內(nèi)蒙古鄂爾多斯高新材料有限公司 王 凱 蔣建軍 滕學(xué)軍 張 超 內(nèi)蒙古鄂爾多斯電力有限責(zé)任公司 楊 福

鍋爐受熱面是火力發(fā)電廠鍋爐中的核心內(nèi)容，受熱面管主要有省煤器管、水冷壁管、過熱器管及再熱器管等，長(zhǎng)期處在惡劣復(fù)雜環(huán)境下。由于泄漏現(xiàn)象的存在對(duì)火力發(fā)電廠安全運(yùn)行影響很大，其中受熱面管損壞是最主要的形式，超過機(jī)組非停事故的50%、甚至高達(dá)80%。引起受熱面管失效的因素較多，如過熱、磨損、應(yīng)力、疲勞、腐蝕、焊接缺陷與材料原始缺陷等。

1 鍋爐受熱面管泄漏原因分析

設(shè)計(jì)問題。在火力發(fā)電廠鍋爐設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際不密切現(xiàn)象，包括爐膛結(jié)構(gòu)難以達(dá)到煤種變化等要求，引起過熱器超溫爆管問題。缺乏足夠設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一些重要參數(shù)選擇不合理，尤其是受熱面系數(shù)設(shè)置存在問題將導(dǎo)致爐膛出口煙溫偏差較大，爐膛高寬比無法滿足要求、高度偏低帶來超溫問題。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、受熱面布置方面，造成流量偏差、熱偏差等問題因素也很多，如進(jìn)出口集箱引入、引出布置不合理，兩級(jí)過熱器中部缺少混合集箱，容易帶來超溫的情況。此外，設(shè)計(jì)問題還表現(xiàn)在材質(zhì)選用不合理等方面，鍋爐受熱面是火力發(fā)電廠中不可或缺的部分，關(guān)系著熱能是否有效利用，在結(jié)合參數(shù)極限值進(jìn)行選擇過程中，不僅要滿足高溫、高壓和塑性等規(guī)定，也要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定沖擊韌性、耐蠕變性、耐腐蝕性等。若是材質(zhì)耐高溫性能不達(dá)標(biāo)，將讓鍋爐溫度偏差增加，存在管道材料蠕變情況并最終加大了泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

安裝與焊接質(zhì)量問題。若是安裝質(zhì)量不合格，不僅會(huì)引起泄漏問題還會(huì)導(dǎo)致發(fā)生鍋爐意外故障，不利于鍋爐日常安全穩(wěn)定運(yùn)行。安裝若是存在缺陷，鍋爐受熱面承受能力將面臨影響，鍋爐受熱面管出現(xiàn)泄漏故障的數(shù)量也會(huì)增多，不能保證火力發(fā)電廠生產(chǎn)的安全。在焊接質(zhì)量不合格將為鍋爐受熱面管設(shè)計(jì)規(guī)范性帶來影響，這是因?yàn)槭軣崦婀荛L(zhǎng)時(shí)間在高溫高壓條件下，當(dāng)焊接質(zhì)量無法滿足規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)將導(dǎo)致受熱面運(yùn)行無法保持可靠性。焊接工藝落后、焊接質(zhì)量不達(dá)標(biāo)將在焊接中引起未熔合、咬邊和未焊透等問題，最終讓鍋爐受熱面管運(yùn)行時(shí)存在泄漏。

受熱面超溫，缺水嚴(yán)重。火力發(fā)電廠鍋爐受熱面所在煙氣溫度過高，將帶來短期超溫與長(zhǎng)期超溫的現(xiàn)象。短期超溫主要是壁溫超出了受熱面材料下臨界溫度，從而降低了材料許用應(yīng)力，帶來面管爆裂問題[1]。對(duì)長(zhǎng)期超溫來說，管壁溫度未超出材料下臨界溫度、只比材料設(shè)計(jì)溫度高，運(yùn)行期間過熱時(shí)間很長(zhǎng)，溫度值較高導(dǎo)致鍋爐受熱面管蠕變加速，內(nèi)部組織也將出現(xiàn)改變，引起受熱面管薄弱處破裂。管道若是缺水容易引起管道過熱、受熱變形和鍋爐爆炸等情況，在鍋爐運(yùn)行中若存在異物堵塞或是熱負(fù)荷過高的地方，均可能出現(xiàn)缺水問題。在異物堵塞后水循環(huán)無法保持平衡，局面水溫會(huì)升高、熱負(fù)荷較大，管子無法提供足夠的水，管壁內(nèi)流動(dòng)水形成汽化問題，溫度達(dá)到臨界值后會(huì)將管道燒壞。

管壁結(jié)垢，使用磨損。在鍋爐高溫運(yùn)行中會(huì)形成水垢，這種產(chǎn)物必然存在，且導(dǎo)熱系數(shù)與受熱面管更大，不僅提高了管道熱阻還影響了傳熱效果，引起管壁局部過熱、鼓包及泄漏等問題，甚至為火力鍋爐的安全產(chǎn)生巨大隱患。隨著管壁內(nèi)水垢的增加排煙溫度也會(huì)越來越高，對(duì)燃料的消耗量也更大，否則將無法保持正常水溫。對(duì)鍋爐受熱面管使用磨損來說，具體反映在機(jī)械磨損、飛灰磨損等方面，其中前者主要為屏間夾持管與管子間的地方，在長(zhǎng)時(shí)間溫度較高條件下會(huì)發(fā)生形狀變化問題，在運(yùn)行中受到爐膛煙氣影響將劇烈晃動(dòng)，導(dǎo)致管子振動(dòng)和管卡相磨的問題，管壁也會(huì)變薄。隨著管壁越來越薄，至一定程度后受到內(nèi)壓影響泄漏問題也會(huì)出現(xiàn)。而對(duì)后者來說，主要是鍋爐超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，在鍋爐構(gòu)造、受熱面設(shè)置、煙氣流速與方式、煙氣含塵濃度等影響下不僅會(huì)形成飛灰、也增加了煙氣流速，受熱面磨損也越來越大。

受熱面管腐蝕。鍋爐受熱面一般存在堿性腐蝕、低溫硫腐蝕和腐蝕水側(cè)氧腐蝕等問題。對(duì)堿性腐蝕來說，主要是爐管中出現(xiàn)氯化物、硫酸鹽后，若是氫氧化鈉、水垢等清理不及時(shí)將引起管道水收縮的情況，并形成高濃度的氫氧離子、帶來堿性腐蝕現(xiàn)象；對(duì)低溫硫腐蝕來說，通常在省煤器外壁、煙道尾部低溫受熱面出現(xiàn)，原因是排煙溫度不高，管壁溫度未超過煙氣露點(diǎn)，省煤器外壁低溫硫含量較大[2]；對(duì)水側(cè)氧腐蝕來說，由于補(bǔ)給水占據(jù)著較大比重，因此含氧量處于較高水平，在受熱面溶解度降低后管道內(nèi)溶解氧氣將大量逸出。蒸汽鍋爐若是除氧不及時(shí)，水環(huán)境中金屬將逐步被腐蝕。

2 火力發(fā)電廠鍋爐受熱面管泄漏解決措施

2.1 提高焊接質(zhì)量，嚴(yán)控防磨防爆

由于鍋爐組件、結(jié)構(gòu)等非常復(fù)雜，因此在組件與局部結(jié)構(gòu)焊接過程中必須將操作流程落到實(shí)處。在監(jiān)管中需嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，按照國(guó)家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行，結(jié)合管理辦法與企業(yè)定期開展基礎(chǔ)設(shè)備檢修工作，確?；鹆Πl(fā)電廠鍋爐受熱面能根據(jù)設(shè)計(jì)方案實(shí)行。為達(dá)到防磨防爆要求需科學(xué)確定燃料配比，確保燃料內(nèi)氯、釩、硫等元素成分處于最低水平，可避免管道內(nèi)進(jìn)入有害物質(zhì)。此外還要對(duì)煙道截面進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，讓煙氣流速得到有效控制，減少運(yùn)行風(fēng)量，從而降低出現(xiàn)鍋爐受熱面泄露的概率。進(jìn)行檢修、停爐的過程中要做好鍋爐受熱面日常檢查工作，及時(shí)開展保養(yǎng)與維護(hù)工作，讓鍋爐在停止運(yùn)行后由專人負(fù)責(zé)檢查受熱面，查看有無漏風(fēng)問題，及時(shí)更換埋管防磨片，避免煙氣走廊發(fā)生。

2.2 改造汽源，應(yīng)用吹灰器故障在線監(jiān)測(cè)裝置

對(duì)吹灰汽源進(jìn)行改造，將溫度測(cè)點(diǎn)設(shè)置在吹灰器鵝頸閥后，促進(jìn)吹灰蒸汽溫度信號(hào)傳輸，并通過吹灰器汽源在線檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，并在系統(tǒng)屏幕上完整呈現(xiàn)相關(guān)信息[3]。監(jiān)測(cè)中可防止發(fā)生受熱面吹損、爆管等問題，讓機(jī)組運(yùn)行更加安全與可靠。這樣受熱面、吹灰器壽命將大大延長(zhǎng)，吹灰汽源也能節(jié)省，機(jī)組運(yùn)行可獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。此外還可控制吹灰器閥門磨損、泄漏等問題，避免維護(hù)人員處于高勞動(dòng)強(qiáng)度下，對(duì)吹灰器內(nèi)漏、卡澀等進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)達(dá)到無人巡檢的目的，讓機(jī)組運(yùn)行更加安全性與經(jīng)濟(jì)性，吹灰器管理效率也能提升。

2.3 注重超溫控制，實(shí)行雙重保護(hù)機(jī)制

超溫控制鍋爐在初期運(yùn)行后，由于超溫運(yùn)行會(huì)帶來泄漏爆管的問題，要加強(qiáng)對(duì)超溫的控制，達(dá)到防止泄漏的目的[4]。要結(jié)合材料設(shè)計(jì)的最大壁溫將超溫控制點(diǎn)確定下來。在機(jī)組方面要執(zhí)行啟停曲線操作，加強(qiáng)對(duì)鍋爐參數(shù)、過熱器管壁溫等調(diào)整，確保不超出允許范圍，對(duì)蒸汽參數(shù)、蒸發(fā)量和水位等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免發(fā)生超溫超壓、滿水、缺水等問題。要合理進(jìn)行燃燒調(diào)整，解決火焰偏斜問題，加強(qiáng)對(duì)煤粉細(xì)度等控制，科學(xué)用風(fēng)、避免發(fā)生結(jié)焦，控制熱偏差、消除尾部再燃燒現(xiàn)象，加強(qiáng)吹灰、減少受熱面嚴(yán)重積灰等。

火力發(fā)電廠要實(shí)行雙重保護(hù)措施，有效避免缺水問題出現(xiàn)，這樣一種方法無法產(chǎn)生作用的情況下可以使用另外保障機(jī)制，讓鍋爐運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠?；鹆Πl(fā)電廠在煙氣溫度超出固定值且?guī)硭羝^量蒸發(fā)的情況下將引起缺水問題，要發(fā)揮自動(dòng)停機(jī)裝置的作用，避免發(fā)生泄露、爆破等現(xiàn)象。

2.4 防范氧腐蝕與低溫硫腐蝕，防止鍋爐結(jié)焦

要提高鍋爐給水的水質(zhì)，嚴(yán)格開展管理工作，對(duì)爐水內(nèi)氧氣、二氧化碳等數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)定，明確警戒含量，在發(fā)生異常的條件下，借助化學(xué)除氧、除氧器等設(shè)備在最短時(shí)間內(nèi)降低氧含量。在低溫硫腐蝕解決措施中關(guān)鍵在于從硫來源進(jìn)行控制，選用低硫燃料與自備脫硫工藝可降低硫的數(shù)量，避免發(fā)生低溫硫腐蝕問題?；鹆Πl(fā)電廠還要適當(dāng)對(duì)排煙溫度提高，這也是控制三氧化硫形成的有效手段。

燃料內(nèi)有較大含量的灰分，灰分在較高溫度條件時(shí)且爐膛內(nèi)中氧氣不足，這讓很多灰分均可能被熔化為液態(tài)、也經(jīng)常會(huì)變得軟化?；曳譃檐浕癄顟B(tài)下，在與鍋爐受熱面接觸后因溫度的突然降低所以會(huì)快速硬化，受熱面上大量黏結(jié)，最終引起結(jié)焦的問題。尤其針對(duì)燃煤堿金屬處于高含量情況下，飛灰將形成硫酸鈉、硫酸鉀等沉積物，若是情況過于嚴(yán)重也會(huì)產(chǎn)生結(jié)焦，分隔屏過熱器與末級(jí)過熱器吸熱量將受到影響，煙氣溫度也會(huì)隨之提升，管排內(nèi)產(chǎn)生結(jié)焦[5]。結(jié)焦的出現(xiàn)容易引起鍋爐煙溫、汽溫等變高，情況若是過于嚴(yán)重將帶來管壁超溫的現(xiàn)象，這是讓鍋爐受熱面管道發(fā)生泄漏故障的重要因素。

例如：在一次鍋爐受熱面泄露事故中，從樣品上鉆取金屬屑，分別采用CS230對(duì)C、S采用Optima 8300DV，對(duì)Cr、Mo、V、Mn采用7230G分光光度計(jì)對(duì)P進(jìn)行化學(xué)成分測(cè)定分析；采用合金分析儀對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)成分測(cè)定分析，其結(jié)果如表1所示。根據(jù)GB 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》中化學(xué)成分相關(guān)規(guī)定，3種樣品化學(xué)成分達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其中編2的樣品中S、P元素比標(biāo)準(zhǔn)成分更高。

表1 末級(jí)過熱器化學(xué)成分分析

因此在解決鍋爐結(jié)焦問題上要做到三點(diǎn)：均勻煤質(zhì)，讓煤質(zhì)盡可能滿足規(guī)定要求，讓主輔機(jī)保持良好運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高效的目的；控制爐內(nèi)沾污、結(jié)渣的速度，避免排煙溫度超過標(biāo)準(zhǔn)值；讓火焰維持穩(wěn)定，減少飛灰可燃物，保證鍋爐燃燒更加高效。

2.5 加強(qiáng)機(jī)組運(yùn)行監(jiān)控，落實(shí)責(zé)任制

對(duì)火力發(fā)電廠鍋爐日常運(yùn)行來說，需做好機(jī)組運(yùn)行狀況加大監(jiān)控力度，加大對(duì)煙氣流速、燃料和脫硫劑等粒徑和物料成分等控制，讓鍋爐受熱面保持適當(dāng)?shù)臏囟?，將鍋爐受熱面磨損量降到最低。進(jìn)行維護(hù)與停爐過程中還要將防磨、防腐等措施落實(shí)，特別是在鍋爐關(guān)鍵處進(jìn)行檢查，掌握管子使用狀況，針對(duì)缺陷的地方做好維護(hù)工作。要積極引入先進(jìn)工藝手段讓設(shè)備使用壽命得到延長(zhǎng)，并完善泄露責(zé)任制[6]。要有明確的指導(dǎo)方針，從火力發(fā)電廠管理規(guī)定出發(fā)，嚴(yán)格執(zhí)行防漏防爆管理制度，發(fā)揮考核管理措施的作用，班組則結(jié)合考核要求，將責(zé)任人、考核細(xì)則等確定下來，將預(yù)防制度真正落實(shí)?；鹆Πl(fā)電廠要從宏觀檢查到成分檢驗(yàn)，提高檢查、保養(yǎng)等工作效率，解決鍋爐受熱面管泄漏問題。

3 結(jié)語

總之，在火電廠長(zhǎng)期運(yùn)行下，若是鍋爐受熱面管發(fā)生泄露問題，對(duì)鍋爐性能、運(yùn)行安全等影響很大，嚴(yán)重的情況甚至將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為解決鍋爐受熱面管泄露問題，要積極引入新設(shè)備、采用先進(jìn)的工藝手段，不僅要科學(xué)設(shè)計(jì)受熱面管、提高安裝質(zhì)量，也要定期管理與維護(hù)、保障設(shè)備正常運(yùn)行，還要根據(jù)實(shí)際問題進(jìn)行分析，對(duì)導(dǎo)致泄露原因采取有效預(yù)防措施，這樣火電廠鍋爐運(yùn)行的安全性與可靠性才能實(shí)現(xiàn)提高。