论文-高坝发电厂锅炉受热面磨损爆管事故分析

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高坝发电厂锅炉受热面磨损爆管事故分析蔡祯跃（高坝发电厂）摘要：本文详细介绍了高坝发电厂410t/h循环流化床锅炉受热面的磨损及爆管情况，且简要分析了原因，介绍了一些防范措施。关键词：循环流化床锅炉受热面磨损爆管1受热面简介高坝发电厂410t/h循环流化床锅炉截面图如右下图所示。锅炉汽包中心标高为42.7m。锅炉炉膛由自动焊机焊接而成的膜式水冷壁构成，从而形成一个完全气密的结构。炉膛下部锥段（高度约为5m）和出口处均覆盖了高强度耐火防磨材料。膜式水冷壁管的尺寸为φ63.5x6.3mm，鳍片厚度为5mm，采用碳钢制作，水冷壁管间中心距为88mm。炉膛主要结构尺寸为：炉膛总高度31m炉膛受热面高度25m炉膛宽度14.122m炉膛深度7.082m炉底深度4.0m为了增加炉膛蒸发受热面积,与后墙水冷壁垂直等距布置了6片翼墙式水冷壁。每片宽度为0.936m，高度贯穿整个炉膛，管子材质与炉膛水冷壁相同。距布风板14.3m处纵向布置了12片（6组）Ω管屏式汽冷受热面，作为锅炉的二级过热器，Ω管屏材质为10CrMo910，管屏底端焊装有防磨护板，采用耐温耐磨的253MA材料。旋风分离器出口水平烟道按烟气流向依次布置有捕渣管、三级过热器、一级过热器。捕渣管管子材质与炉膛水冷壁相同，3排纵向布置。三级过热器管子材质为10CrMo910及20CrMoV121。一级过热器管子材质为St35.8Ⅲ、15Mo3及13CrMo44。光管省煤器布置在一级过热器后的竖井烟道内，省煤器分为两组，管子材质为碳钢。我厂锅炉至2004年2月底已累计运行了37865小时。期间共发生了8次水冷壁（包括翼型壁）819

1爆管、2次捕渣管爆管及5次省煤器爆管。目前，从受热面磨损的情况看，二级过热器管屏底端因一直装有防磨护板，致使其磨损较小。一、三级过热器的磨损较小，究其原因，是因为三级过热器的前面（按烟气流向）布置有捕渣管。下面我们针对上述受热面的爆管及磨损的情况作一一介绍和分析。2炉膛水冷壁管的磨损炉膛内部水冷壁管的磨损可分为四种情形：炉膛下部密相区耐火耐磨层卫燃带与水冷壁管过度区域管壁的磨损、炉膛四个角落区域的管壁磨损、一般水冷壁管的磨损、不规则区域管壁的磨损。（1）炉膛下部密相区耐火耐磨层卫燃带与水冷壁管过度区域管壁的磨损。大多数早期设计的循环流化床锅炉的燃烧和吸热是分开的，整个炉膛都敷设耐火材料，吸热主要是在对流烟道和外置换热床中完成的。对这些循环流化床锅炉而言，水冷壁管的磨损问题不大。不过以后设计的循环流化床锅炉在炉膛内设计了水冷壁管，仅在炉膛下部的水冷壁管上敷设耐火材料（卫燃带），在燃烧的同时吸收部分热量。从锅炉的8次水冷壁（包括翼型壁）爆管来看，如图2所示,有2次发生在后墙水冷壁与翼墙式水冷壁交角卫燃带终止区域处，原此区域的翼墙式水冷壁管子表面都堆焊了一层约6mm厚的耐磨材料，但锅炉运行了大约29000小时后，耐磨材料全部被磨完。故此后每次停机检修，都必须对此区域的管子进行检查和堆焊处理，2003年年修时我们还采用了喷涂处理，但效果不理想。m5.1约墙上前以水冷壁管#3角#2角耐火材料炉膛炉膛乙翼墙式水冷壁甲中侧心侧线#4角前墙#1角图3炉膛前后墙卫燃带终止区域简图图2炉膛卫燃带终止区域上部截面图图2炉膛卫燃带终止区域上部截面图图3炉膛前后墙卫燃带终止区域简图这类磨损的机理有两方面：一、在过度区内由于沿壁面下流的固体物料与炉内向上运动的固体物料运动方向相反，因而在局部产生涡旋流。二、沿炉膛壁面下流的固体物料在交界区域产生流动方向的改变，因而对水冷壁管产生冲刷。卫燃带与水冷壁过度区域内水冷壁管的磨损并不是在炉膛四周均匀发生的，而是与炉内总体流动形式有关。磨损与固体物料浓度、速度、颗粒的特性和流道等几何形状有关。我厂锅炉炉膛实际运行气速为4.9m/s，设计入炉煤粒径100%≤7mm，实测＞7mm的占15%，＞10mm的占8%，计算平均粒径为3.23mm，煤灰分为22.16%（锅炉投运初期性能实验的数据）。但近两年煤质变差,长期在38%以上。循环流化床锅炉不存在显著的密稀相分界面且具有高的颗粒循环流率和强烈的固体反混等特点，使得循环流化床能更高效低污染地燃用多种燃料。2003年11月22日锅炉炉膛水冷壁发生爆管后，我们检查发现炉膛前墙与乙侧墙下部水冷壁管（甲往乙1～27根，乙往甲1～38根，前往后820

21～10根。前后墙各160根，甲乙侧墙各80根。）磨损比较严重，如图2及图3（甲乙侧墙为直管图未示出）所示，耐火材料上部弯管以上大约1.5m，管壁厚度为3.5～4.5mm，因为面磨损，不易检查。另外，上述甲往乙的1～27根管子还出现了一个怪现象，每根管子靠乙侧的管面比甲侧的管面磨损更严重，误差约为0.6～0.8mm，但肉眼很难分辨出。到目前为止，我们尚未找到上述水冷壁管偏斜磨损的机理。（2）炉膛四个角落区域的管壁磨损。这种情况的磨损引起的水冷壁爆管发生过2次，都出现在如图2的炉膛#1角卫燃带上方。分析其原因，主要是因为此区域上方有一个加沙口，沙加进炉膛后，在一定时间内此区域浓度较大，长期冲刷导致水冷壁爆管。为了减少沙对此区域水冷壁管的磨损，锅炉启动时应尽量多采用冷态铺床料的方式。（3）炉膛一般水冷壁管的磨损。炉膛出口两侧墙水冷壁管磨损严重。为了防止炉膛出口处由于气流转向（进入旋风分离器）引起对金属管壁的磨损，在出口处区域前墙覆盖了90mm厚的高强耐火材料。但在运行约10000小时后，检查发现此区域水冷壁管的最大减薄量为1.8mm。为了防止继续磨损，到目前为止，我们每年都要对此区域的水冷壁管进行喷涂处理。另外，锅炉曾经发生过1次炉膛顶篷水冷壁的吊装焊缝未焊好，烟气长期冲刷导致爆管。（4）炉膛不规则区域管壁的磨损。不规则管壁包括穿墙管、炉膛开孔处的弯管、管壁上的焊缝等，此外，还有一些炉内的测试元件。我厂锅炉前后墙水冷壁的二级过热器Ω管屏的开孔处的弯管区域发生了程度不同的磨损，其中上部的弯管磨损较轻，而下部的弯管则较为严重，原此区域的水冷壁管子表面都堆焊了一层约6mm厚的耐磨材料，但锅炉运行了大约34000小时后，耐磨材料亦几乎被磨完。2004年年初，锅炉4.5m层乙侧炉膛人孔门处的水冷壁弯管因耐火材料脱落导致物料直接冲刷爆管。2000年2月，炉膛后墙乙侧往甲2米左右有2根管子被吹扫床压测点的压缩空气长期冲刷磨穿爆管。3捕渣管的磨损一般来说，炉膛内的屏式翼形管、屏式过热器、水平过热器管屏的磨损机理与炉内水冷管的磨损机理相似，主要取决于受热面的具体结构和固体物料的流动特性等，只要采取适当区域防护，一般不会产生严重磨损。但我厂锅炉的捕渣管在运行不到4000小时就严重爆管。捕渣管材质为St45.8Ⅲ，纵向布置3排，间距为150mm，每排94根，间距亦为150mm。分析爆管的原因，主要是因为捕渣管材质为一般碳钢，而管子正好处于旋风分离器出口，烟气流速及温度均较高，冲刷磨损相当严重，可原设计却未考虑捕渣管的防护装置。经过2次改进，目前捕渣管的防磨罩的材质为Cr20Ni14Si2和铁铝瓷，且顶端采用了螺栓固定的方式，改造后效果良好，防磨罩很少出现变形及脱落。从目前捕渣管的磨损来看，只要我们安装的防磨罩未脱落，管子还是不容易磨损的。4省煤器管的磨损锅炉运行至2003年年底，整体来说，省煤器管的磨损不是很严重。这期间发生过3次爆管。锅炉运行不久就发生了1次爆管，是因为第一组省煤器的一台吹灰器故障，省煤器的枪管卡住不转，蒸汽较长时间直接冲刷省煤器管造成的；另外2次爆管是同一个原因和同一个位置，省煤器甲侧靠炉后的821

3一根弯管偏移至侧墙烟气通道，后来在弯管上加装了防磨罩并将其恢复至原位置。2004年年初，第二组靠炉前中部弯管上因一小孔泄漏导致停机，从检查的情况看，管组的弯管与靠炉前的墙板几乎没有间隙（管组发生了纵向位移），引起此区域积灰严重腐蚀，虽然省煤器安装有多台吹灰器，但其吹扫范围较小，蒸汽根本不可能吹扫到上述区域。针对此问题，我们已准备在2004年年修中对省煤器作彻底的检查，从新调整管组周围与墙板之间的间隙，并对严重腐蚀或磨损的管子予以更换或处理。5结束语锅炉经过约8年的运行，受热面暴露出了许多问题，部分已经解决了，但还有部分尚未解决，本文较为详细介绍了高坝发电厂410t/h循环流化床锅炉受热面的磨损及爆管情况，提出了一些问题，供大家探讨。参考文献：循环流化床锅炉理论设计与运行北京中国电力出版社1997年。822