摘 要：針對華能石家莊分公司一單元W型火焰鍋爐的爐內(nèi)管爆漏問題，從存在的設(shè)計(jì)缺陷、技術(shù)原因等方面進(jìn)行了分析，通過采取各種切實(shí)可行的防治措施，取得了較好的防治效果。
關(guān)鍵詞：W型火焰鍋爐；爐內(nèi)管；爆漏；措施?
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1設(shè)備簡介
華能石家莊分公司一單元2×350 MW機(jī)組采用加拿大 B&W設(shè)計(jì)制造的亞臨界壓力、一次中間再熱、自然循環(huán)、固態(tài)排渣的W型火焰鍋爐，額定蒸發(fā)流量1 085.1 t/h。過熱器出口蒸汽壓力17.94 MPa,溫度540 ℃，再熱器入口蒸汽壓力3.02 MPa，溫度301 ℃；再熱器出口蒸汽壓力2.88 MPa，溫度539 ℃。鍋爐無省煤器，給水直接進(jìn)入汽包，給水溫度282 ℃。設(shè)計(jì)煤種為25%陽泉無煙煤與75%壽陽貧煤的混煤。
燃燒系統(tǒng)采用4臺MPS89K型中速磨直吹系統(tǒng)，燃燒方式為W型火焰下噴燃燒，前后墻各布置10個PAXXCL燃燒器。
一單元投產(chǎn)初期，由于設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致過熱器嚴(yán)重超溫，鍋爐頻繁爆管，在能源部西安熱工研究院的參與下，對鍋爐進(jìn)行了如下改造：
a. 去掉爐膛四周冷灰斗以上3 m高的衛(wèi)燃帶，其面積由設(shè)計(jì)的1 022m2減至763m2。
b. 去掉屏過兩側(cè)各一前后串聯(lián)屏過熱器。
c. 將1/3的水平低溫過熱器改造為省煤器。
后來為解決燃燒器的調(diào)節(jié)靈活性問題，＃1爐、＃2爐分別于1995年、1998年大修期間對20只燃燒器進(jìn)行了改造和全部更換。?
2爆漏原因分析
2.1焊縫泄漏
經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，焊縫泄漏主要原因表現(xiàn)在以下幾個方面。
a. 在機(jī)組投產(chǎn)初期，焊縫泄漏問題尤為突出，至今共發(fā)生11次泄漏，其主要缺陷有夾渣、氣孔、咬邊、未焊透等。形成這些缺陷的主要原因是制造廠和基建單位的焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，當(dāng)時(shí)由于沒有切實(shí)可行的探傷方法，致使大量帶有缺陷的焊縫投入運(yùn)行，造成機(jī)組投產(chǎn)初期的焊縫頻繁泄漏。
b. 焊接裂紋。如去年＃1爐的中間再熱器泄漏，主要原因是沒有嚴(yán)格按照焊接規(guī)程和焊接工藝進(jìn)行焊接，且焊接前后熱處理不當(dāng)。
c. 焊后因殘余應(yīng)力大，運(yùn)行中又由于零件之間的熱脹不暢，附加應(yīng)力增大，很容易造成焊口泄漏。至今共發(fā)生17次，主要出現(xiàn)在包墻鰭片、水冷壁拉稀管處、省煤器入口后包墻處等。
d. 由于異種鋼焊接接頭各區(qū)之間的化學(xué)成分、導(dǎo)熱系數(shù)和熱脹系數(shù)不同，運(yùn)行中在事故情況下，煙氣側(cè)和汽側(cè)發(fā)生劇烈突變時(shí)，極易造成焊縫接頭處和高再屏過管卡等薄弱環(huán)節(jié)開裂。如?＃1爐高再屏的爆管，主要原因是運(yùn)行中汽機(jī)CV調(diào)門關(guān)閉，而MSV沒有關(guān)閉，從跳閘邏輯上并沒有發(fā)出汽機(jī)跳閘信號，直到28 s后發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動作，此時(shí)鍋爐3臺磨組運(yùn)行，高旁處于關(guān)閉狀態(tài)，過熱器安全門動作，再熱器處于干燒狀態(tài)，大聯(lián)鎖保護(hù)動作后，鍋爐送/引風(fēng)機(jī)保持運(yùn)行，即再熱器首先處于干燒狀態(tài)，然后再遇快速冷卻的過程，最后導(dǎo)致高再屏過第2根管子上的母卡下端大部分開裂。
2.2短時(shí)過熱
因短時(shí)過熱引起爆管的原因主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
a. 爐內(nèi)局部熱負(fù)荷過高如噴燃器調(diào)節(jié)不妥，導(dǎo)致燃燒火焰直沖受熱面管子。對于前后墻對沖布置的W火焰燃燒器，因噴燃器布置不均勻，在啟動初期造成火焰中心偏移尤為明顯，容易導(dǎo)致屏過大面積超溫。
b. 汽水分配不均因集箱中的靜壓變化引起同屏各管之間的流量偏差過大，特別是在啟動過程中，如果正常的循環(huán)未建立，則汽水流動不均勻，甚至?xí)l(fā)生部分流動中斷，造成汽水分配不均。
c. 管內(nèi)的汽水循環(huán)不良多數(shù)情況是由于異物堵塞引起，如結(jié)垢、焊瘤、鐵絲及“眼睛”圈等物，另外檢修沖管后，可能使鐵屑、氧化皮聚積于低凹處，造成堵塞。華能石家莊分公司二過入口屏近3年來的5次爆管均由異物堵塞引起，經(jīng)停爐在管道內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，管壁上有大量大塊的焊渣、砂輪鐵芯、鐵絲等。
2.3長時(shí)過熱
鍋爐管道在設(shè)計(jì)溫度下運(yùn)行，其使用壽命能達(dá)到10～15萬h以上。如果管壁溫度長期處于設(shè)計(jì)溫度以上而低于材料的下臨界溫度，則會發(fā)生碳化物球化，管壁氧化減薄，持久強(qiáng)度下降，蠕變速度加快，直至最終爆管。超溫程度越高，壽命越短。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，長時(shí)間超溫爆管主要發(fā)生在高溫過熱器的外圈和高溫再熱器的向火面。由于華能石家莊分公司的2臺W型火焰鍋爐在我國是首次使用，外方設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)缺乏，爐膛高度不足，過熱器嚴(yán)重超溫，在進(jìn)行了較大的鍋爐改造后仍沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，其中一項(xiàng)為去掉屏過兩側(cè)前后串聯(lián)屏過熱器，致使二過對應(yīng)的入口屏煙氣溫度偏高，其對應(yīng)屏過金屬壁溫較同排的屏過金屬溫度高8～15 ℃，給以后的鍋爐運(yùn)行留下隱患，現(xiàn)已造成多次爆管，嚴(yán)重威脅著機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
2.4磨損
燃煤鍋爐,尤其是配燒無煙煤鍋爐的飛灰中夾帶堅(jiān)硬顆粒沖刷管子表面，造成磨損。當(dāng)煙氣中有磨蝕性時(shí)，管子表面因磨損—腐蝕的惡性循環(huán)而加劇。另外，由于局部結(jié)構(gòu)不合理、管道堵灰、燃燒方式不當(dāng)?shù)仍驅(qū)е聼煔饬鲃硬痪斐傻木植繜熕龠^高，也加快了受熱面的磨損。如＃1爐包墻管變形后的磨損，主要是由于煤粉偏粗并且人為加大摻燒無煙煤比例而引起的。?
3防止?fàn)t內(nèi)管爆漏的措施
3.1針對焊接問題而采取的措施
a. 加大檢查力度。依據(jù)部頒標(biāo)準(zhǔn)，制定切實(shí)可行的防磨防爆制度，本著“寧繁不簡，寧細(xì)不爛，全面檢查，把握重點(diǎn)”的工作原則，做到“分工明確，責(zé)任到人，檢查到位”。在實(shí)際中“逢停即檢”，充分利用每次的停爐檢修時(shí)機(jī)進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取措施，防止或減少鍋爐爐內(nèi)管爆漏。
b. 由合格焊工嚴(yán)格按照焊規(guī)和焊接工藝進(jìn)行焊接。 所有檢修的高壓焊口必須進(jìn)行100%的探傷檢查。 大修中對焊接殘余應(yīng)力大和運(yùn)行中附加應(yīng)力大的焊縫應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行探傷和外觀檢查。
c. 對于異種鋼的焊接問題，已更換為同種材質(zhì)的管卡，并降低了管卡接頭處的應(yīng)力集中，有效地延長了鍋爐管材的使用壽命。
3.2 對于事故停爐快速冷卻采取的措施
a. 機(jī)組停運(yùn)后，在啟動電泵（定速泵）上水前必須關(guān)閉一、二減及再熱器減溫調(diào)門前手動門，防止減溫調(diào)門內(nèi)漏，使大量的低溫給水進(jìn)入過熱器和再熱器。
b. 停機(jī)前3 h機(jī)組負(fù)荷降到50%額定負(fù)荷，壓力9.8 MPa，主再熱汽溫降到500 ℃以下。
c. 解列前，鍋爐汽包壓力必須保持在8.23 MPa以下。
d. 解列后，通過鍋爐疏水門控制好降壓速率，確保在6.5 h以內(nèi)達(dá)到帶壓放水的要求。
e. 在進(jìn)入快速冷卻前，鍋爐保持高水位，嚴(yán)密監(jiān)視汽包金屬壁溫，使其上下壁溫差≤50 ℃，但汽包壓力在2.94 MPa以下時(shí)，壁溫差≤65 ℃。
f. 必須保持兩側(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行才允許進(jìn)行通風(fēng)冷卻（冬季暖風(fēng)器隨風(fēng)機(jī)投運(yùn)）。
g. 停運(yùn)后2 h內(nèi)，保持A/B送風(fēng)機(jī)出力＜300 t/h。同時(shí)調(diào)整各磨組二次風(fēng)擋板開度一致。
h. 停運(yùn)2 h以后，根據(jù)金屬壁溫及壓降速率，增加二次風(fēng)流量，但總風(fēng)量夏季≤700 t/h，冬季≤500 t/h。
i. 冷卻壓降速率≤0.14 MPa/min，屏過金屬溫降速率≤0.5 ℃/min。當(dāng)汽包壓力降到0.98 MPa時(shí)，停運(yùn)送/引風(fēng)機(jī)，鍋爐帶壓放水，要求下降管同時(shí)均勻放水。
j. 如果冷卻過程出現(xiàn)局部大量掉焦，應(yīng)立即減少冷卻風(fēng)量，查明原因。
k. 在鍋爐烘干期間，禁止關(guān)閉鍋爐側(cè)疏水門和空氣門，烘干結(jié)束并確認(rèn)空氣門無蒸汽冒出，方可關(guān)閉。鍋爐烘干后，必須再次啟動兩側(cè)風(fēng)機(jī)冷卻。
3.3防止鍋爐超溫措施
3.3.1啟動過程中防止超溫措施
a. 鍋爐具備上水條件后關(guān)閉一、二減以及再熱器減溫調(diào)門前手動門。
b. 在汽泵具備運(yùn)行條件后，應(yīng)及時(shí)投運(yùn)，減少上水壓差。
c. 汽包壓力＞6.86 MPa后，開啟一、二減及再熱器減溫調(diào)門前手動門。
d. 鍋爐點(diǎn)火后總風(fēng)量控制在500 t/h，根據(jù)油槍投入量，逐漸增加到850 t/h，燃油和霧化空氣壓力控制在0.098～0.147 MPa之間。
e. 汽包壓力以0～0.98 MPa升壓，每30 min對稱切換一次油槍（A、B或C、D磨組油槍），并通過底部放水門使其3～4 h達(dá)到要求（2.94 MPa以后可按照規(guī)程升壓率執(zhí)行。）
f. 環(huán)境溫度＜23 ℃時(shí)暖風(fēng)器必須投入運(yùn)行。
g. 由于鍋爐使用MPS磨組，磨組煤粉較粗，啟動初期著火比較困難，加之鍋爐設(shè)計(jì)不合理，容易造成過熱器大面積超溫。因此必須確認(rèn)啟動磨組的煤質(zhì)情況，主要是檢查停磨時(shí)機(jī)組有無負(fù)荷受限問題，若有，則該磨組不能作為啟動備用磨組。
h. 汽包壓力為8.33 MPa時(shí)，汽機(jī)沖車前必須有2臺磨組備用。汽機(jī)轉(zhuǎn)速3 000 r/min時(shí)，在備用狀態(tài)下的2臺磨組可以隨時(shí)啟動。
i. 并網(wǎng)后啟動第1臺磨組前必須確認(rèn)該磨組油槍火焰較長且明亮，把總風(fēng)量控制在550 t/h左右，磨組運(yùn)行后控制參數(shù)為：一次風(fēng)量60 t/h、磨組出口溫度＞93 ℃，對應(yīng)磨組增壓風(fēng)擋板全關(guān)。
j. 當(dāng)爐膛穩(wěn)燃后，逐步增加煤量至18 t/h，同時(shí)也逐步增加增壓風(fēng)量，如磨組煤量達(dá)到22～23 t/h時(shí)鍋爐沒有穩(wěn)燃，則禁止增加煤量或停運(yùn)該磨組，否則過熱器就會出現(xiàn)局部大面積惡性超溫，應(yīng)視溫度情況投運(yùn)減溫水。
k. 視機(jī)組負(fù)荷、壓力、溫度情況，啟動第2臺磨組，第2臺磨組運(yùn)行后控制參數(shù)按d、e執(zhí)行。當(dāng)?shù)?臺磨組給煤量達(dá)到18 t/h時(shí)，機(jī)組負(fù)荷已達(dá)60 MW以上。
l. 如啟動過程中發(fā)現(xiàn)減溫水門失控，則禁止磨組啟動或磨組啟動后也應(yīng)及時(shí)停運(yùn)。根據(jù)機(jī)組情況逐漸均勻增加煤量和負(fù)荷。
3.3.2運(yùn)行中防止超溫措施
a. 采取措施，杜絕人為誤操作出現(xiàn)的惡性超溫現(xiàn)象。
b. 嚴(yán)格執(zhí)行磨組一次風(fēng)標(biāo)定制度，保證磨組各粉管的均勻性，防止其出現(xiàn)誤差而導(dǎo)致運(yùn)行中爐膛熱負(fù)荷出現(xiàn)大的偏差。
c. 嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)定的配煤標(biāo)準(zhǔn)，防止?fàn)t膛火焰中心上移。
d. 合理調(diào)整內(nèi)外調(diào)風(fēng)擋板的位置，這樣可使?fàn)t41 m層煙氣溫度降低20～30 ℃，有效降低減溫水流量。同時(shí)針對因去掉兩側(cè)串聯(lián)屏后，二過兩側(cè)入口屏頻繁超溫爆管的問題，從對應(yīng)的噴燃器上一一進(jìn)行調(diào)整，目前比同排的屏過溫度僅高4～7 ℃，延長了二過入口屏的使用壽命。
e. 制定合理的吹灰制度并嚴(yán)格執(zhí)行。
f. 正確投入并使用機(jī)組旁路系統(tǒng)，確保在事故情況下快速啟動，及時(shí)用蒸汽冷卻再熱器。
g. 加強(qiáng)對過熱器和再熱器的金屬監(jiān)督，對使用壽命接近設(shè)計(jì)壽命的管子及時(shí)予以更換，防止再次發(fā)生爆管。
3.4防止磨損措施
a. 適當(dāng)降低無煙煤的摻配比例，可有效提高磨組煤粉細(xì)度。
b. 避免風(fēng)機(jī)過載運(yùn)行，把過剩空氣系數(shù)控制在設(shè)計(jì)值的低限。
c. 定期對磨組加載彈簧進(jìn)行調(diào)整，使其保持在最佳出力位置。
d. 每月定期檢查磨組各粉管的煤粉細(xì)度，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整磨組分離器擋板。
e. 跟蹤并不定期檢查磨輥磨損情況，對于磨損嚴(yán)重的要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)焊，一般需在4 500～7 000h之內(nèi)。?
4 結(jié)論及建議
雖然華能石家莊分公司的鍋爐設(shè)計(jì)不太合理，但針對鍋爐超溫問題經(jīng)過多次改造和燃燒調(diào)整，已使其能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行，爐內(nèi)管爆漏次數(shù)由2002年的7次下降到2003年的1次，效果比較理想。
針對磨組煤粉細(xì)度不合格的問題，已計(jì)劃對MPS磨組進(jìn)行技術(shù)改造。
由于機(jī)組大聯(lián)鎖保護(hù)問題，建議把機(jī)組運(yùn)行中CV閥的全關(guān)等同于MCS關(guān)閉，以達(dá)到保護(hù)再熱器的目的。