鍋爐“四管”爆漏的原因分析

1/11鍋爐“四管”爆漏的原因分析第一節(jié)超溫爆管過熱器和再熱器是工質(zhì)溫度和金屬溫度最高的部件，受熱面管材過熱后管材金屬溫度超過許用的極限溫度，內(nèi)部組織發(fā)生變化，降低了許用應(yīng)力，管子在內(nèi)壓力下產(chǎn)生塑性變形，最后導(dǎo)致過熱爆管。假如某管子在540時(shí)可以持續(xù)工作100000H，那么，長期在550度下工作，它的壽命可能只有50000H,即壽命縮短一半。因此過熱就意味著降低安全系數(shù)或減少壽命，所以應(yīng)該嚴(yán)格控制蒸汽溫度的上限。受熱管過熱脹粗爆漏按性質(zhì)可分為長期過熱、短期過熱。1、長期過熱管壁溫度長期處于設(shè)計(jì)溫度限值以上，超溫幅度不大但超溫時(shí)間較長。爐管發(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,管徑脹粗不十分明顯,最后在最薄弱部位導(dǎo)致脆裂而爆破。長期過熱爆管的爆口特征破口呈軸向長條狀,破口邊緣為銼邊,斷裂面粗糙不平整,破口處管壁厚度減簿較多,破口附近肉眼可見密集的平行于破口的縱向裂紋。2、短期過熱2/11鍋爐受熱面管子在運(yùn)行過程中，由于冷卻條件惡化等原因，使部分管壁溫度在短時(shí)間內(nèi)突然上升，甚至達(dá)到鋼管材料的臨界點(diǎn)以上的溫度,材料強(qiáng)度明顯下降,在內(nèi)壓力作用下發(fā)生爆破。短期過熱爆管爆破口的特征破口張開很大呈喇叭口狀破口邊緣銳利,破口兩側(cè)壁厚明顯減薄破口斷裂面較為光滑,呈撕裂狀破口上下管段脹粗較大。一、超溫原因1、燃料特性變化燃料特性的變化，主要是指煤中灰分、水分和揮發(fā)分的變化對過熱汽溫的影響。如灰分和水分增加，燃料發(fā)熱量降低，則到達(dá)同樣的負(fù)荷必須增加燃料消耗量，水分蒸發(fā)也使煙氣容積增大，導(dǎo)致流經(jīng)過熱器的煙氣流速增加，對流換熱加強(qiáng)；同時(shí)灰分和水分增加還會使?fàn)t膛溫度降低，爐膛輻射傳熱量減少，爐膛出門煙溫增高。這些因素導(dǎo)致對流過熱器的傳熱系數(shù)增大，吸熱量增大，從而使出口汽溫升高，盡管輻射過熱器由于爐內(nèi)輻射傳熱量減少而使出口汽溫降低，但由于一般鍋爐過熱器系統(tǒng)以對流特性為主，最終的出口過熱汽溫還是升高了?；曳肿兓瘜﹀仩t汽溫影響比較復(fù)雜?；曳衷龆鄷?dǎo)致爐膛沾污嚴(yán)重，使得爐內(nèi)吸熱量下降，從而減少了輻射換熱比例，假如過熱器本身也因灰分增加而產(chǎn)生嚴(yán)重沾污，3/11影響對流吸熱，則會使汽溫下降；煤中揮發(fā)分降低、含碳量增加或煤粉變粗時(shí)，出于煤粉著火延遲，煤粉在爐內(nèi)燃盡所需時(shí)間延長，導(dǎo)致火焰中心上移，爐膛輻射吸熱份額減少，爐膛出口煙溫升高，從而引起具有對流特性的過熱和再熱系統(tǒng)傳熱溫壓增加，出口汽溫升高。2、火焰中心變化試驗(yàn)表明，爐內(nèi)絕大部分可燃物是在爐膛中燃燒器標(biāo)高附近燃燒的，此區(qū)域內(nèi)火焰溫度也最高，一般可認(rèn)為爐內(nèi)火焰溫度最高點(diǎn)在燃燒器組中心位置附近，但出于燃燒器的結(jié)構(gòu)型式、布置方式、配風(fēng)方式、燃料性質(zhì)等因素的變化，火焰溫度最高點(diǎn)往往會偏離燃燒器組中心位置。1煤質(zhì)變差或煤粉變粗時(shí)，爐內(nèi)火焰拉長，火焰中心位置上移。2改變擺動式燃燒器的擺角會改變火焰中心位置。3當(dāng)大容量鍋爐采用多層燃燒器，最上層燃燒器和下層燃燒器之間的高度差很大時(shí)因?yàn)樨?fù)荷變化或磨煤機(jī)投停等原因改變?nèi)紵鞯耐哆\(yùn)層次，火焰中心會隨投運(yùn)燃燒器組的中心高度而發(fā)生變化。4保持人爐總風(fēng)量不變，改變?nèi)紵髋滹L(fēng)工況也會引起爐膛火焰中心位置改變?nèi)绮捎脿t內(nèi)高度方向上的分4/11級燃燒方式，形成爐脖下部缺氧燃燒，上部富氧燃燒，會使火焰長度增長，火焰中心上移。5送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)配合不當(dāng)時(shí)，會導(dǎo)致爐膛負(fù)壓發(fā)生變化，影響火焰中心位置?；鹧嬷行纳弦茣r(shí)，爐內(nèi)輻射吸熱比例減少。對流式過熱器和再熱器的對流吸熱份額增加，使出口汽溫增加。23、爐膛設(shè)計(jì)高度偏低爐膛高度與火焰中心位置的關(guān)系為XH/H1X式中X火焰中心的相對位置；H自冷灰斗1/2處算起的燃燒器高度；H1自冷灰斗1/2處算起的爐膛出口的平均高度；X的附加值，對D420T/H的煤粉爐一般取X。由上式可知，當(dāng)爐膛高度偏低，H1減小。H不變時(shí)，X即火焰中心的相對位置提高，從而提高了爐膛出口煙溫，使飛灰軟化，容易粘結(jié)在屏式過熱器和對流過熱器上，引起過熱器的結(jié)渣，同時(shí)還會使過熱器的熱負(fù)荷升高，在管內(nèi)工質(zhì)吸熱量不變時(shí)，引起管壁超溫，引起爆管事故。74爐內(nèi)過量空氣系數(shù)變化當(dāng)送風(fēng)量和漏風(fēng)量增加時(shí)，爐內(nèi)過量空氣系數(shù)增加，爐膛溫度降低，爐膛水冷壁和布置在爐內(nèi)的輻射式過熱器5/11和再熱器等輻射式受熱而的吸熱份額減少，從而使?fàn)t膛出門煙溫升高，同時(shí)過量空氣系數(shù)增大還使燃燒生成的煙氣量增多。煙氣流速增大，對流換熱加強(qiáng)，使具有對流汽溫特性的對流式過熱器和再熱器出口汽溫升高。入爐空氣量不足會產(chǎn)生燃料在爐內(nèi)燃燒不完全而在煙道內(nèi)燃燒的現(xiàn)象，稱為二次燃燒。二次燃燒也會引起過熱器出口汽溫引高，并可能造成過熱器超溫破壞。當(dāng)發(fā)生二次燃燒現(xiàn)象時(shí)。應(yīng)立即進(jìn)行調(diào)整，如調(diào)整無效，排煙溫度高于250時(shí)，則應(yīng)立即停爐，以防止由于空氣預(yù)熱器和引風(fēng)機(jī)承受不了過高的排煙溫度而發(fā)生破壞事故。鍋爐運(yùn)行中有時(shí)采用增加爐內(nèi)過量空氣系數(shù)的方法來提高汽溫，但過大的過量空氣系數(shù)會導(dǎo)致鍋爐排煙損失大幅增加，從而使鍋爐效率降低。25、給水溫度變化給水溫度變化時(shí)，加熱給水所需熱量變化。例如鍋爐負(fù)荷不變，給水溫度降低，則加熱給水所需熱量增加，如果入爐燃料量不變則蒸發(fā)量必然下降，而過熱器吸熱量基本不變，導(dǎo)致過熱器出口汽溫升高。為維持負(fù)荷，必須增加入爐燃料量，使?fàn)t內(nèi)煙氣量和爐膛出口煙溫都提高，使對流式過熱器和再熱器出口蒸汽溫度增加。輻射式過熱器和再熱器出口汽溫受給水溫度變化影響很小。對于一般鍋爐，過熱器和再熱器總體呈對流汽溫特6/11件，因此給水溫度降低很多，可能會引起過熱器超溫，通常需采用降負(fù)荷保證過熱器安全。高壓加熱器解列是造成電廠效率大幅降低的主要因素，也是造成給水溫度下降的重要原因，高壓加熱器不投入會使給水溫度下降100左右，使過熱汽溫增加達(dá)50。26、切向燃燒引起煙溫偏差四角布置切圓燃燒方式的鍋爐,在爐膛出口處存在著一定的殘余氣流旋轉(zhuǎn),使沿爐膛寬度方向的爐膛出口煙溫和煙速分布存在一定偏差。燃燒器的布置方式,如各股氣流的引入角度,一、二、三次風(fēng)的動量比,氣流切圓直徑影響到氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度,進(jìn)而影響水平煙道的煙溫分布,這些因素都使實(shí)際的受熱面吸熱產(chǎn)生了偏差。因此,煙氣溫度場和速度場的分布偏差是過熱蒸汽器、再熱蒸汽器管超溫的重要原因。87、壁溫測點(diǎn)溫度失真由于表盤的受熱面壁溫運(yùn)行監(jiān)測點(diǎn)不能真實(shí)反映實(shí)際壁溫狀況,顯示值低,使運(yùn)行人員進(jìn)行壁溫調(diào)整失去依據(jù)而造成超溫。這主要是由于測點(diǎn)位置的選擇及安裝方法不合適,使測點(diǎn)未裝在最高壁溫管上,且插入式的安裝方法經(jīng)常不能正確測出實(shí)際出口溫度。8、鍋爐受熱面沾污結(jié)渣鍋爐受熱面沾污結(jié)渣降低爐內(nèi)受熱面的傳熱能力。7/11灰污在受熱面上沉積后，因其導(dǎo)熱系數(shù)很低，故熱阻很大。一般污染數(shù)小時(shí)后水冷壁傳熱能力會降低3060。結(jié)渣引起爐內(nèi)火焰中心向后推移，爐膛出口煙溫相應(yīng)升高，排煙熱損失增大。由于爐膛出口煙溫升高，導(dǎo)致過熱汽溫偏高。此外，飛灰易粘附在對流和屏式過熱器上，引起過熱器沾污和腐蝕。由于傳熱阻力增大，可能會使鍋爐無法維持滿負(fù)荷運(yùn)行，只得增加投煤量，引起爐膛出口煙溫進(jìn)一步升高，使得灰渣更易粘附在受熱面上，從而形成惡性循環(huán)，并誘發(fā)一系列惡性鍋爐事故，如過熱器、省煤器管束堵灰、爆管，出渣系統(tǒng)堵死等。109、選材余度不夠過熱器的受熱面一般布置在爐膛出口，長期受高溫?zé)煔獾臎_刷，是鍋爐受熱面中溫度最高的地方。因此需要選用耐高溫、耐高壓的鋼材。但在設(shè)計(jì)中選擇鋼材時(shí)，考慮材料和經(jīng)濟(jì)性的問題，其溫度的安全余度不會很大。如果在運(yùn)行中，由于運(yùn)行工況不穩(wěn)定或調(diào)節(jié)不當(dāng)，使鋼材工作溫度超過許用溫度，將引起鋼材熱強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性下降，材質(zhì)惡化，導(dǎo)致受熱面惡化，發(fā)生爆管事故。10、受熱面偏多，蒸汽質(zhì)量流速偏低過熱器和再熱器的蒸汽質(zhì)量流速應(yīng)考慮蒸汽對管壁的冷卻能力和蒸氣在管內(nèi)流動引起的壓降損失兩個(gè)因素，8/11蒸汽質(zhì)量流速越高，流動壓力降越大。質(zhì)量流速越小，則流動壓力降越小，使工質(zhì)帶走的熱量減少，管壁得不到有效的冷卻，導(dǎo)致超溫爆管。為了保證機(jī)組的熱效率，整個(gè)過熱器的壓力降應(yīng)不超過其工作壓力的10。11、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原因造成的熱偏差管組進(jìn)、出口集箱的引入、引出方式布置不當(dāng)，使蒸汽在集箱中流動時(shí)靜壓變化過大而造成較大的流量偏差。靜壓差小的管內(nèi)流量小，冷卻不足，管壁超溫爆管。對于蒸汽進(jìn)口集箱的并聯(lián)管組，在進(jìn)入管三通處形成局部渦流，使得該渦流區(qū)附近管組的流量較小，引起較大流量偏差。12、鍋爐四管有成千上萬個(gè)焊口，制造安裝和檢修中，如果出現(xiàn)管內(nèi)異物阻塞等，會造成工質(zhì)流動不暢、短路和斷路等情況，引起受熱面超溫。13、升負(fù)荷速率過快升負(fù)荷速率過快也是過熱器和再熱器超溫爆管的原因之一。由于在升負(fù)荷過程中，為了達(dá)到相同的產(chǎn)汽負(fù)荷，投入的燃料量總是過剩的，因此各級過熱器的管壁溫度要高于穩(wěn)定后的數(shù)值。這個(gè)過程起初壁溫逐漸升高，待達(dá)到最高值后又逐漸降低，最后又穩(wěn)定下來。升負(fù)荷速率越高，升負(fù)荷過程中的壁溫峰值也就越大。從壁溫安全來看，低負(fù)荷時(shí)候壓力也低，工質(zhì)汽化潛熱大，相同熱量輸入下產(chǎn)汽量更少，因此初始負(fù)荷低時(shí)，9/11允許的升負(fù)荷速率也低，即壁溫峰值超出穩(wěn)定值更大些；初始負(fù)荷高時(shí)，允許的升負(fù)荷速率也高。三、解決高溫受熱面超溫問題的對策1、削弱殘余氣流旋轉(zhuǎn)削弱殘余氣流旋轉(zhuǎn)主要有以下方法1、通過改變?nèi)紵鳉饬饕敕较?減小實(shí)際切圓直徑,盡量接近設(shè)計(jì)工況2、鍋爐一、二次風(fēng)匹配合理,保證一定的動量比,以組織良好的爐內(nèi)空氣動力場3、應(yīng)用反切技術(shù)對燃燒器做適當(dāng)改造,以消除殘余氣流旋轉(zhuǎn)。2、注意減少三通區(qū)域內(nèi)渦流的影響和同屏間的熱偏差1、掌握由集箱三通區(qū)域內(nèi)渦流引起的屏間流量偏差和同屏熱偏差的準(zhǔn)確計(jì)算方法,設(shè)計(jì)上要避免使煙溫偏差與三通區(qū)域內(nèi)渦流兩種偏差疊加在一片再熱器上。2、在后屏及高溫過熱器各管排入口管加裝節(jié)流孔板,調(diào)整各管間的流量分配,使各管壁溫偏差減小,緩解過熱器的超溫通過嚴(yán)密的計(jì)算,在再熱器管屏中的低溫段考慮加裝節(jié)流孔板,減少蒸汽流量,增加其它管屏流量,從而達(dá)到高溫管屏降溫的目的。作為輔助措施,可在高溫段涂上保溫材料。10/113、壁溫測量盡量準(zhǔn)確壁溫測點(diǎn)選擇合適及在可能超溫的地方加裝必要的測點(diǎn),將測點(diǎn)裝在實(shí)際最高壁溫的管子上,改進(jìn)安裝方法,使熱電偶的接點(diǎn)能可靠地與管壁接觸盡量推廣和應(yīng)用鍋爐四管泄漏的在線檢測技術(shù)。4、做好運(yùn)行調(diào)整工作1、做好燃燒調(diào)整工作,保持合適的爐膛火焰中心,防止火焰偏斜。對超溫嚴(yán)重的鍋爐進(jìn)行針對性較強(qiáng)的燃燒調(diào)整試驗(yàn),調(diào)整好鍋爐燃燒的配風(fēng)及火焰中心高度,找出合理的運(yùn)行方式,緩解超溫問題。2、運(yùn)行中控制好機(jī)組起停、磨煤機(jī)升降負(fù)荷的調(diào)節(jié)速度,避免變化速度過快造成的超溫保持受熱面內(nèi)外的清潔減少因空氣預(yù)熱器和爐膛本體漏風(fēng)引起的超溫。3、控制好爐膛出口煙溫和管內(nèi)蒸汽溫度不超溫并及時(shí)投入減溫裝置。8第二節(jié)腐蝕腐蝕是導(dǎo)致受熱面失效、爆管、引起火力發(fā)電廠事故停機(jī)的主要原因之一。鍋爐受熱面腐蝕根據(jù)腐蝕部位和環(huán)境不同可分為水汽側(cè)腐蝕和煙氣側(cè)腐蝕兩大類，下面將分別介紹這兩大類腐蝕的類型、形態(tài)、原因、部位及機(jī)理1