350MW循环流化床锅炉受热面爆管分析研究

山西国金电力有限公司 王智慧

1 引言

循环流化床因良好的环保性和较广的燃料适应性被广泛应用在热电行业，具备非常强的负荷运行调节能力。爆管是循环流化床锅炉较常发生的生产事故，锅炉受热面一旦发生爆管，需要停机一周以上进行故障处理，对热电企业的经济效益和安全生产会造成较大的影响[1]。本文从锅炉受热面爆管事故的起因着手，对爆管后事故处理情况与改善措施进行全方位分析，总结经验，防止热电行业该类事故的再次发生。

2 350MW循环流化床锅炉设备简介

锅炉具有循环流化床燃烧方式、超临界直流燃煤锅炉、单炉膛、M 型布置、一次中间再热、半露天岛式布置、平衡通风、固态排渣、全钢架悬吊等结构。前炉膛内布置6片高温过热屏、6片中温二过热屏和6片高温再热屏、5片水冷屏。管屏采用膜式壁结构，垂直布置。主要参数：最大连续蒸发量为1215t/h，过热器出口额定压力25.5MPa，过热器出口额定温度571℃，再热蒸汽流量995t/h，再热蒸汽进/出温度571℃/333℃。高温再热器（以下简称高再） 管屏受热面管规格Φ76x6mm，材质为SA-213TP347H。鳍片材质为06Cr19Ni10 奥氏体不锈钢。

3 引起循环流化床锅炉爆管的原因

本厂高再管屏2017 年共发生5 次高再泄漏，2019 年发生2 次高再泄漏，泄漏位置全部为上半屏的高温区域。低再管道从2015年开始，发生4次泄漏，3次发生在中隔墙处固定装置弯管处，1次发生在后炉膛前墙处固定装置弯管上。结合本厂锅炉受热面爆管与其他350MW锅炉受热面爆管对比分析，引起锅炉爆管事故发生的深层原因有以下几点。

3.1 锅炉设计原因

3.1.1 炉型设计不够理想

我国煤产资源丰富，但煤中含有较多的碱性金属，还存在易结焦易玷污、灰熔点低的特征[2]。本厂配备的锅炉受热面主要分布于炉膛内部，煤燃烧生产过程中会产生大量的固体循环物料，这些物料对管道受热面不断进行冲刷，以此提高煤的热效率，避免床温过高，床层出现结焦，水冷壁发生物料玷污的情况。此炉型在运行过程中设计缺点带来的不利影响比预想得更为严重，集中表现为锅炉炉膛内部过热、器再热器、蒸发管等部件的受热面在循环物料的不停冲刷之下爆管事故频发。

3.1.2 管排设计存在缺陷

炉内管屏存在同屏管道之间温差大（中间管道温度偏高）、热应力集中、不同管屏间温差大的问题（#3、#4、#5管屏温度偏高）。因为进出口联箱选取不合理，流量分配不均，节流圈布置不合理，流速分配不均匀；可布置位置不合理管屏受热不均。从高再屏变形严重，可以发现高再存在较大热应力。高再屏跨度大，最长距离26m，呈L 型布置，炉前墙34m 处固定点运行中随锅炉向下膨胀，上部穿60m 标高炉顶向上膨胀，与水冷屏存在156mm 膨胀差，运行中工作环境相对恶劣。

从泄漏现象分析，爆口多发生在焊接处。原因为高再屏是整体焊接，宽4.5m，运行中同一屏的管道温度偏差达40℃左右，同屏管间膨胀量不同产生应力集中，特别是启停炉或断煤时，炉膛内温度变化大，易导致鳍片拉裂管材。根据锅炉厂方案改造后减小了集中应力，延长了机组运行时间，但泄漏事件说明未彻底解决应力集中问题，这是造成高再泄漏的主要原因。穿墙管再热器固定装置设计不合理，固定装置与低再管弯头处焊缝开裂，是造成低再泄漏的直接原因。

3.1.3 配套设施存在缺陷

因锅炉长期运行生产，未定期对炉膛内吹灰器和吹灰管进行检查，致使受热面发生不同程度的变形而未及时整修，被迫停用后，设备长期不吹灰，让细颗粒灰尘逐渐沉淀在受热管壁上，部分地方发生堵塞问题，局部管道形成了烟气走廊，加剧了管道其他部位的磨损情况，灰尘长期沉积易引发管道腐蚀。另一方面，SNCR 喷枪喷头的雾化效果明显下降，喷出的氨含量逐渐增大，容易集结硫酸氢铵，在炉膛内管壁上发生结块现象，进而腐蚀内管壁。此外还发现1 台U 型返料器存在密封不良的现象，致使锅炉启动前期发生设备短路问题。

3.1.4 制造安装不够严谨

膜式冷水壁与其周围个别密封鳞片焊接时因咬边过深，致使密封性能不够均匀，降低了水冷壁的密封性。部分浇注料在布置时，较为松散，不够牢固，导流板缺少浇注料造成烟道漏风。防磨设施与炉膛管壁的贴合度不够，防磨效果甚微。

3.2 燃烧煤质的影响

3.2.1 煤粒度影响

当煤粒度较大时，烟气带入高温绝热式旋风分离器的物料相对较少，很难维持设备的正常返料量，致使床温过高，煤燃烧不充分、煤渣量偏多、锅炉热效率降低等问题；当煤粒度较小时，高温绝热式旋风分离器所能捕捉的灰量减小，此时床温过高，会让细灰大量离开锅炉，影响煤的燃烧进度，加大除尘阻力，降低锅炉热效率。经反复试验发现，煤入炉较为合适的粒径在0～10mm。当入炉煤粒径为12mm，烟气中会产生直径较大的固体颗粒，加剧对炉内各项设备的磨损，当入炉煤粒径小于8mm时，可以降低近一半的炉内设备磨损量。

3.2.2 一、二次风量影响

煤燃烧时输送的一、二次风量分配比例，直接影响燃料在炉膛内部不同高度区域燃烧的效率，对沿炉高的固体粒子分布情况也有一定的影响，同时起到调节稀相去与密相区温度分布的作用[3]。研究人员试验发现，造成锅炉内床温过高、烟气流速过大的主要原因是一次风量输送过大，二次风量输送不足。因此，想要降低设备的磨损应首先考虑优化风量配比，调节一次风的风速，风量。

4 解决循环流化床锅炉爆管的措施

4.1 解决设计和安装缺陷的措施

焊接质量需要控制，不得强行对口、不得加热对口。焊缝余高要圆滑过渡到母材，焊缝表面不得有尖锐的沟槽。焊缝余高不超过2mm。焊接要多层多道，避免温度叠加升高。每层焊接完毕后用喷雾状纯净水急剧冷却至室温，方可进下层焊接。焊接速度要快，焊接填充厚度不能超过焊丝直径，每根焊丝焊接长度不小于焊丝长度的50%。焊前采用不锈钢专用砂轮打磨坡口面及周围15mm 以上范围呈金属光泽，手工钨极氩弧焊对接焊缝,高再一层打底，两层填充，三次盖面成型，高过一层打底，三次填充、一次盖面成型。

锅炉设计和安装时，将热工测点、人孔部位从原有分布位置，改成向炉外分布的钢管，并使用集销钉对其进行焊密处理。浇筑材料改为高耐磨的注浇料，利用堆焊技术焊接耐磨材料与终结点附件管子间的缝隙。按照行业执行标准重新密封返料器，将膜式水冷壁稀相区四个角的直角浇注料改为切角浇注料进行加固。穿墙管先进行一层加套管保护，再对其进行浇注料浇注施工，从而消除其漏风现象。

4.2 运行防范措施

4.2.1 启动过程控制

锅炉点火后，严格控制床温升不超3℃/min，控制汽温升不超2℃/min。投煤后，严禁煤量大幅波动，保证锅炉各床温测点温升均匀。机组启动过程中通过燃烧调整控制汽温，严禁大量投入减温水，如必须投入减温水控制时，严格控制减温器后温度大于对应饱和温度10℃以上，避免减温水雾化不良，受热面积水形成水塞，导致管道壁温急剧升高。启动过程中控制汽温变化≤1.5℃/min，全程监视各壁温测点的变化，相邻屏间管壁或同屏各管壁温差控制在20℃以内，发现管壁温度异常升高或降低时，应稳定工况运行，停止升温升压。机组启动时，蒸汽升温、升压应同步进行。控制锅炉升压率0.03～0.05MPa/min。锅炉状态要平稳，严禁反复转态，造成受热面温度大幅波动。锅炉并网前，严格控制锅炉出口烟气温度不准超过560℃，防止再热器管子超温。在热态启动时，并网升负荷过程中，关闭旁路后，必须及时调整风量，防止管壁超温。在升负荷过程中做好投入减温水准备，及时投入再热器减温水，控制蒸汽温度，防止管屏超温。

4.2.2 运行过程控制

机组运行中升降负荷尽量平稳，负荷变化率不超6MW/min。运行人员及时了解当班燃烧煤种的变化，根据燃煤的情况做好燃烧调整工作。如入炉煤热值发生大幅度变化，应提前控制，防止烟温大幅度变化。为防止运行中断煤、堵煤影响负荷大幅变化，捅煤队伍应有足够的经验丰富的人员。输煤运行人员应及时与燃供部沟通调整配煤。按时投入吹灰，预防结焦，受热面表面清洁程度对超温的影响很大，受热面表面按时投入吹灰，预防结焦，受热面表面清洁程度对超温的影响很大，受热面表面积灰、结渣、结垢等也会造成壁温升高。如再器管壁超温则加强对长吹的投入次数。防止或减轻高温氧化腐蚀，严格按照锅炉监察和金属监督规程[4]，严禁超温、超压运行，加强炉水、蒸汽品质管理，把pH 值控制在要求的范围内。停炉检修期间，要采取妥善的防腐措施，需要熟悉掌握吹灰对温度的影响，做到提前控制。

4.2.3 停运过程控制

减负荷速率控制在每分钟1.5%BMCR 以内，主、再热汽温下降速率控制在1～1.5℃/min 左右，注意主、再热汽温及锅炉金属壁温的监视和调整。锅炉BT后，及时关闭风机动叶及出入口挡板，关闭锅炉所有疏水、排空，进行闷炉。闷炉8h后，开启烟气挡板进行自然通风冷却。闷炉24h 后方可启动风机冷却。紧急停炉后，开启机侧高旁、再热器排空门进行降压，降压速率不大于0.03MPa/min。

4.3 解决煤和风量的措施

企业可以从原材料供应着手进行管理，控制煤质量，调整煤的配备比例，改善入炉煤粒径与灰分情况，合理分配一次、二次风量提高煤的燃烧效率。

5 预防循环流化床锅炉爆管的对策

5.1 控制入炉媒质

350MW 循环流化床锅炉掺杂了矸石或其他劣质煤后，会加剧锅炉的磨损。需要严格按照热电行业标准控制入炉煤粒径，使用直径小于10mm 的其他劣质煤、直径小于7mm的煤矸石和风氧化煤进行掺烧，以防入炉媒颗粒直径过大，对锅炉受热面产生的大力磨损，从煤质控制方面实现对循环流化床锅炉爆管问题的有效预防。

5.2 停炉期间及时检查设备受热面的磨损情况

循环流化床锅炉停炉期间安排专业能力强的工作人员进入炉膛、尾部烟道内部，分别进行受热面的磨损、破损、浇筑脱落等情况进行排查，采取分片责任制，将每片区域的检查工作落实到个人，并要求每个检查人员严格按照行业相关检验标准进行检查，以防出现漏查、少查的情况，对重点部位可安排两个人进行交叉检查，以保证检查的准确性，针对不达标的防磨设施应及时给予修补或替换，当管壁厚度磨损较为严重时，应及时对其进行修整。

6 结语

研究人员运用硬度测试、成分检测等表征测试技术手段对锅炉受热面爆管的起因进行分析，发现管道磨损量非常大，出现破损或浇筑脱落问题，进而引发锅炉受热面爆管事故。在今后选择管道材料时需要严格按照行业相关标准严格把控，同时控制好系统各项运行参数，定期对锅炉管道进行质量检修，确保循环流化床锅炉技术在运行期的稳定性，促进热电行业长足发展。