1、前言
據(jù)統(tǒng)計(jì)，電站鍋爐各種事故約占發(fā)電廠事故的63.2%，而受熱面泄漏又占鍋爐事故的86.7%，目前超臨界機(jī)組受熱面管內(nèi)氧化皮大面積集中剝落導(dǎo)致管壁超溫爆管機(jī)組停運(yùn)又是普遍存在的共性問(wèn)題。該問(wèn)題已經(jīng)成為威脅大容量發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要隱患。
本文結(jié)合國(guó)華太倉(cāng)發(fā)電有限公司600MW超臨界機(jī)組實(shí)際情況，分析鍋爐高溫受熱面管氧化皮集中剝落原因，提出防止氧化皮集中剝落的防治對(duì)策。
2設(shè)備及爆管情況簡(jiǎn)介
2.1設(shè)備情況簡(jiǎn)介
國(guó)華太倉(cāng)發(fā)電有限公司7#、8#爐是由上海鍋爐廠引進(jìn)美國(guó)ALSTOM公司技術(shù)生產(chǎn)。鍋爐型號(hào)SC-1913/25.4-M950，過(guò)熱器出口壓力25.4MPa，過(guò)熱器出口溫度571℃。鍋爐型式為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)Ⅱ型鍋爐、露天布置燃煤鍋爐。富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
爐膛寬度18816mm．爐膛深度17697mm．水冷壁下集箱標(biāo)高為7500mm．爐頂管中心標(biāo)高為71210mm。爐膛上部布置有分隔屏過(guò)熱器和后屏過(guò)熱器，水平煙道依次布置高溫再熱器和末級(jí)過(guò)熱器．尾部煙道布置有低溫再熱器和省煤器。
末級(jí)過(guò)熱器沿爐膛寬度均布于水平煙道中共82屏，每屏12根管，與煙氣成逆流布置，屏間節(jié)距Sl為244mm，同屏內(nèi)相鄰管節(jié)距S2為76.2mm。每片受熱面由12根U型管罔組成，管子規(guī)格和材質(zhì)分別為∮38.lx5.59—9.03mm,SA-213 T23.T91.TP347H.
2.2爆管情況簡(jiǎn)介
2007年6月20日19時(shí)15分國(guó)華太倉(cāng)公司8#機(jī)組搶修后并網(wǎng)．6月22日02時(shí)40分鍋爐給水流量異常增大，機(jī)組補(bǔ)水量突增100t/h，爐標(biāo)高65.8m處有明顯泄漏聲．10時(shí)05分機(jī)組打閘停機(jī)。
停機(jī)爐內(nèi)檢查情況發(fā)現(xiàn)末級(jí)過(guò)熱器共有兩處爆口：第一處爆口呈菱形，長(zhǎng)度60mm，寬度32mm，端面光滑．破口兩邊呈撕薄撕裂狀，為短期超溫爆口特征；第二處爆口未全部爆開(kāi)，長(zhǎng)度20mm，爆口附近有眾多平行的軸向裂紋，為長(zhǎng)期超溫爆口特征。
停機(jī)后對(duì)末級(jí)過(guò)熱器熱段上、中、下分3層進(jìn)行100%脹粗及外觀檢查：末級(jí)過(guò)熱器熱段出口彎管100%射線檢查氧化皮堆積情況；對(duì)末級(jí)過(guò)熱器管有明顯吹掃痕跡的管排進(jìn)行測(cè)厚檢查。根據(jù)檢查結(jié)果對(duì)爆破管、壁厚吹損超標(biāo)管、外壁表皮剝落過(guò)熱管及彎頭處堆積氧化皮堵塞管共46根進(jìn)行了更換。
3、爆管原因分析
3.1搶修停爐時(shí)強(qiáng)制冷卻
機(jī)組停運(yùn)過(guò)程中受熱面管降溫速率計(jì)算方法為：通過(guò)安裝在爐膛外部的頂棚大罩內(nèi)測(cè)點(diǎn)顯示的單位時(shí)間溫度變化計(jì)算得到的。機(jī)組停運(yùn)后頂棚大罩內(nèi)測(cè)點(diǎn)顯示的是頂棚內(nèi)管壁溫度變化速率，由于頂棚內(nèi)受熱面集箱、管屏較多且相對(duì)集中，頂棚內(nèi)蓄熱量較大，機(jī)組停運(yùn)后散熱量很小，管壁冷卻速度很慢：而爐內(nèi)受熱面由于受到通風(fēng)冷卻，管壁溫度變化速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于頂棚內(nèi)管壁溫度變化速率。停機(jī)過(guò)程中所依據(jù)的頂棚內(nèi)管壁降溫速率雖然未超出技術(shù)措施要求，但實(shí)際爐內(nèi)管壁降溫速率已經(jīng)大大超出技術(shù)措施要求（監(jiān)控系統(tǒng)顯示2008年7月10日機(jī)組停運(yùn)過(guò)程中頂棚內(nèi)管壁溫度降低速率為1.6℃/min．實(shí)際爐內(nèi)管壁溫度降低速率為ll℃/min)，溫度應(yīng)力使氧化皮拉裂而發(fā)生剝落，并在順蒸汽流向出口端下部彎頭處堆積，減少管路流通截面，使管道發(fā)生過(guò)熱而爆管。
3.2搶修后機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中減溫水投用不當(dāng)
末級(jí)過(guò)熱器進(jìn)口集箱采用三通結(jié)構(gòu)，機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中為控制末過(guò)管壁溫度而投入二級(jí)減溫水，此時(shí)蒸汽流量較小（約300t/h），在三通效應(yīng)影響較大的屏區(qū)因減溫水霧化不良，較為集中進(jìn)入個(gè)別管排，導(dǎo)致該區(qū)域管壁溫度大幅波動(dòng)，氧化皮集中剝落完全或部分堵塞管內(nèi)流通面造成爆管或管壁過(guò)熱。
圖3、圖4分別為機(jī)組啟動(dòng)期間末級(jí)過(guò)熱器管壁溫度與減溫水投用對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖中A側(cè)減溫水從13:19:43的14t/h增加到13:20:11的35t/h，導(dǎo)致局部管屏出口壁溫從13:22:10到13:27:06自484.97C下降至354.8℃，共下降130℃，降溫速率為260C/min，降溫速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于技術(shù)措施中要求的<2.5'C/min。
4、制定氧化皮集中剝落防治措施
4.1制訂完善《防止氧化皮集中剝落的技術(shù)措施》，從機(jī)組啟動(dòng)、停運(yùn)及正常運(yùn)行過(guò)程中做好運(yùn)行方式調(diào)整及參數(shù)控制防止氧化皮集中剝落
(l)針對(duì)氧化皮剝落特點(diǎn)，明確規(guī)定啟動(dòng)過(guò)程各個(gè)階段的升溫速率及機(jī)組啟動(dòng)至帶負(fù)荷后72h內(nèi)不同階段主汽溫度控制范圍。
(2)對(duì)啟動(dòng)過(guò)程中減溫水投用做了詳細(xì)規(guī)定，防止因減溫水投用不當(dāng)造成氧化皮爆管。啟動(dòng)過(guò)程中盡量使用一級(jí)減溫水調(diào)整主汽溫；80MW負(fù)荷以下時(shí)，盡量少投用二級(jí)減溫水，減少末級(jí)過(guò)熱器管壁溫度的變化速率；使用減溫水時(shí)每次減溫水門(mén)的開(kāi)度變化≤5%．相鄰兩次的操作間隔時(shí)間不少于5min，觀察減溫器后的溫度穩(wěn)定后方可進(jìn)行下一次的操作，且必須保證減溫器后的溫度有50℃以上的過(guò)熱度。
(3)明確機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中吹灰制度、制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式、機(jī)組升降負(fù)荷時(shí)主汽和再熱蒸汽溫度變化速率、高溫受熱面管壁溫度的監(jiān)視及超溫處理方法。
(4)明確機(jī)組停運(yùn)過(guò)程中主汽溫調(diào)節(jié)方式、主汽和再熱蒸汽溫度變化速率、停機(jī)方式、停爐后保養(yǎng)方式
4.2修訂完善《啟動(dòng)過(guò)程中大流量沖洗技術(shù)方案》
明確啟動(dòng)過(guò)程中大流量沖洗的控制參數(shù)、沖洗方法、注意事項(xiàng)、安全措施，汽機(jī)沖轉(zhuǎn)前利用高、低壓旁路進(jìn)行受熱面大流量沖洗在啟動(dòng)初期及時(shí)將上次停機(jī)過(guò)程中滯留在管內(nèi)的氧化皮排出，防止存留的氧化皮造成管內(nèi)流通面積減小超溫爆管。
4.3開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)工作
以安裝測(cè)點(diǎn)、燃燒試驗(yàn)為基礎(chǔ)，查找影響氧化皮剝落因素通過(guò)試驗(yàn)指導(dǎo)運(yùn)行操作進(jìn)行設(shè)備壽命評(píng)估，指導(dǎo)受熱面檢查、檢修、改造工作。
(1)在末級(jí)過(guò)熱器高溫段加裝6只爐內(nèi)壁溫測(cè)點(diǎn)、增補(bǔ)爐外85只壁溫測(cè)點(diǎn)，通過(guò)試驗(yàn)掌握爐內(nèi)、爐外壁溫實(shí)際差值，根據(jù)爐內(nèi)123管允許運(yùn)行的溫度反推爐外壁溫，將原有主汽報(bào)警溫度610℃修正至600℃，從根本上避免了因報(bào)警溫度設(shè)置不合理．爐內(nèi)T23管運(yùn)行中長(zhǎng)期超溫，氧化皮非正常產(chǎn)生導(dǎo)致的使用壽命縮短及集中剝落爆管事故。
(2)進(jìn)行不同的負(fù)荷、燃燒模式、機(jī)組啟停和變負(fù)荷過(guò)程等24種工況下燃燒試驗(yàn)，找出影響末級(jí)過(guò)熱器左右側(cè)吸熱偏差及爐內(nèi)壁溫、汽溫劇烈波動(dòng)的因素：通過(guò)優(yōu)化運(yùn)行方式降低末級(jí)過(guò)熱器屏間吸熱偏差及爐內(nèi)管壁溫度，減緩氧化皮的生成，綜合治理因氧化皮剝落而產(chǎn)生的超溫爆管問(wèn)題。圖5中紅色曲線顯示：優(yōu)化調(diào)整后600MW負(fù)荷工況下，末級(jí)過(guò)熱器屏間吸熱分布趨于均衡，峰值溫度降低5C—l0℃。
(3)研制并應(yīng)用末級(jí)過(guò)熱器壁溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在爐內(nèi)、爐外壁溫測(cè)點(diǎn)24種工況下燃燒試驗(yàn)取得數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)壁溫在線系統(tǒng)解決如下關(guān)鍵問(wèn)題：①在線監(jiān)控危險(xiǎn)管屏、危險(xiǎn)管子所處的位置爐外壁溫監(jiān)測(cè)值和爐內(nèi)壁溫計(jì)算值，避免發(fā)生超溫爆管事故；②定性地區(qū)分對(duì)壁溫升高影響的特定因素，指導(dǎo)運(yùn)行人員針對(duì)性的進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，消除管壁超溫；③根據(jù)每根管子的壁溫歷史記錄，為氧化皮厚度計(jì)算及剩余壽命評(píng)估提供必要數(shù)據(jù)，為設(shè)備狀態(tài)檢修提供科學(xué)依據(jù)。富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。
4.4逢停必檢
利用每次停機(jī)機(jī)會(huì)進(jìn)行末級(jí)過(guò)熱器受熱面檢查。先宏觀檢查，對(duì)發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題部位及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提示超溫部位，再針對(duì)性地進(jìn)行硬度、金相試驗(yàn)；根據(jù)停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)短相應(yīng)安排末級(jí)過(guò)熱器高溫段出口彎頭拍片檢查，對(duì)堆積氧化皮的彎頭在進(jìn)行割管清理及更換處理的同時(shí)，注重原因分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，杜絕事故發(fā)生。自2006年6月至2008年10月，已累計(jì)進(jìn)行末級(jí)過(guò)熱器拍片檢查3784片次，查出停機(jī)過(guò)程中剝落堵塞的末過(guò)管6處，避免了因檢查不到位造成機(jī)組啟動(dòng)后超溫爆管事故。圖6為拍片檢查出末級(jí)過(guò)熱器出口彎頭堆積氧化皮情況。
5、結(jié)束語(yǔ)
國(guó)華太倉(cāng)發(fā)電有限公司8號(hào)機(jī)組自2007年6月發(fā)生末級(jí)過(guò)熱器爆管以來(lái)，廣大技術(shù)人員依托科研院所及專(zhuān)家對(duì)高溫受熱面氧化皮生成、剝落機(jī)理進(jìn)行研究；通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，在大量試驗(yàn)基礎(chǔ)上摸索出影響氧化皮集中剝落的關(guān)鍵因素，有針對(duì)性制定、執(zhí)行了一系列檢查、檢驗(yàn)及運(yùn)行操作措施，截至2009年4月再未發(fā)生氧化皮集中剝落爆管事故，氧化皮問(wèn)題得到有效控制。
