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2号机组锅炉结焦和泄漏分析
发布时间：2013-05-11 07:44 来源：未知
1、设备概况
下花园发电厂2号炉型号为H G-410／100-9，额定蒸发量为410 t/h，过热蒸汽压力为9.8 MPa，过热蒸汽温度为540℃，生产厂家为哈尔滨锅炉厂。本炉于1982年安装，1983年8月13日投产运行。迄今运行22年，年运行时间8000 h以上，合计运行时间为18万h以上。
2、最近运行情况
该炉在2005年3月13日发现灰斗东西两侧结焦，并延伸到冷灰斗上方，日趋严重。3月14日利用调峰除焦，停用时间9h。本次结焦是从冷灰斗开始，先将冷灰斗的喉部堵塞，后燃烧生成的焦渣不能落到冷灰斗内造成焦渣越积越多，直到9m运转层。后检查燃烧区域未发现结焦，屏过也未发现挂焦。
2005年3月23日，锅炉点检员检查2号炉四管泄漏仪CRT，发现第5至10点实时棒图变化超标。后会同热控检修人员调出各点历史曲线发现：近3天来第5、6、7点曲线持续攀升，怀疑2号炉受热面管发生泄漏。就地检测传感器，第5、6、9、10点有异音，判定炉内发生泄漏。设备部、发电部制定措施，2号炉降压运行，点检和热控人员每日监督四管泄漏仪各点声波曲线发展趋势。
富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的生物质锅炉。
2005年3月25日，2号机组周末调峰消缺。26日进炉内检查泄漏部位时发现一级对流过热器左数第44排向火侧，最外圈下弯头外弧处有长70 mm、宽2 mm的爆口。
2号炉一级对流过热器，由冷段和热段组成。蒸汽首先从靠两侧墙的冷段蛇型管束以逆流的方式进入第二级喷水减温器，在此蒸汽得到第二次减温和交叉后以顺流方式进入烟道中间的热段蛇型管束，出口到一级过热器出口联箱，然后通过10根连接管进入到集汽联箱。一级过热器材质为12 GrlMoV，规格D42.5×5 mm，共104排。冷段出口温度504℃，热段人口温度490℃，热段出口温度540℃。
3、对爆口的分析
3.1宏观检查
此次爆管位置在一级过热器热段向火侧最外圈下弯处，爆口总长70 mm、中间宽度2 mm，经检查均无明显胀粗，管外壁有较厚红色氧化皮，爆口附近无明显塑性变形，壁厚减薄不多，内壁有0.2mm的氧化皮，外壁有0.3 mm的氧化皮，蠕胀不超标。从宏观检查看，爆口为管排长期过热所致。
3.2机械性能试验
经电科院作机械性能试验数据如下：
抗拉强度标准规定为470～640 MPa。
一级过热器左数第36排（监视管段）抗拉强度最低值为470 MPa，已达下限；
一级过热器左数第44排（爆管管段）抗拉强度最低值为495 MPa；
一级过热器左数第52排（监视管段）抗拉强度最低值为460 MPa，已超标。
其它性能指标在合格范围内，抗拉强度降低明显，已超过或接近下限，管材抵抗变形能力降低，在高温和应力作用下，发生爆管。
3.3金相分析
金相分析结果见表1。
4、原因分析
4.1管材长期过热
锅炉受热面管子在高温、应力长时间作用下，会引起蠕变变形。在高温长时间作用下，由于金属原子扩散速度的增加，导致钢材组织结构的变化，蠕变速度加快，持久强度下降，热强度降低而提早爆破损坏。长时过热爆管过程中，钢材长期在高温和应力作用下．由于产生了碳化物球化、碳化物沿晶界聚集长大等组织变化，在晶界上先产生微裂纹，当这些微裂纹扩展甚至连接起来承受不了管内介质的压力，就发生爆管。这次爆管的第44排，从金相组织上看，管材组织球化严重，为管材长期高温运行和材质老化所致，对所取其它试样进行分析发现，各管排组织球化均相当严重，已达5级。爆管段的机械性能值已接近或低于标准规定，从这次爆管进行分析及对监视段的性能试验结果也不难看出，管材机械性能的降低和组织的球化过程是明显的，这说明经过长期运行，高温过热器管材组织已劣化，机械强度降低，已到使用寿命末期。
4.2 煤质对过热的影响
煤质变化对管壁超温有显著影响。因煤炭市场的变化，使用煤种和设计煤种差异较大，使用煤种发热量低，如产生同样参数，同样量的蒸汽量，势必造成燃料量的增加，烟气量的增加，烟气流速的增加，提高了烟气放热系数，管子吸热增强，易造成管壁超温。
4.3仪表指示影响
锅炉过热器壁温测点安装在过热器顶部小联箱管座根部，就其安装位置来说不能反映温度最高的弯头处的温度。所以表盘的过热器壁温运行检测点实际上不能真实反映弯头处实际壁温状况。从运行所提供的数据可看出在正常运行时，过热器管壁温度均在允许值以下。但运行仪表的指示值与温度最高的弯头管壁温度可能有一定的偏差。可能出现温度最高的弯头管壁超温，而仪表指示显示不超温，出现管壁超温，不能被发现。
4.4炉顶漏风加剧水平烟道管壁超温
由于2号炉炉膛曾放过炮，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，加剧了过热。
4.5炉膛结焦、脏污使后部受热面超温
炉膛受热面的结渣或积灰，会使炉内辐射传热量减小，过热器区域的烟气温度提高，因而使过热气温上升。受热面的污染（如过热器的结渣或积灰）会使管间吸热严重不均，且结渣和积灰总是不均匀的，部分管子结渣或积灰会使其他管子吸热增加。
4.6结焦分析
(1)煤质差是产生结焦和积灰的主要原因。最近半年来煤质变化大，燃料质量差，蔚县煤的灰软化温度低，且粘结性强，与原设计煤种存在很大偏差，尤其是在灰溶点上，蔚县煤为1140℃，而锅炉设计煤种平均灰熔点为1250℃，使用煤种比设计煤种低110℃。同时蔚县煤发热量较低，同样负荷下需用的燃料量多，产生的灰渣也相应增加，在锅炉几何尺寸不变的条件下易造成灰斗结焦。
(2)锅炉结构方面因水冷壁变形严重，炉膛火焰充满度差。
(3)燃烧器燃烧切圆大，燃烧区域四周温度高，水冷壁易挂焦，大块软焦在掉落后易挂在冷灰斗表面不平整的部位，如除焦不及时势必造成恶性循环。
(4)燃烧配风时有可能造成局部氧量不足，灰份在还原性气氛下熔点降低，产生结焦。
5、结论
主要是由于对流过热器高温运行时间较长，爆管所处位置又位于高烟温区，且下部多不同程度存在一定的烟气走廊，使得底部通过烟气量增大，吸热量增大，底部弯头容易超温。炉膛受热面的结渣或积灰，会使炉内辐射传热量减小，过热器区域的烟气温度提高，易使过热壁温上升。从对这次爆管分析及对监视段的性能试验可得出，管材力学性能已不符合要求，组织球化十分严重，对流过热器管材组织已劣化，已接近或达到使用寿命周期。
6、措施
(1)通过这次爆管的事故分析，以及对各部位管材的取样试验，得出结论：2号炉高温过热器管材已老化，若继续使用是不安全的，应予以更换，以确保安全运行。作好2号炉更换对流过热器的技术改造报告，争取在2006年2号机组大修时，更换一级对流过热器管排，彻底消除隐患。在2005年2号机组小修时，可以更换底部弯头延长使用寿命。
(2)运行调整，锅炉燃用煤种与设计煤种不符，运行工况也势必有所不同，必须进行适当调整以适应燃料和负荷的要求。从结构人手，尽量使2号炉火焰中心与几何中心一致。可在停炉检修时做动力场试验，进行一、二次风速、风量等调平。检修人员配合做好一、二次风风门挡板的开度指示及固定。重点是保证一次风和二次风挡板开关灵活，便于调整。通过这些措施使炉内形成良好的空气动力场，为防止结焦创造良好的条件。
(3)修理改进火嘴，确保火嘴安装角度和水平度符合工艺要求。
(4)合理的配煤，高低灰熔点煤混烧。采用高、低灰熔点煤搭配混烧是解决锅炉结渣问题的一个行之有效的方法。针对下花园发电厂2号炉结焦严重问题和高温过热器材质过热严重问题，在经济条件许可的情况下，考虑上煤时适当保证2号炉尽可能用好煤。
(5)进一步落实中国大唐和下花园发电厂降非停行动计划，在机组检修中，落实防磨防爆责任制，扩大检查范围，清洗受热面积灰和消除炉本体漏风。建立严格的检修管理制度，做好割管、换管记录及受热面管运行时间的统计，并建立正规的技术档案，根据检修记录，做好有针对性的检查，对接近寿命的管子利用各种检修机会及时予以更换。
