余热发电锅炉水汽质量检验及爆管事故浅析

余热发电锅炉水汽质量检验及爆管事故浅析

张静

山东华鲁恒升化工股份有限公司        山东省德州市    253000

摘要：水冷壁是电站锅炉最主要的受热部件之一。一般布置于锅炉炉膛的四周，紧贴炉墙形成整体密闭空间，接受炉内火焰和高温烟气的热辐射。锅炉水冷壁的主要作用在于利用煤粉燃烧产生的热量加热水冷壁中的传热工质，工质在吸收热量后由水逐渐变为汽水混合物;同时水冷壁可吸收烟气热量，防止煤渣的高温结焦，提高锅炉安全运行的可靠性。因此，锅炉水冷壁材料的性能好坏对于锅炉能否安全和有效运行至关重要。该文通过对某电厂锅炉运行期间后墙水冷壁的爆管泄漏样管进行失效分析，分析造成泄漏的根本原因。

关键词：余热发电锅炉；结垢；爆管；水汽质量检验；整改措施

引言

随着国内经济的快速发展和发电机组质量标准的日益提高,机组的稳定运行成为一项基本要求。爆管事故的发生不仅使设备检修工作量和检修费用大大增加,而且严重影响了锅炉机组的安全稳定运行,有时甚至发生人员伤亡和设备严重损坏事故。目前,锅炉四管泄漏仍是发电机组非计划停运的重要原因之一。研究分析电厂锅炉分隔屏过热器爆管原因并给出相关预防建议,对于防范过热器爆管,避免非计划停运有重要的意义。

1设备基本概况

水质是锅炉的主要工质之一，被称为锅炉血液。在长时间的运行过程中，锅炉会因为受到多种因素的影响而结垢，不仅影响传热和浪费燃料，降低锅炉的使用寿命，严重时还会出现锅炉爆炸事件。对此，日常必须做好锅炉水处理工作，并按规程要求做好锅炉水汽分析与监控，指导锅炉运行，始终充分明确锅炉结垢的原因和相应的处理措施，确保锅炉处于有效运行状态。作为服务国家“双碳”战略的有效举措，钢铁厂余热发电锅炉主要通过回收利用烧结工序的烟气热量产生过热蒸汽，担负着向高炉喷煤供汽的重任。因过热器长期处于高温高压工作状态，同时由于处于烟气对流换热的第一道流程，过热器管道磨损严重，工作环境差。若此时过热器产生水垢将导致管道受热不均，降低传热效率，大大提高本就脆弱的过热器爆管事故的发生率。为分析缺陷产生机理，保障锅炉安全生产运行，检验机构对某钢铁企业的干熄焦余热锅炉进行电站锅炉水汽质量检验和割管垢样分析，设备基本概况：设备型号为QC179/920-68-10.3/540；锅炉设计参数：蒸发量，68t/h；额定工作压力，10.3MPa；汽包工作压力，11.0MPa；投用日期2015年5月。

2现象

在用水管热水锅炉水冷壁管所用材料一般为低碳钢，其许用应力范围内的最高工作温度应为450℃。从锅炉水循环原理来看，只要有水及时冷却受热面，受热面材料表面温度没有达到最高工作温度，或即使达到最高工作温度但不长期运行，锅炉受热面管就不会出现故障。过冷沸腾发生时，通常会产生受热面变形、脱碳开裂或水冷壁管产生弯曲变形、管径胀粗、外壁脱碳、分层、管壁减薄、产生裂纹直至爆管。此时由于管内水流发生局部汽水二相流，沸腾传热部分的加入虽然提高了管路整体的换热能力，但管内不断变化的含气率将促使流体湍窝流动振荡，使设备稳定性变差，严重影响锅炉运行安全。而管壁外侧低碳钢材料，由于工质得不到及时冷却，材料表面温度超过最高工作温度，而且在此状态下长期连续运行，材料金相结构发生了晶粒变大、变粗现象，Fe3C脱离晶格游离出来，材料变脆，管壁材料表现为变形、胀粗、过烧、脱碳、管壁减薄、裂纹，直至发生断裂、爆管。

3处置措施

3.1饱和蒸汽

二氧化硅超标可能导致硅酸盐析出，易导致水冷壁等对流换热面生成硅酸盐垢，使其表面受热不均导致管道鼓包、爆管。建议该锅炉使用单位提高作业人员操作水平，避免锅炉负荷及压力波动过大导致汽包蒸汽带水，使盐分较高的炉水带入饱和蒸汽管路中。经复检，饱和蒸汽二氧化硅含量在锅炉运行稳定后指标恢复正常，检测值12.8ug/kg。

3.2改造后水循环分析

锅炉给水（系统回水）经锅筒进入上锅筒配水仓后只设置一条强制循环回路（图1、图2）：由水泵经锅炉给水管供上锅筒，进入上锅筒与下降管连接的配水仓，由于给水温度低，密度大，加上配水仓向前、后下降管强制配水，用以强化循环回路的循环动力，水经下降管进入后横集箱与右侧集箱，通过右侧水冷壁管与后墙管后，炉膛内受热强的区域快速上升进入锅筒内集水仓，通过集水仓向左侧设置的引射水管，冲向左侧第二束对流管束以加强对流区的循环动力，左侧对流管束由于比右侧对流管束受热弱，其密度就比右侧对流管束内水的密度大，对流区循环动力得以加强，水经右侧对流管束区上升到锅筒，经出水管送到分水器。由于整个回路基本处于强制循环环境，水循环动力得以保证。同时由于循环路径变长，经过水冷壁、后墙管循环的水，又经过对流区二次加热，使出水参数得以保证

图1改造后锅炉正视图

图2改造后锅炉侧视图

3.3燃烧控制技术

在电厂的发电过程中，基本上燃烧操作技术有着较高的操作难度，特别是在进行能量方面的分析过程中，电厂对于锅炉方面的运行需求比较高，同时在进行实际的技术改进过程中，还要提升对于现代化控制技术的设置与运用。例如，可以采用对燃料的自动化调整，以此符合当下电厂运行的节能减排的设置方式。另外，还要保障进行处理的过程中，全面强化系统的运行可靠性，特备是要保障系统可以保持一个完整的运行逻辑处理方式。在燃烧操作技术的发展中，当下可以采用空燃比连续操作，以及双交叉先付操作控制技术，这样的控制技术主要是在进行系统建设的过程中，基于PLC的控制逻辑方式，对其系统当中的数据采集实现集中比较与分析，之后对于偏差值进行相应的处理，这样就可以起到对系统内部温度的把控，同时也相应强化系统运行的整体强度。当下对于这样的系统处理方式，还需要在未来进行技术的进一步升级，保障对其双交叉技术的使用过程中，采用先进的温度传感器，同时强化在温度控制过程中的数据分析能力，并利用电动的处理方式，风机可以很好地实现良好的闭合和启动。

3.4沼气回喷系统

垃圾渗滤液处理工程厌氧阶段产生沼气，热值较高，为此既可作为燃料利用，为响应国家节能环保的政策。将渗滤液厌氧处理过程中产生的沼气经沼气燃烧器送入焚烧炉内燃烧，每条焚烧线的沼气回喷量按450Nm3/h设计。渗滤液处理站产生的沼气通过管道引出，接入气水分离器，经过气水分离的沼气，通过管道接入一套罗茨风机增压设备，增压后的沼气管道分两路。一路沼气管道通过架空方式输送到焚烧炉掺烧。另一路管道进入封闭式无焰火炬，在掺烧系统紧急/故障状态下燃烧排放沼气。燃烧器管路保护系统考虑侧墙布置，沼气总管从渗滤液处理站进入焚烧炉区域后，分成各分支管路分别进入燃烧器内喷入炉膛燃烧。

结束语

综上所述，在本文对于电厂锅炉应用在热能动力方面技术进行分析后发现，还需要结合实际的运行技术特征，在未来进行针对性的技术创新以及技术发展，这样才可以满足人们对于系统未来的发展诉求，同时也相应地全面强化系统运行能力，以此创造出更多的电力资源。

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