一種鍋爐高溫受熱面蒸汽側超溫爆管防治方法與流程

2023-05-18 15:29:46

本發明涉及火電廠鍋爐技術領域，尤其涉及一種鍋爐高溫受熱面蒸汽側超溫爆管防治方法。

背景技術：

現代大型鍋爐的熱負荷大、參數高，已使高溫受熱面的管壁溫度接近鋼材最高許用溫度。已投運的600℃超超臨界機組，水冷壁等受熱面爆管頻繁發生，已成為困擾超超臨界燃煤發電技術安全的主要隱患。鍋爐事故中最多的是「四管爆漏」，由於過熱器和再熱器長期工作在高溫煙氣的嚴酷環境中，因此，常見鍋爐爆管事故中過熱器和再熱器的超溫爆管比例最大。並聯管組存在的熱偏差和流量偏差，會使偏差管的壁溫超過管組的平均壁溫，甚至超過最高許用溫度；水冷壁管傳熱惡化(膜態沸騰)，會使放熱係數急劇下降，管壁溫度急劇增加，甚至造成管壁過熱而燒壞。四管(省煤器、水冷壁、過熱器和再熱器)的超溫爆管事故已成為降低鍋爐利用率的主要因素之一。

隨著電站鍋爐不斷朝著大容量、高參數方向發展，電站鍋爐高溫受熱面因為超溫所引起的問題如：管內氧化皮快速生成造成脫落引起的爆管、超溫爆管、降參數運行等，歸根結底是由於爐內高溫受熱面金屬壁溫超溫所造成。

技術實現要素：

本發明實施例提供了一種鍋爐高溫受熱面蒸汽側超溫爆管防治方法，解決了目前大容量、高參數的電站鍋爐由於爐內高溫受熱面金屬壁溫超溫所造成的爆管、超溫爆管、降參數運行等一系列問題的技術問題。

本發明實施例提供的一種鍋爐高溫受熱面蒸汽側超溫爆管防治方法，包括：

對高溫受熱面結構設計進行排查，保證高溫受熱面的受熱和散熱達到平衡；

提高高溫受熱面的調溫裝置系統的調節效率；

對與高溫受熱面連接的汽水系統及汽水管道進行異物核查控制；

優化鍋爐運行；

對高溫受熱面的管內蒸汽溫度進行在線監測。

可選地，對高溫受熱面結構設計進行排查，保證高溫受熱面的受熱和散熱達到平衡包括：

若高溫受熱面為多級受熱面時，布置可減小熱偏差的中間集箱。

可選地，對高溫受熱面結構設計進行排查，保證高溫受熱面的受熱和散熱達到平衡還包括：

通過增設節流圈保證高溫受熱面的各管間的工質流量相同。

可選地，提高高溫受熱面的調溫裝置系統的調節效率包括：

調整噴水減溫系統在同一高溫受熱面左右兩側的減溫水量，調節同一高溫受熱面兩側的蒸汽溫度相同。

可選地，提高高溫受熱面的調溫裝置系統的調節效率還包括：

提高噴水減溫系統的容量。

可選地，對與高溫受熱面連接的汽水系統及汽水管道進行異物核查控制包括：

對與高溫受熱面連接的汽水系統進行安裝、檢修時，做好防止異物進入的措施及安裝、檢修完畢後進行異物的清理。

可選地，對與高溫受熱面連接的汽水系統及汽水管道進行異物核查控制還包括：

對與高溫受熱面連接的汽水管道進行內部清潔度檢查和通球試驗，並用內窺鏡進行檢查及徹底清理。

可選地，優化鍋爐運行包括：

調整鍋爐運行方式，優化煙氣側流場並減少煙氣側的熱力不均勻性。

可選地，優化鍋爐運行包括：

優化鍋爐的運行，保證高加的投入率，並在鍋爐需要變負荷運行時，控制蒸汽溫度在額定蒸汽溫度之下。

可選地，對高溫受熱面的管內蒸汽溫度進行在線監測包括：

對高溫受熱面的管內蒸汽溫度進行實時在線監測，實時掌握高溫受熱面的各管子內部蒸汽溫度。

從以上技術方案可以看出，本發明實施例具有以下優點：

本發明實施例提供了一種鍋爐高溫受熱面蒸汽側超溫爆管防治方法，包括：對高溫受熱面結構設計進行排查，保證高溫受熱面的受熱和散熱達到平衡；提高高溫受熱面的調溫裝置系統的調節效率；對與高溫受熱面連接的汽水系統及汽水管道進行異物核查控制；優化鍋爐運行；對高溫受熱面的管內蒸汽溫度進行在線監測，本發明實施例通過針對造成大容量電站鍋爐爆管的根本原因進行分析，通過在高溫受熱面結構設計、調溫裝置系統、汽水系統及汽水管道的異物檢查、鍋爐運行及管內蒸汽溫度等方面進行調整優化，解決了目前大容量、高參數的電站鍋爐由於爐內高溫受熱面金屬壁溫超溫所造成的爆管、超溫爆管、降參數運行等一系列問題的技術問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種鍋爐高溫受熱面蒸汽側超溫爆管防治方法的流程示意圖。

具體實施方式

本發明實施例提供了一種鍋爐高溫受熱面蒸汽側超溫爆管防治方法，用於解決目前大容量、高參數的電站鍋爐由於爐內高溫受熱面金屬壁溫超溫所造成的爆管、超溫爆管、降參數運行等一系列問題的技術問題。

為使得本發明的發明目的、特徵、優點能夠更加的明顯和易懂，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而非全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。

請參閱圖1，本發明實施例提供的一種鍋爐高溫受熱面蒸汽側超溫爆管防治方法包括：

101、對高溫受熱面結構設計進行排查，保證高溫受熱面的受熱和散熱達到平衡；

首先，對高溫受熱面結構設計進行排查，保證高溫受熱面的受熱和散熱達到平衡，而不會出現受熱過多而散熱不足的情況。若高溫受熱面為多級受熱面時，布置可減小熱偏差的中間集箱；通過增設節流圈保證高溫受熱面的各管間的工質流量相同。

102、提高高溫受熱面的調溫裝置系統的調節效率；

然後，提高可對高溫受熱面進行降溫處理的調溫裝置系統的調節效率，保證高溫受熱面的表面溫度時刻在可控範圍內。調整噴水減溫系統在同一高溫受熱面左右兩側的減溫水量，調節同一高溫受熱面兩側的蒸汽溫度相同；提高噴水減溫系統的容量。

103、對與高溫受熱面連接的汽水系統及汽水管道進行異物核查控制；

其次，需要對與高溫受熱面連接的汽水系統及汽水管道進行異物核查控制，防止異物堵塞。對與高溫受熱面連接的汽水系統進行安裝、檢修時，做好防止異物進入的措施及安裝、檢修完畢後進行異物的清理；對與高溫受熱面連接的汽水管道進行內部清潔度檢查和通球試驗，並用內窺鏡進行檢查及徹底清理。

104、優化鍋爐運行；

此外，還需要對鍋爐的運行進行優化，保證煙氣的順暢流通，以及在鍋爐變負荷運行時，避免蒸汽溫度的過大的變化。調整鍋爐運行方式，優化煙氣側流場並減少煙氣側的熱力不均勻性。優化鍋爐的運行，保證高加的投入率，並在鍋爐需要變負荷運行時，控制蒸汽溫度在額定蒸汽溫度之下。

105、對高溫受熱面的管內蒸汽溫度進行在線監測。

最後，對高溫受熱面的管內蒸汽溫度進行在線監測，確保管內蒸汽溫度一直處於正常的水平，若出現溫度過高的情況則及時對鍋爐運行狀態採取優化調整措施。

為了便於理解，以下將以具體的例子對蒸汽側導致的爆管等原因進行分析，並提出具體的防範爆管的方法措施。

在蒸汽側原因方面，導致高溫受熱面超溫爆管的根本原因在於蒸汽側的流量偏差(由於集箱效應導致屏間流量分配不均、由於管子排列結構差異而引起的管間流量不均、由於熱效應引起的流量分配不均等)。而導致蒸汽側工質流量偏差的直接原因很多，如高溫受熱面的結構設計問題、調溫裝置系統的設計問題以及異物堵塞等。

1.1爆管事故舉例

華能某電廠600mw機組鍋爐側包牆發生了爆管事故，對爆管事故進行分析發現，造成超溫爆管的主要原因是由於受熱面結構設計有缺陷，聯箱靜壓分布不均，導致了部分側包覆牆管子質量流速過低，流量不足，使該部分的受熱面無法得到足夠的冷卻介質。提出了四種改造方案：完善連通管系、飽和蒸汽直入包覆前側牆入口聯箱、改變側包覆牆管規格、增加節流圈，通過技術經濟性比較，認為採用增加節流圈的措施最佳，並根據計算確定了改造的具體實施方案。改造後的運行情況表明，相同負荷下，對比側包牆低溫過熱器壁溫分布，側包牆改造後各負荷下壁溫分布趨於合理，受熱面管子最高壁溫點比改造前大幅度降低，受熱面改造達到了預期目的。

此外，河北某電廠4號鍋爐水冷壁連續發生兩次漏洩事故，兩次爆管形式情況相同，爆管標高相同。結合宏觀爆口和電鏡分析，推斷出爆管部位的管壁溫度曾超過ac1點(700℃以上)，在該溫度下材料的強度急劇下降，最終導致短時超溫爆管。進一步分析認為，兩次水冷壁爆口主要原因均為管子水流不暢通，造成冷卻條件惡化，在短期內即被加熱到較高的溫度，金屬強度下降，在內部介質壓力的作用下，爐管以較大的變形速度使管徑脹大，管壁減薄，當管壁強度不能承受介質壓力的作用時，管子開裂。

另外，某電廠1900t/h超臨界壓力鍋爐一次螺旋水冷壁管洩漏事故，通過水冷壁管爆口部位宏觀分析、割管取樣檢測、迴路通氣、聯箱接口和管路變徑部位內窺鏡檢查以及迴路分段通球等多項技術手段進行了檢查，最終查明洩漏原因為螺旋水冷壁管避讓燃燒器噴口彎頭部位內部卡塞，迴路內部通流面積減小導致管子局部長期過熱所致。由異物堵塞引起的四管洩漏事故，按異物形成階段不同，將堵塞異物分為基建、檢修和自身產生異物。某火電廠660mw機組鍋爐由於異物長期粘結在管內壁而未堵死，使得管子內部流通介質不足，造成管子長期超溫運行，導致組織老化，蠕變脹粗，最終爆管洩露。某電廠末級再熱器爆管事故，通過初步現場分析、金相實驗分析和力學性能分析發現，判斷為異物堵塞管子造成管內介質流通不暢，最終導致管壁溫度升高爆管。

珠海某電廠2×700mw機組鍋爐高溫對流受熱面多次發生管壁超溫甚至爆管問題，從煤種、煙道煙氣溫度分布以及蒸汽側流量分布三方面進行的分析表明,超溫爆管主要由蒸汽側的流量分布偏差引起，煙氣側的溫度分布偏差則為次要原因。

1.2爆管原因分析

1.2.1高溫受熱面結構設計不合理

(1)管組的進出口集箱的引入、引出方式布置不當，使蒸汽在集箱中流動時靜壓變化過大而造成較大的流量偏差；

(2)過熱器或再熱器的前後級之間沒有布置中間混合聯箱而直接連接，或者未進行左右交叉，這樣使得前後級的偏差相互疊加，導致末級受熱面產生過大熱偏差。

(3)因同屏(片)並聯各管的結構(如管長、內徑、彎頭數)差異，引起各管的阻力係數相差較大，造成較大的同屏(片)流量偏差、結構偏差和熱偏差等；

1.2.2調溫裝置系統設計不合理

(1)某些鍋爐在噴水減溫系統設計中，往往用一隻噴水調節閥來調節一級噴水的總量，然後將噴水平均分配到左右兩個迴路。這時，當左右側的燃燒工況或汽溫有較大偏差時，就無法用調整左右側噴水量來平衡兩側的氣溫；

(2)噴水式減溫器一般設計噴水量約為鍋爐額定蒸發量的3％～5％，當汽溫偏離設計值問題比較突出時，噴水減溫器容量不夠。

以上原因均可能造成高溫受熱面(過、再熱器)的超溫爆管事故。

1.2.3異物堵塞

(1)製造或安裝時，管道和聯箱組裝焊接對口前未徹底清理內部遺留物。施工過程中未採取好防異物措施，造成焊渣、「眼鏡片」、鋼管、焊條頭等雜物遺留在汽水管道及聯箱內，導致部分管道口或節流孔堵塞，致使蒸汽流量不足，經過長時或短時運行，造成鍋爐受熱面管過熱爆管。

(2)機組檢修時，防異物進入措施執行不到位，通球、封堵、檢查清理控制失效，異物進入管道內，不能及時發現和清除，致使運行中發生堵塞爆管。

(3)汽水管道內結構件固定不牢或損壞。如減溫器設計製造存在質量隱患，焊接強度不足，在運行過程中，由於聯箱內蒸汽衝擊，扁鋼墊板固焊點強度下降，導致扁鋼墊板脫落堵塞在管中，進而造成高溫過熱器爆管。

1.2.4運行狀況不佳引起的超溫爆管

(1)當鍋爐運行狀況不佳，導致各管子吸收管外煙氣熱量存在較大偏差時，會導致管內流量發生偏差，從而使蒸汽流量較小的管子內蒸汽超溫。

(2)高壓加熱器投入率低，容易導致鍋爐給水溫度降低。計算及運行經驗表明，給水溫度每降低1℃，過熱蒸汽溫度上升0.4～0.5℃。因此，高加停運，主蒸汽溫度降發生大幅度升高。

(3)鍋爐機組負荷發生較大變化時，鍋爐主汽壓力發生變化，蒸發段及過熱段的熱量分配發生變化，容易引起主汽溫度發生較大波動，甚至發生主蒸汽溫度嚴重超溫現象。

(4)當運行狀況不佳引起水冷壁傳熱惡化時，將導致管內壁對工質的傳熱係數急劇減小，進而造成壁溫飆升並產生管壁超溫甚至爆管事故的發生。

1.2.5加工製造工藝缺陷

(1)當受熱面存在管材質量缺陷或加工製造工藝缺陷時，管子容易因工作在高溫高壓環境下而發生超溫爆管事故，而發生爆管的直接原因與受熱面管材質量缺陷及加工製造工藝缺陷有關。例如：

高溫受熱面一般意味著高壓，當管內工質溫度和壓力均較高時，對於焊口質量的要求非常嚴格。當焊接質量不佳時，容易引起焊接處的蒸汽部分或全部短路，造成管子內部蒸汽流量減少，管子冷卻不佳，進而導致超溫爆管。

(2)當管材的許用溫度或許用用力不足時，即使管壁溫度正常、管內壓力正常，也可能發生爆管事故。

2防止爆管的措施

2.1保證高溫受熱面結構設計的合理性

(1)合理布置管組的進出口集箱的引入、引出方式，如進行管組間的交叉布置等；

(2)同一種受熱面若分為多級受熱面時，根據需要布置中間集箱，以減小熱偏差；

(3)設計時，考慮同屏各管間不同管徑、不同管長等因素帶來的阻力係數不同，通過增設節流圈等方法來保證各管間的工質流量相同，並保證不同區域管子的流量分配與所處位置的煙氣放熱量相匹配，從而較少工質的熱偏差。

2.2合理設計調溫裝置系統

(1)當同一受熱面左右兩側蒸汽溫度偏差較大時，對噴水減溫系統的設計要求是：保證可以任意調節同一受熱面左右兩側的減溫水量，達到降低蒸汽溫度同時，也能調節同一受熱面兩側蒸汽溫度使其相同；

(2)保證噴水減溫器具有足夠的容量，即使蒸汽溫度偏離設計溫度很多時，噴水減溫系統也能將蒸汽溫度降低到正常範圍內，防止蒸汽超溫。

2.3防止異物堵塞

(1)在汽水系統安裝、檢修時，應做好防止異物進入的措施和清理措施。集箱內部100％進行清理檢查，除去設備的毛刺、「眼鏡片」等，防止製造和安裝殘留物堵塞管道。此外，利用機組停運機會，用內窺鏡或其他方法對聯箱內部及節流孔部位進行檢查，發現異物及時進行清理。

(2)檢修中做好防異物控制。受熱面割管後及時封堵，坡口製作時，防止鐵屑進入管道內部；新管更換前進行內部清潔度檢查和通球試驗，懷疑管內有異物時，用內窺鏡或其他方法進行檢查並徹底清理。

(3)加強汽水管道內構件檢查，重點檢查減溫器、流量測量裝置、溫度測量裝置內部構件的完整性。

(4)管屏彎頭處容易發生異物堵塞，因此，適當加大彎頭的直徑，防止異物堵塞。

2.4優化鍋爐運行

(1)調整運行方式，優化煙氣側流場，減少煙氣側的熱力不均勻性。

(2)優化運行，保證高加的投入率，防止由於高加解列造成的主蒸汽超溫現象。

(3)當鍋爐需要變負荷運行時，在保證機組負荷變化率負荷調度要求的同時，儘量保證較小蒸汽溫度變化，以防主蒸汽發生短時超溫現象。

2.5保證加工製造工藝的質量

隨著材料科學技術的發展以及加工製造技術的發展，高溫受熱面的材質質量能按照設計要求供貨，並且高溫受熱面的加工製造工藝也能滿足設計要求。因此，目前受熱面管材質量缺陷及加工製造工藝缺陷帶來的超溫爆管事故較少。但是，在製造廠製造加工和電廠檢修時應注意嚴格檢查管材的質量，嚴把加工製造關，以此避免此類原因造成的超溫爆管事故。

2.6對管內蒸汽溫度進行在線監測

通過實時測量或管內蒸汽溫度在線計算方法，來實時掌握高溫受熱面各管子內部蒸汽溫度，方便運行人員對鍋爐運行狀態進行優化調整，在保證機組安全性的同時提高機組運行的經濟性。例如，如能對高溫再熱器各管子內的蒸汽溫度進行在線監測，當有部分管子的蒸汽溫度發生超溫過大時，則為了保證機組運行的安全性，需首先通過煙氣側的再熱氣溫調節方法(調整燃燒器角度、尾部煙氣擋板、煙氣再循環)進行再熱氣溫的調整，但是當煙氣側調溫作用有限時，則在必要時需將再熱器事故噴水減溫器閥門打開(會犧牲機組的經濟性)，將再熱氣溫控制在合理範圍內。

所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。

以上所述，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。