第
6期
2009年
11月中 氮 肥
M2
SizedNitrogenousFertilizerProgressNo1
6
Nov.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
]TK2291
6+
6
[文献标识码
]B
[文章编号
]1004-9932(
2009)
06-0047-03
[收稿日期
]20092
042
14
[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#
HG2
130/91
82
LYM20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》
81
7规定
:合金钢锅炉管外径蠕变变形大于
21
5%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
HG2
130/91
82
LYM20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
12Cr1MoVG,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。
21
1 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
41
3t/h,温度由
425℃减至
400℃
;二级减
温水管规格为<
28mm×
3mm,减温水量为
21
4
t/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。
21
2 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・
48 ・中氮肥第
6期
高
,使过热器管壁温度升高。
21
3 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。
21
4 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。
21
5 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。
21
6 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。
21
7 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。