防止锅炉高温受热面过热爆管的措施

高志圣

（国家能源费县发电有限公司，山东 临沂 273425）

在锅炉的实际运行过程中，往往会受到多种不利因素的影响，这就会对其正常运行造成不同程度的阻碍，在其各个组成部分中，以水冷壁、过热器、再热器以及省煤器等4部分极易出现泄漏故障，进而会给锅炉的安全运行带来潜在的隐患。造成锅炉泄露的原因非常多，其中最常见的主要有磨损、腐蚀、过热、安装以及焊接质量差等问题，在实际的工作过程中，要予以充分的关注。为了确保锅炉各部分能够始终处于良好的工作状态，就要对锅炉的整个运行过程进行全过程的监控，始终坚持预防为主的运行控制措施，分别从管理和技术两个方面着手，加强各个环节配合做到可控在控。国电费县电厂#2机组650MW超临界发电机组，锅炉型号为HG1913/25.4/571/569-YM3。螺旋管圈与垂直管屏之间由过渡集箱转换连接，下部螺旋管圈管材及规格为φ38×6.5mm ，15CrMoG，上部垂直管屏规格及管材为φ31.8×5.5mm，15CrMoG。

1 锅炉“四管”泄露原因简要分析

国电费县电厂#2机组650MW超临界发电机组，锅炉型号为HG1913/25.4/571/569-YM3，于2007年8月正是投入运行。该锅炉的炉膛采用了当时比较先进的全焊接密封膜式水冷壁，能够大大提高换热效率，为企业带来良好的经济效益。该种类型的水冷壁主要是由下部螺旋环绕上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁，按照一定的结构形式连接而成的。螺旋管圈与垂直管屏之间由过渡集箱转换连接，为了能够确保连接的稳定性，并提供足够的通道，过渡集箱包括左右两部分，其中左侧包括了63根螺旋管，而右侧则是由191垂直管屏按照一定的连接方式构成的。下部螺旋管圈管材及规格为φ38×6.5mm，15CrMoG，上部垂直管屏规格及管材为φ31.8×5.5mm，15CrMoG。

我厂#2机组从5月8日开始进行大修，为了能够有效提高锅炉的燃烧效率，对其中的燃烧器进行了系统全面的改造升级，采用了比较先进的低氮燃烧器，经过改造后，燃烧器整体的燃烧中心相较于改造前提升了1.5m；为了确保水冷壁的密封性符合要求，下部螺旋环绕上升水冷壁管采用了焊接连接的方式，并且在机组正式运行前，对水冷壁管进行系统群面的酸洗，去除管内残留的各种杂质，确保管路通畅。锅炉大修完成后，于7月2日开始点火运行，直至运行时8日锅炉的水冷壁突然发生爆裂泄漏。通过检查后发现，水冷壁后墙左侧起第100根和178根火侧垂直管发生爆裂，爆口部位标高48.5m。

1.1 磨损

煤粉锅炉受热面飞灰磨损和机械磨损，是影响锅炉长期安全运行的主要原因。（表1）。

1.2 腐蚀

1.2.1 管外高温腐蚀

受热面管外壁在较高温度条件下，由于缺氧导致还原性气体存在，当燃料中含硫量较高时（＞1%），容易产生管外高温腐蚀。如果管外产生结渣、积灰，且上述条件存在，会产生较为严重的管外腐蚀。

在锅炉的受热面位置处，作为与火焰进行直接接触的位置，水冷壁在运行过程中极易发生高温腐蚀，究其原因，主要是由其周围的还原性气体引起的，通过现场发现，在CO浓度高的位置处，腐蚀较其周围更加严重。

通过对水冷壁的高温腐蚀位置进行研究发展，其多发生于高温区域，例如，燃烧器的高温影响区域。由于过热器和再热器中的还原性气体相对较少，由气体所造成的腐蚀问题也相对较轻。

为了尽可能对腐蚀进行有效的控制，在容易出现腐蚀的位置处，可以选用耐腐蚀性能高的合金钢，以此提高管道整体的耐腐蚀性能，同时，还要对温度进行科学合理的有效控制，进而降低炉膛出口的烟气温度，消除烟温偏差。

1.2.2 管内化学腐蚀

当锅炉在正常运行的情况下，其管内并不会出现结构和腐蚀的问题。但是，当给水的质量较差，无法满足锅炉的用水需求，这就会在锅炉内部形成大量的结垢，而降低管壁的传热效率，进一步提高壁温，最终导致管壁破裂的发生。当锅炉的受热面与周围的湿空气接触后，空气中存在的氧气、二氧化碳以及二氧化硫等物质会在管内形成电化学腐蚀，而影响锅炉的正常运行。

1.3 超温和过热

锅炉的各个受热位置，其中温度最高的就是过热器和再热器，当汽侧的换热效果无法满足锅炉正常运行的需求时，就会引起温度的异常升高，而形成超温和过热现象，这就会对过热器和再热器的正常运行造成不利影响。

针对我厂爆管情况进行了金相检测，发现后墙水冷壁左数第100根、第178根垂直管爆管，向火面组织为相变组织，完全淬火的马氏体针状组织。

1.4 制造和安装质量

对于锅炉而言，其是由多个组成部分焊接而成的，这就导致其受热面位置处的管道上难以避免存在多处焊缝，而对于锅炉整体而言，其焊缝多达几万条。在对焊缝进行焊接的过程中，由于焊缝数量巨大，这就会大大增加其焊接质量的控制难度，导致未焊透、未熔合以及咬边等各种缺陷的出现，而在高应力的连续作用下，这些缺陷处最终会发展成泄漏。因此，需要对锅炉的整个焊接过程进行科学合理的控制，确保其焊接质量符合锅炉正常运行的需求，进而为锅炉的安全平稳运行提供可靠保障。

据介绍，改造后燃烧中心上移1.5m，对于直流锅炉来说，可能水冷壁管内介质的干湿分界区会有变化，从而有利于异物在垂直管屏弯头内沉积堵塞；对水冷壁管进行检查，又发现33根水冷壁颜色异常，后墙水冷壁左联箱对应管子22根，后墙水冷壁右联箱对应管子11根，基本都集中在后墙水冷壁管，所以后墙水冷壁管介质流动阻力不同于其它三面墙，也是后墙左右联箱对应垂直管屏弯头内沉积堵塞的一个影响因素。根据检验结果和分析，#2炉后墙水冷壁管爆管原因是由于弯头内异物堵塞，导致后墙水冷壁爆管发生短时过热组织转变，相变温度超过15CrMoG的Ac3温度（845℃），发生短时过热爆管。同时大量管子，由于弯头内异物堵塞，发生过热导致水冷壁颜色异常。

2 防止锅炉高温受热面超温爆管的措施

锅炉高温受热面超温过热是我厂长期存在的问题，也是引发或导致高温受热面爆管的重要原因。因此改变不合理的运行方式，杜绝锅炉高温受热面超温就必须引起高度重视。

2.1 控制炉膛出口烟温

在锅炉的设计过程中，炉膛出口的烟气温度是一项非常重要的设计参数，其对于锅炉整体的设计质量具有十分重要的影响。当锅炉内部的燃烧组织不合理，就会导致火焰的中心向上移动，进而造成炉膛出口的烟气温度过高，这就会对再热器和过热器的正常运行造成严重的不利影响。

为了能够对炉膛出口烟气的温度进行有效控制，可以从燃烧器和排烟温度两个方面采取措施，可以采取“燃烧器～炉膛出口烟气温度～排烟温度”三点式的温度控制方式，这就能够有效避免过热器和再热器出现异常高温，为锅炉的安全运行建立良好的基础。

控制炉膛出口烟温的措施有：

（1）停运上层燃烧器或磨煤机。根据我厂具体情况，提前预告负荷，尽早停运上层制粉系统，据统计，负荷500MW，停运上层制粉系统后，炉膛出口烟温降低50℃～80℃

（2）降低一次风速。我厂锅炉降低炉膛出口温度的措施：

①降低一次风速：调整后将一次风风速从30m/s降低到25m/s左右。

②优化一、二、三次风风率之间的分配关系

③提高二次风速，调整其旋流强度，保证高温回流，增加刚度。

2.2 控制降负荷速度

因机组降负荷速度太快引起的受热面爆管位置通常不是发生在不是热负荷最高的炉膛中部，而是在高温受热面冷段受热面左前、左后、右前、右后的四个角上，即受热面流量分配最小的区域。随着主汽流量的减小，流量不均匀程度增大，出口汽温偏差增大，管内汽温与管壁温度的差值也增大，特别在极热态工况快速降负荷过程，位于锅炉高温过热器冷段受热面四个角上壁温会迅速升高，造成短期超温爆管。防止爆管的措施：

（1）机组正常停机尽量采用滑停方式。滑停过程中各级过热器和再热器出口蒸汽温度处于可控状态，控制受热面温度变化率在1.2℃ /min～ 1.5℃ /min。

（2）尽可能防止在满负荷工况快速降到超低负荷运行。

2.3 流量偏差太大

管内蒸汽质量流速低，流动阻力小，低负荷时同屏各管流量分配不均显著，深度调峰（36.1%BMCR负荷）从前往后各管内流量分布越来越大，管内蒸汽的上行和下行流动差异很大；引起过热器内蒸汽流量减少，管内流量分配不均剧增。在一定的负荷下，下行流动存在临界负荷，即低于临界负荷前部受热面会发生因管内流量极少而严重超温爆管。稳定范围。

3 结语

电厂锅炉“四管”泄露是一个永恒的主题，是经常性的工作，完全杜绝四管泄露也是很难实现的，只有对根本原因进行分析和预控，才能有效的减少泄露。运行调整主要是从防止超温、防止烟气流速过大，防止结焦等手段。工作中只有结合设备原理，做好改进和防范措施，及时消除缺陷才能保障安全稳定运行，减少机组非计划停运。

表1 造成锅炉磨损的原因