锅炉过热器超温原因分析

DG 670/140型锅炉过热器超温原因分析

华北电力科学研究院(北京 100045) 常晨

文摘根据近年来火力发电厂锅炉事故统计，过热器超温爆管事故所占的比例是相当大的，因此做好对过热器超温原因的研究及分析工作，对解决超温问题十分重要。文章根据对大同二电厂近年来过热器超温爆管事故的调查及对此问题试验研究的结果，分析了导致过热器受热面管子超温的原因，并提出了解决相应问题的对策。

关键词过热器超温过热爆管原因分析对策

从近年来的统计数据看，火力发电厂锅炉设备事故中，“四管”泄漏的事故要占70%～80%，其中过热器、再热器受热面管由于超温过热而发生爆管的事故又占相当大的比例。因此分析受热面管超温过热的原因，并采取相应的对策，是降低锅炉“四管”泄漏工作的一个重要方面。本文仅就大同二电厂670t/h锅炉过热器的超温爆管情况做出分析，并根据产生超温爆管的主要原因，对解决这类问题提出一些看法。

1 设备概况

大同第二发电厂装有6台东方锅炉厂生产的670 t/h超高压锅炉，配200 MW机组使用。其中1、2号炉为DG670/140-540/540-5型炉，3～6号炉为DG670/140-540/540-8型炉。锅炉为自然循环、固态排渣煤粉炉，采用钢球磨煤机、中储仓式制粉系统，燃烧器共分4层，为四角切圆布置，其中第2、3层燃烧器为了适应低负荷调峰时稳燃的需要，已改造为浓淡燃烧器，送粉方式采用乏气送粉，燃用的煤种为云岗烟煤。6台锅炉分别于80年代中后期投产，至今已运行10年左右。

过热蒸汽的系统流程如下：饱和蒸汽由汽包经导汽管引入顶棚过热器，分三路经过尾部竖井的前后包墙及中隔墙过热器，汇集后进入布置在竖井后部的低温过热器，由此而出的蒸汽左右交叉进入大屏过热器，再经左右交叉进入后屏过热器，出来的蒸汽又经左右交叉最后进入布置在折焰角上方的高温过热器。5型炉与8型炉在过热器系统上的区别在于，5型炉的一级减温器布置在低温过热器出口，而8型炉则布置在大屏过热器出口。两种型号锅炉的二级减温器均布置在后屏过热器出口。

大屏过热器的外数6圈管、后屏过热器和高温过热器管均采用钢研102钢。

2 过热器的过热爆管情况

从投产至今，随着运行时间的推移，6台炉陆续开始频繁发生过热器爆管事故。表1为1990年至1997年9月锅炉“四管”泄漏事故的分类统计表。

从表中的统计看，在此期间锅炉共发生60次“四管”泄漏事故，其中过热器的爆管次数占了61%，从对爆管管样的金相分析结果看，导致过热器爆管的主要原因是由于过热而引起的失效。

表1 1990～1997年9月间四管泄漏分类统计

情况统计在表2中。

从统计结果看，在9次爆管事故中，处于受热最强区域的过热器管下弯头因过热而引起的爆管就占6次，这说明过热器受热面管的超温过热是引起爆管的一个主要原因。

3 对过热器超温的原因分析

为了分析过热器发生超温爆管的原因，近年来，有关单位陆续在大同二厂的几台锅炉进行了试验研究及相应的设备改造工作。根据几次试验的结果和对多年来过热器爆管情况的统计和调查，可以看出导致过热器超温爆管的原因主要在以下几个方面。

3.1 实际运行中的过热器炉内管壁温度要高于强度计算所取得的壁温值，现将1997年10月对3号炉高温过热器炉内管壁温的部分测试结果列于表3。

表2 1997年1～9月过热器爆管情况统计

表3 3号炉高温过热器炉内管壁温的部分测试结果℃

按照表中的测试数据，在200 MW负荷下，高温过热器最外圈管下弯头入口侧焊口上方1m处所测得的最高管壁平均温度为599℃，而强度计算所选壁温为585℃，按照拉逊—密勒公式进行如下计算：

T 1(lgτ

1

＋C)＝T

2

(lgτ

2

＋C)

式中T

1

——设计的使用温度，K；

τ

1

——设计的寿命，105h；

T

2

——实际的壁温，K；

τ

2

——实际的寿命，h；

C——常数，对钢研102取22。

lgτ

2＝T

1

/T

2

(lgτ

1

＋C)-C

通过计算可得τ

2

＝3.958×104(h)。

可见，如果实际壁温超过设计值14℃，则使用寿命将大大缩短。根据对1990年以来过热器所爆管运行时间的统计，所爆钢研102管的运行时间7.809 5×104h，最短的为5.125 0×104h,大部分在5～7万h之间；所爆12CrlMoV管运行时间最长的为5.765 1×104h，最

短的为2.801 2×104h，大部分在2～4万h之间。对比实测壁温的数据计算出的寿命与失效管的运行时间统计结果，二者按照对应关系来讲是相当吻合的，这的确说明管子是长期处于超温过热状态。

从表3还可以看出，高温过热器炉内最后管外壁温度为613℃。已达到了钢研102钢的氧化加剧温度。

另外，从华北电力大学与大同二电厂对1号炉的壁温测试报告及实际的爆管情况看，后屏过热器也存在一定程度的超温。

3.2 对于燃烧器四角切圆布置的锅炉来说，炉膛出口烟气流存在着一定的残余旋转，使得沿炉膛宽度方向的炉膛出口烟温和烟气流速分布都存在着一定偏差，这使得实际的受热面管吸热偏差系数大于设计值。天津电科院对1号炉烟温的测试结果表明高温过热器前的烟道内两侧烟温偏差可达100～145℃，且右侧高于左侧。多年来对其他同类型炉的测试结果也多得到了相似的结论。且从爆管情况的统计看，也是右侧偏多。因此，烟气温度场及动力场的分布偏差是加剧过热器管超温的一个重要因素。

3.3 过热器管的吸热偏差较大是造成超温的另一个原因。屏式过热器和高温过热器均布置在高烟温区，接受的辐射吸热量较大，同屏各管吸热偏差较大。从实测的结果看，后屏的同屏纵向热偏差系统可达1.32，而沿炉膛宽度方向的热偏差系数可达1.1左右，两者的乘积为1.45。吸热最大与最小管的吸热量相差70%，外圈管的平均壁温水平要比内圈管高得多。高温过热器的总吸热偏差系数达到1.35左右。而屏式过热器及高温过热器的设计壁温所选的热偏差系数为1.3至1.32，因此算出的管壁温度偏低。

3.4 高温过热器的爆管多发生于外圈管下弯头的前弯向火侧，这是由于此处处于高烟温区，且下部多不同程度存在一定的烟气走廊，使得底部通过的烟气量增大，因而底部的弯头处容易超温。

3.5 由于第二、三层燃烧器改成了浓淡燃烧器，燃烧器出口局部区域煤粉浓度加大，如果配风系统不做相应的改造，必然使煤粉的燃烧行程加长，使得炉膛出口烟气温度升高，加大超温的幅度。

3.6 各燃烧器二次小风门的开关执行器存在一定问题。目前的二次小风门实际上处于不能远方控制的状态。因此运行中不能根据燃烧的需要及时调整各层燃烧器配风，使燃烧器工况恶化，火焰中心上移。1994年3号炉燃烧器改造后，在启动过程中就曾发生因配风不当造成炉膛出口结焦的事故。

3.7 同层燃烧器各角一次风口风速不均匀，同层给粉机转速不均匀，造成燃烧偏斜。

3.8 在启停磨煤机及锅炉升降负荷的过程中工况的变化速度过快。曾经做过的试验表明，在上述变化工况的动态过程中变化速度过快会使过热器管壁温度上升。而经常在这种状态运行，必然导致超温效应的积累。

3.9 在低负荷运行时，对后屏出口汽温控制不当，则会造成后屏过热器的超温。随着调峰的需要，锅炉经常在低负荷运行，这时由于屏式过热器的辐射吸热特性，使得后屏出口汽温升高，如控制不当后屏出口汽温可达548℃，此时一定要尽量投入下层燃烧器，用一级减温水控制后屏出口汽温不超过510℃，否则容易导致超温。

3.10 空预器漏风严重，使得燃烧器配风不足，造成燃烧偏斜，燃烧过程加长，也会加剧过热器的超温。

3.11 吹灰器长期不能投入，使得炉膛受热面沾灰严重，促使炉膛出口烟气温度进一步升高，加剧过热器的超温。

3.12 由于炉膛放炮，修复不彻底造成炉本体漏风较大，使得炉膛出口烟气量增加，加剧了超温。

3.13由于对设备档案缺乏严格科学的管理，对检修中更换管材的情况记录和管子的运行时数统计不完整，使得在检修过程中不能准确地依据设备检修记录，对过热器受热面管做出有针对性的检查，使得接近或超过使用寿命的管子漏查，留下运行中爆管的隐患。

3.14 由于表盘的过热器壁温运行监测点不能真实反映实际壁温状况，显示值过低，因而使