电站煤粉锅炉受热面超温失效浅析

刘旭

(神华陕西国华锦界能源有限责任公司，陕西 神木 719300)

1 设计因素对锅炉热管超温失效的影响

锅炉的设计是锅炉制造工作中的重要环节之一，锅炉设计质量水平的高低是锅炉能否长周期安全高效运行的关键。

1.1 炉膛出口温度对锅炉热管超温失效的影响。

在锅炉的设计中，炉膛出口烟气温度的选择对锅炉的可靠运行是一个非常重要的问题，它的设计参数直接关系着热管的安全和寿命。炉膛出口烟温一般是指炉膛出口进入对流管束之前的烟气温度。炉膛出口温度的选择应首先是防止对流受热面结渣。在锅炉运行时，炉膛出口烟温受到结渣条件的限制不能过高，烟气中的飞灰尚处于融化状态，遇到受热面管子就黏结在管壁上，使热阻增加，管壁温度升高，锅炉出口结渣越来越严重，逐步将烟道堵塞，长时间运行使管壁温度超温爆管。因此对炉膛出口烟气温度的选择要合理，它决定着锅炉中辐射受热面及对流受热面之间的吸热量比列。

1.2 锅炉水动力设计不合理

锅炉受热面热管工作的可靠性首先取决于管壁金属的温度工况。对于在正常璧温下具有足够强度的锅炉钢管，当因水动力问题产生传热恶化问题而使管壁温度超过允许值或管壁温度长期波动时，锅炉钢管会因金属强度下降或金属疲劳而破裂。

1.3 锅炉热力特性参数的选取对锅炉热管超温失效的影响

锅炉燃烧反应热力特性参数堆锅炉热管失效影响很大，热力特性参数的选取直接影响炉膛结渣。锅炉炉膛一旦发生结渣，炉膛出口温度，过热器温度、空气预热器入口温度、排烟温度、热风温度将会呈线性上升趋势，使热管温度严重超标，直接恶化了热管运行状态，使其寿命缩短或失效。因此准确选择热力特性参数是确保锅炉热管安全运行的重要条件之一，而热力特性参数的大小，与燃烧器及受热面积多少是有最直接关系的。显然炉膛受热面的增多，将使炉膛出口温度降低。

1.4 设计煤种的选取对锅炉热管超温失效的影响

锅炉燃料只有在设计煤种的允许变化范围内，才能充分燃烧，不致给锅炉安全运行及锅炉热管带来不利影响，一旦煤种发生质的变化，无论燃煤优于设计燃料或劣与设计燃料，只要发生偏离的幅度超出了设计许可的范围，锅炉燃烧必将破坏，热管失效就成了必然的事实。当燃料煤质优于设计煤种太多时，轻则引起受热面结焦，重则引起受热面超温。

2 安装维修因素对锅炉热管超温失效的影响

2.1 安装工艺对锅炉热管超温失效的影响

大型锅炉的各部件之间有着十分严密的相对关系，锅炉本体与辅助设备之间也通过管道系统精确地连接着，而这些设备和系统长期在高温、高压条件下工作，同时经受着许多复杂的物理、化学作用，工作环境非常恶劣。在受热面管的安装过程中，安装工艺的好坏直接影响着日后锅炉机组安全、经济运行。

2.2 安装、检修过程中焊接质量对热管超温失效的影响

在热管安装、检修过程中由于检修工艺不当或焊接人员操作不当产生焊接缺陷，例如在焊接过程中熔化的金属流淌到焊接以外未熔化的母材形成金属瘤，如果在热管内壁产生金属瘤，则热管焊瘤处管壁内径减少，在热管运行过程中导致管内冷却介质流量不足，致使管壁超温，机组长周期运行后，发生热管超温失效。

2.3 安装、检修过程中错用钢材

当锅炉发生错用钢材的情况时，对于被错用的使用温度较低的钢来说，实际是一种超温的运行。超温运行就等于缩短钢材的使用寿命，如果机组长周期运行，就会发生热管超温失效暴漏的风险。所以在锅炉热管安装、检修过程中必须严格执行相关的制度、标准，杜绝错用钢材现象。

2.4 安装、检修过程中异物堵塞管子

在锅炉安装、检修过程中，尽管每一步工作都有严密的规范要求，但实施起来往往很难做到万无一失，尤其是各管系堵塞问题就显得更为突出。一些安装过程中的焊渣、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，在不经意间进入不同区域的受热面管中，没有被彻底清扫吹扫出来，在锅炉投入运行后不久会突然发生热管超温失效事故。

2.5 锅炉安装检修过程中，管壁温度测点安装不够规范，测点示值偏差大

锅炉受热面璧温的高低对锅炉热管的工作可性影响极大，所以设计锅炉时准确地计算璧温是非常重要的，如果计算璧温时偏差过大，对机组投入运行后影响很大，璧温过低，锅炉参数很难控制，锅炉热效率低。璧温过高，管壁温度长周期高于或稍低于金属的极限使用温度，使热管超温失效爆管。而在锅炉运行的过程中运行人员对锅炉受热面璧温的监控是保证受热面长期安全服役的保证，这就要求锅炉热管的管壁温度测点的安装必须规范，测点示值显示准确。在《电力建设施工及验收规范 第5部分 热工自动化》中所规定的："测量锅炉过热器、再热器管壁温度的热电偶，其测量端宜装在离顶棚管上面100mm内的垂直管段上，当锅炉结构不允许时，可适当上移，但装于同一过热器或再热器上的各测点的标高应一致。

3 运行因素对锅炉热管超温失效的影响

3.1 锅炉启停过程对锅炉热管超温失效的影响

在锅炉启动过程中，各受热面内部流动的工质尚不正常，在有的受热面内，工质流量很小，甚至在短时间内是不流动的。因此受热面金属不能正常地被工质所冷却，如果对它们过分地加热，就会使受热面管超温。水循环尚未建立起来的部分水冷壁管，蒸汽流量还很少时的过热器管，没有蒸汽通过或蒸汽流量过少的再热器管和暂停给水的省煤器等，在锅炉启动时都有超温的危险。因此在锅炉启停时，必须制定严格的规章制度来执行。

3.2 过热器内壁氧化皮脱落

随着我国锅炉向高参数大容量方向的发展，超临界、超超临界机组不断涌现，过热器金属材料性能不断提高，过热器内壁氧化皮脱落的问题凸显出来。主要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。有效解决这一难题，提高锅炉机组运行，特别是超临界、超超临界机组可靠性的有力保证。

3.3 锅炉燃烧煤种的偏离对锅炉热管超温失效的影响

燃料性质对锅炉热力工作与受热面管热管失效有很大的影响。对于一台正在运行的锅炉，如果燃料的发热量降低，工作水分增加，则它的热力特性将发生变化。此时，如燃料供给量增多，将使蒸汽参数和蒸发量降低。因此，为了保证锅炉蒸汽量，必须增加燃料供应量。这样炉膛出口烟气温度将升高，蒸汽流量也将增加，从而使各对流受热面中平均受热温压和烟气流速都增加，于是各对流受热面中工质吸热量都增加。此时过热汽温升高。为保证汽温维持在额定值内，就必须增加减温水流量。省煤器如果原来是不沸腾的，就有可能接近或成为沸腾的。如果原来是沸腾 ，在增加了沸腾度。热空气温度也提高。

3.4 燃烧器负荷分配与炉内负压

多层布置的燃烧器各层负荷的分配及摆动式燃烧器上下摆动，可直接调节火焰中心的位置。将上层喷嘴的煤粉量增加或燃烧器向上摆动，火焰中心位置上移，炉膛出口烟气温度升高，如加大下层喷嘴的煤粉量或燃烧器向下上摆动，则炉膛出口烟温降低。如火焰中心位置太靠上则炉膛出口烟气温度太高，引起对流受热面热管超温。锅炉运行时，保持适当的炉膛负压是非常重要的。负压过大，锅炉漏风量增加，降低炉膛温度水平，并使过热汽温升高，排烟热损失增加。

3.5 锅炉负荷变化

锅炉负荷变化时，对流过热器与辐射过热器的汽温变化特性是相反的。在对流过热器中，随着负荷增加，蒸汽的焓增增大。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；同时由于烟气温度增加，使传热温差增大，因而使对流过热器吸热量增加的值超过负荷增加值，从而使工质焓增增加，因此锅炉负荷增加时，对流过热器的出口汽温将要增加。在辐射过热器中，随着锅炉负荷增加，由于炉膛火焰平均温度不花不大，辐射传热量增加不多，跟不上蒸汽流量的增加，因而使工质的焓增减少。因此，随锅炉负荷增加，辐射过热器的出口汽温是下降的。再热器的汽温变化特性原则上是与锅筒炉中过热器的气温变化特性相一致。所以犹豫负荷的变化，引起锅炉对流过热器、辐射过热器及再热器汽温的变化并不是一致的，这种差异随着锅炉负荷的增加将更加严重，运行调整不当时，将影响到热管的失效。

3.6 磨煤机和给粉机的投停方式

目前各燃煤电厂普遍采用了空气预热器出口热风作为磨煤机混合中热风来源。由于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，同时制粉乏气将原煤中部分水分随同一次风、三次风送入炉膛，所以制粉系统运行时，将对锅炉燃烧及烟、风系统参数产生明显影响，进而对锅炉热管失效参数产生影响。对于中间储仓制粉系统，与磨煤机停运比较，磨煤机运行时，锅炉燃烧推迟，火焰中心一定程度上移，炉膛出口烟气温度、烟气量将上升，锅炉过热器汽温升高。

3.7 煤粉细度与粗细粉分离器效率

煤粉细度不仅对煤粉气流的着火，而且对煤粉的燃尽有直接的影响。试验表明，当煤粉细度过粗时机械不完全损失便会增加，炉膛火焰中心将上移，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。但另一方面，如果磨煤机煤粉细度过细，则磨煤机电耗增加，如果控制不好则有可能引起制粉系统爆炸，所以细度要根据不同的煤种综合考虑而定。细粉分离器效率的高低直接影响乏气中含粉量的多少。当效率降低时，乏气中含粉量增多，当乏气作为三次风时，由于三次风口都是高位布置，离炉膛出口较近，三次风口含量增多，直接影响煤粉燃尽、受热面超温。

3.8 炉膛出口处的残余旋转

四角切圆燃烧方式的锅炉水平烟道沿宽度及高度方向存在烟气偏差，随着锅炉容量的增加这一偏差在加大。所以有效缓解烟气偏差，是防止尾部对流受热超温失效的有效手段。这就要求我们不仅在锅炉设计时考虑到残余旋转对锅炉热管失效的影响，在锅炉运行过程中通过各种手段对炉内运行工况进行控制，有效降低炉膛出口处的残余旋转，防止尾部对流受热超温失效。

结语

对于电站煤粉锅炉受热面超温失效分析是一项长期而艰巨的任务，在日常工作中我们必须对失效原因进行有效的分析，制定科学合理的防范措施，同时建立健全锅炉防磨防爆制度。加强对锅炉压力容器安全检察、金属监督、化学监督、热工监督等九项技术监督工作，把电力行业导则、规程、制度和管理办法，真正落实到设备管理的实处，有效地开展锅炉热管失效的预防工作。同时在锅炉运行的过程中，不断积累经验，严格遵守电力行业导则、规程、制度。

[1]李彦林.锅炉热管失效分析及预防 [M]第一版.北京：中国电力出版社，2006（2）.

[2]胡荫平，.电站锅炉手册[M]第一版[M]北京：中国电力出版社，2005（4）.

[3]热工自动化.电力建设施工及验收规范 第5部分[Z].