循环流化床锅炉屏式过热器爆管原因分析及处理

　第6期　2009年11月

中　氮　肥

M 2Sized N itr ogenous Fertilizer Pr ogress No 16Nov .2009

循环流化床锅炉屏式过热器爆管原因分析及处理

谭　伟,吴小刚

(兖矿国泰化工有限公司,山东滕州　277527)

[中图分类号]TK 22916+

6　[文献标识码]B [文章编号]1004-9932(2009)06-0047-03

[收稿日期]2009204214

[作者简介]谭　伟(1980—),男,湖北宜城人,助理工

程师。

1　情况简介

我公司2#

HG 2130/9182LY M20型循环流化床

锅炉于2005年5月点火试运行。2007年屏式过热器下部同一位置发生了6次爆管事故。现场勘查发现:锅炉管外径涨粗,同一管屏<42mm ×5mm 锅炉管涨粗后外径达44～49mm 不等,这是长期过热进而高温蠕变的显著特性;管壁没有明显减薄,爆管处破口呈厚唇状(如图1),破口断裂面粗糙、不平整;破口附近有众多平行于破口的轴向裂纹;管外壁氧化皮较厚,较脆,易剥落。对该锅炉管取样送山东大学材料学院进行金相分析,结果显示金属组织完全球化。按照DL438—2000《火力发电厂金属技术监督规程》817规定:合金钢锅炉管外径蠕变变形大于215%时应及时更换。该屏式过热器已于2008年

3月大修时全部更换,大修后的2#

锅炉已运行近24000h,负荷100t/h 左右,运行情况较好

。

图1　爆管处形状

2　锅炉屏式过热器超温爆管原因分析

HG 2130/9182LY M20型循环流化床锅炉炉膛

内部悬挂布置4片屏式过热器,每屏装有22根

锅炉管,规格为<42mm ×5mm ,材料为12Cr1Mo VG,管屏间距1200mm ,下集箱标高

+20960mm ,上集箱标高+36410mm 。设计蒸

汽进口温度为400℃,出口温度为485℃。炉膛风帽处标高+4500mm ,炉膛高度28500mm 。

根据锅炉原始开车及近3a 运行、改造记录分析,屏式过热器爆管原因主要有以下几点。211　减温水量不够,导致屏式过热器超温

该锅炉共设计2级混合式喷水减温器,屏式过热器在低温过热器和高温过热器之间。设计一级减温水管规格为<28mm ×3mm ,减温水量为413t/h,温度由425℃减至400℃;二级减温水管规格为<28mm ×3mm ,减温水量为214t/h,温度由485℃减至468℃。但锅炉在负荷大于80t/h 运行中,该减温水量不够,屏式过热器进口温度为420℃,出口温度为510℃,均超设计温度,导致屏式过热器管壁长期超温。这是屏式过热器超温爆管的主要原因。212　汽轮机高压加热器未投运,给水温度达不到设计值 该锅炉于2005年5月试运行,锅炉产蒸汽主要作为空分系统透平压缩机动力源和全厂蒸汽管网使用。由于蒸汽量不够,配套汽轮机于2005年11月试运行后一直低负荷运行(12MW 左右,额定负荷50MW ),无法投运汽轮机抽汽系统。锅炉给水未经高压加热器加热,给水温度设计值为215℃,但实际给水温度仅158℃,比设计温度低57℃。在锅炉运行前期,锅炉须在较高负荷状态下运行以满足后系统化工试开车用蒸汽需求。锅炉加负荷时,必然加大风量及燃料量,提高密相燃烧区域,相应就提高了火焰中心,强化了炉内燃烧,炉膛沸下温度达950℃,屏式过热器受到的热辐射增强;同时锅炉排烟量增大,尾部烟道对流换热量增大,也造成汽温升

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高,使过热器管壁温度升高。

213　增加1台给煤机后,提高了火焰中心该锅炉设计负荷为130t/h,在锅炉运行初期,由于给水温度比设计值低以及煤质实际成分与原设计相差较大等原因,该锅炉试验最高负荷仅为110t/h左右。且该锅炉原设计2台给煤机,一旦给煤机故障(堵煤、蓬煤等),锅炉负荷下降,锅炉蒸汽量不能满足后系统化工试开车需求,将导致全厂停车的严重后果。为提高锅炉负荷,保证锅炉给煤系统运行稳定,经锅炉厂变更设计,2005年10月在原设计2台给煤机中间另增加1台给煤机,且第3台给煤机落煤口比原2台给煤机落煤口高500mm,3台给煤机中心距为2m。给煤机改造后,运行3台给煤机,锅炉试验最高负荷可达130t/h。但由于3#给煤机位于炉膛正中位置,且落煤口被抬高了500mm,投运后炉膛火焰中心也比以前提高,导致屏式过热器接受的辐射热量增大,特别是中间2片屏式过热器下部(该部位也是爆管频繁区域)吸热量更大,造成屏式过热器过热超温。

214　锅炉二次风机未投运

该锅炉二次风设计为环行风箱,在炉膛四周每侧墙设计6根<133mm×4mm二次风管,风管标高+9500mm。在锅炉运行前期,锅炉操作人员由于专业知识所限以及缺乏经验,在长达5个月的时间内没有投运二次风机,仅靠一次风调节锅炉负荷。这样,在锅炉负荷提高时,必然需要加大燃料量及一次流化风量,进而加强炉膛燃烧,同时也相应提高密相燃烧区域,造成屏式过热器吸收的热辐射量增加,使管壁温度升高,造成屏式过热器超温。

215　存在同屏热偏差的影响

在同一片管屏中的热功当量偏差称为同屏热偏差,造成热偏差的原因可能有:各管的吸热量不同、蒸汽流量不同、进口汽温不同。其中各管吸热不同又可分为各管的受热长度不同和各管单位长度的热负荷不同。热偏差包括热负荷偏差、结构偏差和流量偏差。

流量偏小的环路,介质吸热量小,管壁温度升高。当管壁温度超过材料的许用温度时,管内壁出现氧化,生成氧化皮。因氧化皮热阻大,又进一步促使管壁温度上升,并在其外壁生成氧化皮,并开始产生裂纹。外壁氧化皮一旦脱落,管壁过热更快,并导致管壁强度下降、裂纹扩张而爆管。从6次爆管的屏式过热器整体情况看,外壁氧化皮相当严重。

形成热偏差的原因主要有以下2方面。

(1)过热器受热不均匀。该锅炉炉膛内部布置有500个流化风帽,在运行中可能有部分风帽磨损、烧坏,导致该处风量小,物料流化不好,床温不均匀,有偏差,从而使各片屏式过热器接受的辐射吸热量不一样。热负荷大的锅炉管,吸热量大,焓增量也大,其蒸汽温度和管壁温度也较高,受热产生热力偏差。另外,烟气中温度场和速度场分布的不均匀性等也会对热偏差的形成产生影响。

(2)管内蒸汽流量不均匀。对于该锅炉屏式过热器而言,蒸汽从外侧两片进入屏式过热器,混合后从中间两片出去,部分管道弯曲变形,阻力增大,或内壁有积垢,导致蒸汽流量不一致,管屏得不到足够的冷却而形成热偏差。216　管屏的壁温测点不能真实反映管屏温度屏式过热器出口集箱管壁测温点引入DCS 画面共设计有2个,在锅炉运行一段时间后,由于DCS画面壁温运行监测点不能真实反映实际壁温状况(显示值偏低),使运行人员进行壁温调整时失去依据而造成超温。这主要是由于测点位置的选择及安装方法不合适,使测点未装在最高壁温管上,或测点处保温脱落,热量散失造成监测数据比实际值低所致。

217　操作人员操作技能不足

锅炉操作人员多为大、中专院校毕业生(非热动力专业),初次接触循环流化床锅炉,理论知识掌握不够,没有操作经验。试开车期间,靠3位从事过75t/h循环流化床锅炉运行的老师傅进行“传、帮、带”,没有经过系统的理论学习和专业人员进行指导,凭借各自摸索和相互交流增加操作经验,存在操作误区和盲区。试开车早期,床温一般保持较高(950℃左右),料层较厚(800mm左右),长期未投运二次风机(近5个月),锅炉开、停车期间升温、升压速率快,蒸汽温度及压力波动频繁,减温水量掌控不好造成蒸汽超温等,这些原因造成屏式过热器热辐射大,对管材造成损伤。