目前,火力發電廠鍋爐受熱面管爆是發電設備可靠性差的一個主要因素。受熱面爆漏造成的主設備非計劃停運次數占火力發電機組非計劃停運總次數的40~50%,有些機組這個比例數還要大。直接威脅到電廠的安全運行,同時也給電網安全穩定運行帶來了極大的困難。
一、概況
某廠#`爐是由東方鍋爐廠生產的DG220—9.8—Ⅰ型鍋爐。1991年6月30日安裝投產。自投產以來,鍋爐受熱面爆漏問題也較突出,一度時間,單臺鍋爐受熱面爆漏次數達整個電廠機組非計劃停運次數的60%以上,特別是2001,2002年尤為突出。
具體情況介紹:
2001年4月11日,屏過甲側第二屏后內圈下一排,前彎頭處爆裂,同時吹壞三根過熱器管子,進行更換。
2001年4月19日,屏過乙側第二屏后內圈下一排,前彎頭處爆裂,并吹壞四根管子,進行了更換。
2001年8月2日,屏過乙側第三屏后內圈下一排,前彎頭處爆裂,同時吹壞三根管子,進行了更換,同時對#1爐屏過其余9排內圈下一排的彎頭進行了更換。
2002年1月6日,上級省煤器乙側后墻處,第一管排,第七彎頭附近爆裂,堵管處理。
2002年5月27日,上級省煤器乙側后墻處第四管排,第五彎頭磨穿,進行堵管處理。
2002年6月24日,上級省煤器入口聯箱附近,甲側往乙側數第39排管,管座接頭附近管子附近管縱向爆裂,并將第39、40、42管排管子沖刷減薄,經分析系飛灰磨損。對損壞的管進行更換,第40排管堵管。
2002年11月6日,#3角三次風噴口處水冷壁管爆漏,分析為三次風磨損,同時對損壞的管子進行更換。
2002年11月25日,下級省煤器乙后第14管排下面第1個彎頭處泄漏,分析系飛灰磨損管壁減薄破裂。對損壞的管子及附近減薄的管進行了更換。
從以上統計資料可以看出,#1爐受熱面爆漏主要是表現在屏式過熱器過熱蠕脹,省煤器飛灰磨損及水冷壁磨損等方面。
二、原因分析:
為了弄清楚#1爐屏式過熱器彎頭爆管原因,白鶴發電廠送兩根彎頭(一根為運行中爆管彎頭,另一根為未爆管彎頭)委托四川省電力鍋爐壓力容器檢測中心進行了試驗分析,找到原因。
(1) 宏觀形貌
爆管彎頭:正背弧有一條開口裂紋,斷面平直,爆口裂紋粗鈍,爆口處壁厚無減薄,外壁有較厚一層堅硬的高溫氧化膜,內壁也有一層較厚氧化垢,外壁受火焰沖刷嚴重(見圖片1、2)
未爆管彎頭:外壁有一層堅硬的高溫氧化膜,內壁也有一層氧化垢,內外壁氧化垢情況較爆管彎頭稍輕微些。
(2) 金相顯微組織:
(3) 電子顯微鏡二次成像:
(4)
結論:屏式過熱器運行6萬小時,材料金相顯微組織為四級球化,說明管的運行工況中溫度偏高,彎頭爆管屬長時間過熱爆口;在一段時期內材料可能受到高溫火焰的沖蝕,形成較嚴懲的高溫氧化膜,并造成管材顯微組織晶界被燒損,管子的強度降低是引起爆管的直接原因。
(5) 原因:
過熱器設計不合理。#1爐投產后,主汽溫度偏低,達不到設計值,長期維持在520℃以下運行。為保證主汽溫度,保證汽機最低進汽要求,有時不得不降低負荷,采用解列高加的方式調節。運行人員為了提高主汽溫度,努力在燃燒上想方法,強化爐內燃燒,提高火焰中心,造成爐膛出口煙溫升高,屏過受到較強的熱輻射,使管壁溫度升高。
分析主汽溫度低的原因為低溫過熱器出口蒸汽溫度偏低,為此在1997年,#1爐大修時增加了低溫過熱器
㎡,低溫過熱器出口汽溫由平均 ℃上升到 ℃。在高負荷時,屏過入口溫度蒸汽溫度經常超過設計值,導致屏過管子超溫。
運行人員監調不力。1999年大修中對#1爐減溫水自動調節進行了完善,運行人員為方便溫度自動調節,特別是在低負荷時,采用關小、甚至關閉一級減溫水方法來滿足,使得屏過經常處于超溫運行。技術管理存在漏洞。對屏過管子長期超溫未引起足夠的重視。同時也由于屏過的壁溫測點不能真實反映實際管材溫度運行人員求引起足夠的重視。從幾年的運行日志表看,爐屏過管壁經常超過允許許可值,但未及時采取措施對運行人員進行指導;同時對運行指標(屏過壁溫)考核不力。
2.省煤器磨損:
2002年#1爐發生的四次爆管泄漏均為省煤器磨損引起,可以說磨損是威脅鍋爐安全的最主要問題。分析省煤器磨損的原因主要有:
(1) 燃用煤礦質嚴重偏離設計值。當年建電廠時因特殊原因,提供的煤種相當好,Ay=21.81%,
=6165kcal/㎏.在投產當初,基本能達到,隨著國家燃料政策及市場經濟的發展,加上電廠為數眾多,煤質發生了很大的變化,煤質變劣Ay≥38%,相當一段時間在45%以上。灰份增加,造成煙氣中整體飛灰濃度增加,加劇磨損;發熱量低,相同負荷下煙氣量增加,煙氣流速加大。T=cημw3τ
(c—飛灰磨損性的系數,η—飛灰撞擊率,μ—煙氣中的飛灰深度,w—飛灰流速、即煙氣流速,τ—時間。而管壁磨損量與煙氣流速的三次方式正比,導致省煤器管磨損量激增。
(2)
漏風。#1爐下級省煤器于2000年大修進行全面大修,全部管排吊出進行處理,更換了70排新管排,但運行兩年便發生了磨損泄漏。分析原因,除煤質變劣外,該處煙氣流速嗇也是一個重要原因。在2003年#1爐小修中,檢查發現上級空預器膨脹節大部分開裂,漏風嚴重,使下級省煤器處煙氣量增加,流速增大。
(3)
檢修管理。發生爆破停爐后,為搶時間,重點對爆漏處附近管子進行檢查處理,忽視了全面檢查,致使可發現的磨損情況未能及時掌握、處理。搶修責任制未能嚴格貫徹執行,過去過分強調磨損爆漏的不可避免性,忽視了磨損可以及早檢查發現,提前采取換管等措施。
(4)
搶修工藝。鍋爐大小修時,搶修人員未能將部分煙氣走廊消除。管排卡子損壞沒有及時發現,導致管排不平整,致使本不該磨損的管子壁厚磨薄;由于人員結構問題,檢修人員對重點磨損部位認識不足,未能在第一時間發現隱患。
3.水冷壁爆管:
#1爐2002年11月6日發生了#3角三次風噴口處水冷壁爆破,分析原因為磨損爆管。進一步分析原因是由于三次風噴口燒壞,致使煙氣偏離方向,沖刷水冷壁管壁。
(1)
冷卻風量不足三次風噴口燒壞有直接影響。盡管過去已將三次風冷卻風門芯取掉,但風管也存在堵塞不暢通,致使制粉系統停運時,三次風噴口直接處于爐膛高溫下,很快燒壞。
(2)
在2000年大修中,檢查發現四角火嘴附近有6根水冷壁管因磨損管壁減薄,并進行了更換。分析原因為爐內煙氣沖刷引起。這有火嘴安裝不到位原因,還有運行操作不當的結果。同時也發現爐膛水冷壁有不同程度的過熱現象。
三、防止受熱面爆漏的措施和建議
減少鍋爐受熱面爆漏,要堅持“預防為主”,“質量第一”方針,克服爆管不可能避免的思想,相信通過艱苦細致扎實的工作,可能避免相當一部分爆漏事故,提高鍋爐安全運行水平,大幅度降低因受熱面爆漏引起的鍋爐非計劃停運。
1. 基礎管理
建立健全責任制,發揮主觀能動性,消除先天性,后發性缺陷,提高運行、檢修和管理水平。降低和養活鍋爐受熱面爆漏的次數。成立防止受熱面爆漏領導和工作小組,制定管理規定,實施細則及考核辦法。
建立三級檢查驗收制度。人人有責。從宏觀檢查到磁粉探傷,從尺寸測量到金屬檢驗,做到全過程,全方位檢查。車間制定對班組的考核管理辦法,并確定專責人,嚴格進行工作監督檢查驗收,確保每一步工作質量。
加強煤質量管理,全廠上下充分認識煤質劣化對鍋爐的不良后果。針對眾多小煤礦供煤,汽車運輸的特點,強化入廠煤監督;盡管煤質達到設計要求可能性很小,但也要制定最低煤質標準,熱值太低,灰份太高的煤不準進廠,同時加強煤場管理,做好煤種摻合工作。
2. 運行管理:
鍋爐啟動,運行和停爐過程中,必須嚴格按照運行規程和規定操作,嚴格控制升降壓速度,嚴禁鍋爐快速升、降負荷和超負荷運行。現鍋爐啟停過程中,未用旁路,因此在升停爐中要特別注意監視過熱器管壁溫度,防止超溫。高速主汽溫度嚴禁關閉一級減溫水,只用二級減溫水調節的方法,嚴格控制屏過壁溫不超溫。
鍋爐各參數發生變化時,應及時進行燃燒調整,防止發生火焰偏斜,貼壁,沖刷受熱面等不良情況,合理控制風量,避免風量過大或缺氧燃燒。投停燃燒器應注意分布對稱性,以盡量減少熱力偏差,防止受熱面超溫,精心調整,防止結焦,發現結焦應及時清除,避免噴燃器附近水冷壁磨損。
煤質不好和燃燒不穩,要認真做好燃燒調整,必要時投油穩燃,防止鍋爐滅火。萬一鍋爐滅火后,嚴禁采用關小風門,繼續給燃料的方法來引燃,必須經過充分通風后,始可重新點火。
維護好制粉系統運行。經常清理旋風分離器小篩,防止堵塞后三次風嚴懲帶粉,惡化爐內燃燒;調整好最佳煤粉細度,防止煤粉太粗,燃燒不完全,碳粒對省煤器的磨損。
3. 檢修管理:
受熱面檢修要嚴格執行《發電企業設備檢修導則》,《電力工業鍋爐壓力容器監察規程》和《火力發電廠金屬技術監督規程》等規定。
為調動檢修職工積極性,增強責任心,制定受熱面檢修獎懲規定。在檢修過程中每發現一處磨損或過熱器超標,獎勵發現人;看得見、摸得著的地方而未發現,造成停爐者,嚴懲不怠,絕不手軟。
已存在的屏過超溫,管材四級球墨化,上級省煤器普遍磨損問題,要及時解決。已列入2003年大修計劃,全部進行更換。整治設備漏風,降低煙氣流速,鍋爐檢修中應加強煙風道、人孔的漏風治理工作,防止因漏風造成局部渦流,灰塵含量集中造成局部磨損。#1爐上級空預器膨脹節斷裂,漏風嚴重,在大修中應予以徹底更換處理,以減少下級空預器煙氣量,降低風速,解決下級空預器磨損問題。
省煤器檢修,尤其是爆漏臨檢后,要特別注意:抗彎的冷排要整排后放回原位置,間隔鐵、梳型卡要恢復完善,嚴防因出現煙氣起廊或出排造成局部磨損;省煤器漏泄造成堵塞的空預器管必須疏通,防止由于煙氣偏流造成下級省煤器單側嚴重磨損;徹底清除雜物,防止造成煙氣偏斜或局部渦流磨損。
為解決鍋爐受熱面磨損,可改進結構設計,例如,采用膜式省煤器,肋片或螺旋式省煤器,磨損嚴懲的部位可采用又重防磨,如噴涂后,再加防磨瓦;更換耐磨管材后再加防磨涂層等措施。
認真做好鍋爐定檢工作。受熱面檢查是鍋爐定檢的重要內容之一。是診斷受熱面爆漏事故,提高鍋爐整體水平的有力措施。按規定。鍋爐每次大修均要進行檢驗,將隱患消滅在萌芽之中,保證鍋爐的安全運行。
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