说，在电站煤粉锅炉的设计环节中，炉膛出口烟气溫度参数设计对锅炉的可靠运行具有至关重要的作用，其设计参数对热管的安全水平以及寿命的长短具有直接影响。我们知道，炉膛出口烟温属于炉膛出口进入对流管束之前的烟气温度参数，其参数范围的设置合理性有助于避免出现对流受热面结渣的情况；从运作过程上看，烟气中的飞灰成分多处于融化的水平，一旦遭遇受热面管，则极易发生黏结的情况，进而提高热阻以及管壁温度，最终加重锅炉出口结渣的程度，并形成烟道堵塞的后果，长期还可能发生爆管事故。可见，合理设计炉膛出口烟气温度对锅炉中辐射受热面以及对流受热面之间的吸热量比例至关重要。其次，锅炉水动力的设计规范合理性不足。通常情况下，锅炉受热面热管与管壁金属的温度水平息息相关，在正常璧温的基础上，只要锅炉钢管具有较高的强度水平，一旦产生由水动力引起的传热恶化问题时，管壁温度将产生超标的情况，与此同时，管壁温度长期波动，最终导致锅炉钢管会因金属强度下降或金属疲劳而破裂的后果。另外， 锅炉热力特性参数的选取失误同样是造成其超温失效的重要因素。热力特性参数与炉膛结渣状况具有直接联系，而一旦锅炉炉膛出现结渣的情况，炉膛出口温度上升，过热器温度上升，与此同时，包括空气预热器入口温度、排烟温度、热风温度等在内的相应参数均出现超标上升的结果，使得热管运行出现障碍，进而造成缩短其寿命或者直接失效的后果。可见，提高热力特性参数选择合理性十分必要。此外，煤种的选取也属于设计环节中容易埋下超温失效隐患的重要因素。一般来说，只有在设计煤种的允许变化范围内，其方能正常发挥其应有效用；而一旦煤种发生质的变化，锅炉燃烧的正常状态将直接遭到破坏，热管则发生失效的情况。

2、超温失效的安装维修因素

安装时锅炉投入运作前的必要环节，笔者从实践经验出发，认为引发超温失效的安装维修因素主要包括以下几点：（1）安装工艺的影响，一般来说，安装过程的技术合理性与锅炉的各部件运作质量息息相关；各部件不仅长期在高温以及高压的环境中运行，同时也面临着多种物理、化学反应作用，工作环境复杂且恶劣，因此，安装工艺的好坏直接影响着日后锅炉机组安全、经济运行。（2）焊接质量的影响，通常在安装、检修的过程中，因工艺不精引发焊接缺陷，包括熔化金属流淌到焊接以外未熔化的母材形成金属瘤进而导致管内冷却介质流量不足等情况。（3）错用钢材的影响，错用钢材时，即等于引发超温运行，在超温运行基础上，钢材使用寿命缩短，长期可能导致发生热管超温失效暴漏的后果。（4）异物堵塞管子的影响，在锅炉安装、检修过程中，焊渣、用过的短焊条、焊剂、切割下来的小边角料，连接部位的螺栓、螺母，锅炉吹扫过程中带入的杂物，甚至安装检修过程中的工器具如小榔头等，在意外情况下进入受热面管将直接引发热管超温失效事故。（5）管壁温度测点安装不规范的影响，若存在计算璧温时偏差过大的情况，则将导致璧温过低的后果；同时，锅炉参数控制难度大，容易引发锅炉热效率低的情况。然而，当璧温超标，长期将同样导致热管超温失效爆管的后果。

3、超温失效的设备运行因素

电站煤粉锅炉在运作的过程中同样具有发生超温失效事故的隐患，其首先在于锅炉启停过程对锅炉热管超温失效的影响，在锅炉运行状态下，部分受热面内的工质流量小，甚至短期内停止流动，从而导致受热面金属无法正常冷却，但一旦对其过分加热，又会引发受热面管超温的现象。且在水循环尚未建立起来的部分水冷壁管中，蒸汽流量少的过热器管、无蒸汽通过的再热器管以及暂停给水的省煤器等均易引发超温危险，应以制定严格的规章制度来规范执行。其次，过热器内壁氧化皮脱落，其表现为过热器内壁氧化皮脱落，在弯头处堆积，运行时管内流量不足，致使热管超温爆管的情况；应由此使用高效锅炉机组运作。另外，锅炉燃烧煤种的偏离，一般来说，一台处于运行状态的锅炉，若燃料发热量降低，工作水分增加，在此基础上，如果燃料供给量增多，将使蒸汽参数和蒸发量降低，应通过增加燃料供应量进行规避。此外，锅炉负荷变化的影响，锅炉负荷一旦出现增加的情况，则导致蒸汽的焓增大。这是由于在负荷增加时，燃料消耗量增大，使烟气流速增加，而使烟气侧对流放热系数增大；此时，将使得对流过热器的出口汽温增加。而在在辐射过热器中，一旦锅炉负荷出现增加的情况，因炉膛火焰平均温度变化较小，其辐射传热量的上升幅度有限制，则无法与蒸汽流量变化相协调，最终使得工质焓增减少。因此，随锅炉负荷增加，辐射过热器的出口汽温是下降的。可见，因负荷变化导致的锅炉对流过热器、辐射过热器及再热器汽温的变化情况并不趋同，该差异将在运行调整不当的情况下引发热管失效的现象。

除上述分析因素以外，磨煤机以及给粉机的投停方式同样对超温失效形成影响。就现阶段而言，多数企业倾向于采用了空气预热器出口热风作为磨煤机混合中热风来源，然而，因制粉系系统磨煤机运行时利用了空气预热器部分热风做为干燥介质，与此同时，制粉乏气与部分水分进入爐膛，造成锅炉燃烧以及烟、风系统参数的显著变化，由此对锅炉热管失效参数产生影响。另外，煤粉细度与粗细粉分离器效率的影响因素，相关研究结果显示，一旦煤粉过粗，则将导致机械增加不完全损失风险，且炉膛火焰中心也存在上移的情况，进而导致炉膛出口烟温上升，对流、辐射热管温度增加，受热面热管工作条件恶化，锅炉的可靠性受到严重影响。而一旦磨煤机煤粉过细，则使得磨煤机的电耗显著提升，在此情况下，一旦失控则将造成制粉系统爆炸的后果。其次，当粗细粉分离器效率处于较低水平的情况下，乏气中具有较高比例的含粉量，此时，一旦乏气作为三次风，由于三次风口含量比例较大，将直接对煤粉燃尽情况形成阻碍，且将造成受热面超温失效的后果。从上述影响因素的分析与举例中可知，在电站煤粉锅炉的运作状态中存在较多的超温失效隐患，要求工作人员在锅炉设备的运作管理过程中充分考虑参数设置、状态监测以及维护维修等方面因素，只有不断总结、改进以及创新才能从根本上杜绝超温失效风险。

4、结束语

综上所述，控制电站煤粉锅炉受热面超温失效的风险因素所涉及的生产以及管理环节较多，控制途径相对复杂，需要在日常工作中加以监测与分析，在总结与讨论的基础上制定科学合理的防范计划；与此同时，有关部门应建立健全锅炉防磨防爆制度，以提高风险因素控制的执行力水平。总而言之，只有不断加强对锅炉压力容器安全检察、金属监督、化学监督、热工监督等工作，并在实践中不断积累经验，严格遵守电力行业导则、规程、制度，才能真正为电站煤粉锅炉的生产效率与安全提供坚实保障。

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