600MW超临界W型火焰锅炉水冷壁爆管分析及改进措施研究

600MW超临界W型火焰锅炉水冷壁爆管分析及改进措施研究

马晓菲

马晓菲

国电荥阳煤电一体化有限公司

河南省荥阳市450000

摘要：文章以某600MW超临界W型火焰锅炉为例，对其运行一年中出现水冷壁爆管的现象进行介绍和详细分析，并且在分析原因之后提出了相应的预防改进措施，以供参考。

关键词：600MW超临界机组；W型火焰锅炉；水冷壁爆管；改进

1引言

在目前我国经济快速发展以及人们生产和生活中对电能需求不断增加的形势下，给我国的发电企业带来较大的生产压力。因此目前火电厂作为我国主要的发电企业，其建设规模在不断扩大，装机容量和机组参数也不断增加来满足人们日益增长的电能需求。但是在目前大容量和高参数的火电机组在大量投产运营的过程中，也暴露出较多的锅炉爆管而导致的非计划停机甚至是人员伤亡事故。而且在燃煤发电企业的非计划停机等事故统计中，其中有一半以上的原因是由于锅炉爆管引起的。这就需要针对其锅炉爆管的原因进行分析，通过有效的改进等预防措施来降低锅炉爆管的概率，实现发电厂经济效益的提升。

2水冷壁爆管情况

以某600MW火电机组为例，其采用的锅炉为国产一次中间再热、超临界压力变压运行、带内置式再循环泵启动系统的直流锅炉，单炉膛、平衡通风、炉底采用风冷排渣、全钢架、全悬吊结构、π型露天布置，燃用煤种为内蒙古烟煤。。锅炉的汽水流程以内置式启动分离器为界设计成双流程，从冷灰斗进口一直到水冷壁中间混合集箱之间为螺旋管圈水冷壁，再连接至炉膛上部的水冷壁垂直管屏和后水冷壁吊挂管，然后经下降管引入折焰角、水平烟道底包墙和水平烟道侧墙，再引入汽水分离器。从汽水分离器出来的蒸汽引至顶棚和包墙系统，再进入低温过热器中，然后再流经屏式过热器和末级过热器。锅炉炉膛水冷壁采用焊接膜式壁，断面尺寸为22187ｍｍ×15632ｍｍ（宽×深），下部水冷壁及冷灰斗采用螺旋管圈，上部水冷壁为垂直管屏。其中，垂直水冷壁由1312根31.8ｍｍ×6.2ｍｍ、节距为57.5ｍｍ，材质为15CrMoG的管子组成。

在此机组的运行中，经过统计，其在一年之内发生了4此水冷壁爆管事故。其中，第一次是在机组390MW负荷运行时发生的后墙垂直段水冷壁左侧墙管子在标高51m的位置出现的泄漏问题，主要表现在上述水冷壁管子的蠕胀以及鼓包的问题，还存在较小的爆口，此位置周围的管壁厚度也有了显著的减小，而且在爆口附近的第191根管子出现了吹损问题。第二次是发生在机组380MW负荷运行时，在同样标高的第92、99和104根管子出现了泄漏问题，而且同样伴随有附近的102和103根管子出现吹损和壁厚减小的问题。其中比较严重的就是第92根管子，出现了两个较大的爆口，而且在爆口下方2m的位置出现了2个鼓包。上述其他管子则出现了不同程度的爆口问题，并且伴随有蠕胀和过热的问题。第三次是在机组600MW负荷运行时，在同样标高的第95根管子出现了爆管事故，此管子为上次更换的新管，表现为较大的爆口，但是其他部门不存在鼓包现象。而且附近的第94、93、92、91根管子出现了显著的吹损和壁厚减小的问题，而第89、90、96、97根管子则出现了过热的问题。第四次则是出现了水冷壁的E5燃烧器左上角、F3燃烧器右下角以及左侧垂直水冷壁出现了泄漏点的问题。

3水冷壁爆管原因分析

在对上述机组运行中出现的水冷壁爆管问题的原因进行分析之后得出：首先是由于管内存在异物堵塞的问题。针对前三次爆管问题都发生在后墙垂直水冷壁标高51m的位置，而且对出现爆口的管子进行检查之后发现，除了上述爆口现象之外，爆口周围无氧化皮，而且其他部位没有明显鼓包，只是在局部管段出现了超温以及蠕胀问题，因此对附近管子进行了内窥镜检查工作，发现其中的左侧墙起第22、33、81、187、226根管子，还有第41、193、196、295根管子在后墙水冷壁垂直段到中间联箱的第一个弯头位置出现了严重的异物堵塞的问题。其次就是存在热应力异常的原因。针对最后一次爆管事故，其泄漏点都在燃烧器让管位置，而且表现为在一定曲率下对燃烧器进行绕避，且存在不同的膨胀量，也就是管子之间存在热膨胀应力。而且由于其附近的高温烟气回流区具有较高的热负荷，这也增加了鳍片和水冷壁的管温差及其所引起的热应力大小。此外在锅炉启停时也会导致炉膛温度变化并引起水冷壁局部的热应力出现较大的变化，这就容易导致在鳍片焊缝位置出现疲劳裂纹问题并向两边扩展，随着此问题的扩大就会导致在将管子拉裂之后，冲出的高压水柱又将附近管子冲破的问题。最后就是锅炉长时间超温运行的原因。在锅炉长时间超温运行下就会降低材料性能并导致出现泄漏问题。

4预防水冷壁爆管的改进措施

针对上述水冷壁爆管的现象以及原因分析，为了对此问题进行预防，首先就是要在锅炉设计过程中对其燃烧器区域水冷壁管鳍片的金属材料等级进行提高来提高其抵抗热应力的水平。而且做好锅炉高温区域的温度监测和应急管理工作，重点做好此区域内管道壁温和工质温度的监测。还要在设计时对水平烟道和水冷壁侧墙等特定区域的管屏间的膨胀关系进行考虑来防止出现较大应力以及拉裂问题。

其次是在对锅炉进行安装的过程中，不仅要做采用带压空气吹扫以及通球试验来做好受热面管排和集箱内部的清理工作，而且要在冲管结束之后对部分关键的联箱手孔端盖进行割除检查来对其中的杂物进行及时清理。在对管道进行焊接时要做好焊接质量管理、焊材质量管理、焊接工艺管理、焊口检查、焊接缺陷消除等工作。严格按照规范要求来对受热面进行安装并确保不同的管屏的膨胀间隙满足要求。做好锅炉的全面化学清洗管理以及清洗药品和工艺的控制、管道保养等工作。确保鳍片管焊缝和管子焊缝之间的距离满足要求。

最后就是在锅炉运行中，不仅要避免出现水冷壁超温的问题，做好炉管泄漏检测装置的信号特征关注以及现场参数和声音分析等工作，而且要做好锅炉的日常检查工作，充分发挥专业技术人员的作用以及临时检修和定期检修的机会对锅炉中可能出现磨损以及腐蚀的部位进行排查，还要通过防磨装置以及喷涂耐磨材料等方法进行预防。此外，还要做好管道内氧化皮的产生和脱落预防工作。不仅要尽量减少锅炉启停的次数，还要做好锅炉启停时的温度和压力控制工作，对过热器减温水进行合理使用，做好蒸汽温度的调节工作来预防氧化皮的产生和脱落。

5结语

针对目前大容量和高参数的机组在运行中出现数量较多和频率较高的水冷壁爆管事件，文章以某火电厂中的600MW超临界W型火焰锅炉为例，分析其运行中出现的水冷壁爆管问题的现象和原因，并针对性地提出了相应的预防改进措施。在经过上述措施之后，此机组的爆管事故概率显著降低，证明改进措施的有效性。

参考文献：

[1]文川.600MW超临界“W”火焰锅炉水冷壁泄漏原因分析及预防[J].科技创新导报,2017(27):36-38.

[2]范旭宸,陈晔,郑雄,etal.600MW超临界循环流化床锅炉水冷壁热应力分析[J].动力工程学报,2018,38(4):253-257.