(大唐吉木萨尔五彩湾北一发电有限公司新疆省昌吉州831700)
摘要：在工业锅炉运行过程中,经常会遇到各种各样的问题,其中水冷壁爆管是最危险也是最经常发生的一种,严重地影响了锅炉机组的安全稳定运行。因此,我们对于锅炉所出现的事故给予详细的分析,探索出引发事故的最终原因,这对锅炉运行安全性和有效性的提高具有重要的意义。
关键词：600MW；超超临界；锅炉水冷壁；爆管；防治措施
1机组概况
某发电有限公司二期工程安装2台(#5,#6机组)600MW超超临界机组,分别于2008年7月、12月投产发电,同步安装脱硫和电除尘设备。锅炉由某锅炉厂有限责任公司设计、制造,三菱重工业株式会社提供技术支持。该锅炉为HG-1795/26.15-YM1型超超临界、单炉膛、一次再热、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π形变压直流锅炉。采用低NOx主燃烧器分级燃烧技术和MACT型低NOx分级送风燃烧系统、反向切圆燃烧方式;炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统、一次中间再热;调温方式除煤/水比外,还采用烟气分配挡板、燃烧器摆动、三级减温水调整等方式。制粉系统选用中速磨煤机一次风机正压直吹式系统,每个锅炉配置6台MPS235HP-Ⅱ型中速磨煤机,最大连续蒸发量(BMCR)工况下5台运行、1台备用,磨煤机出口煤粉细度R90为18%;同时还在A层制粉系统配备了等离子点火系统,以最大限度减少启动和助燃用油。锅炉配有2台32-VI(T)-1950-SMR型半模式、双密封、三分仓容克式空气预热器,立式布置,烟气与空气以逆流方式换热。
2爆管原因分析
该机组水冷壁爆口宏观特征表现为“窗口”状,边沿较钝,管壁向火侧的垢量很大,垢质较硬,垢层底部金属管壁存在明显的腐蚀减薄现象。金相分析结果表明,水冷壁管爆口位置靠内壁侧基体均发生了严重的脱碳现象,并伴有大量沿晶裂纹。化学清洗前后的管样内壁形貌表明,向火侧内壁存在严重的垢下腐蚀。综上所述,该水冷壁管爆口特征符合垢下氢腐蚀引发的爆管。
水冷壁管形成垢下氢腐蚀的2个必要条件:一是管内壁存在垢层;二是炉水存在酸性杂质离子并在垢下发生浓缩。导致管壁异常结垢的因素较多,停炉期间保养措施不当、锅炉局部热负荷偏高、炉水水质不合格、凝汽器发生泄漏后处置不当等均可导致锅炉出现结垢。在炉水pH值偏低的情况下,垢层底部发生腐蚀性阴离子的浓缩,并与铁基体发生析氢反应。由于垢层的存在,一部分氢扩散进入基体,与珠光体中的FeC3反应生产甲烷,并造成铁基体脱碳。甲烷无法从基体中扩散出来,在晶界内聚集,产生较高的应力,导致晶界处形成微裂纹。随着垢下氢腐蚀不断进行,基体发生脱碳的区域由管内壁向外壁不断扩展,微裂纹不断增长并联通,最后形成宏观裂纹,导致水冷壁管发生脆性爆管。
3解决措施
3.1污垢清理
成功进行换管后,决定对锅炉水冷壁拉稀管内的污垢进行清理。本次使用的清洗介质是蚀盐酸,确定介质后,开始对锅炉开展整体性的化学清洗。与此同时,在清洗阶段,将高价铁离子还原剂加入清洗介质的范围内,进而有效地将清洗期间出现的高价铁离子进行还原,达到有效抑制高价铁离子腐蚀钢管的效应。
3.2水冷壁入口节流孔圈反冲洗工艺
锅炉启动过程中,增加水冷壁入口节流孔圈反冲洗工艺。锅炉启动上水时,当分离器水位正常后,停止给水泵运行,通过前后炉膛入口联箱放水至渣池,对水冷壁入口节流空圈反冲洗30min,防止节流孔堵塞。
3.3水质控制
锅炉启动过程中提高并加强水质控制。热态冲洗时,将分离器贮水箱疏水水质中Fe的质量浓度合格标准由200μg/L提高到100μg/L;汽机冲转时蒸汽中Fe的质量浓度合格要求由10μg/L提高到5μg/L。
3.4控制启停炉
严格控制启停炉及正常运行时锅炉负荷变化速率,保证锅炉各受热面壁温不超限,壁温变化速率及相邻管之间壁温在正常范围内,防止锅炉膨胀不均或受限。机组启动过程中,热态冲洗完成后,控制锅炉主蒸汽升温速率≤3℃/min,升压速率≤0.15MPa/min。发电机并网后,控制升负荷速率≤3MW/min,升温速率≤2℃/min,升压速率≤0.10MPa/min。机组低负荷阶段,充分暖机、暖炉,保证锅炉本体、水冷壁膨胀均匀、充分,防止水冷壁拉裂。发电机并网后,在30,60,90,120MW负荷节点各暖机30min,并严格自动带初负荷。机组低负荷、锅炉炉水由湿态(水冷壁出口的工质是汽水混合物,需要汽水分离器分离蒸汽和水)转换到干态(水冷壁出口的工质全部是蒸汽)阶段,加强调整给水量及启动循环泵出力,保证水冷壁升温速度均匀且不超温。
3.5水冷壁壁温控制
改变锅炉原有启动方式,加强水冷壁壁温控制。在原锅炉启动过程中,锅炉采用A磨煤机等离子点火,磨煤机投运顺序为:A→B→C→D→E→F。日本三菱公司MHI垂直管圈水冷壁的典型设计是把最下层的磨煤机作为备用磨煤机,这与国内大多数电厂把最上层磨煤机作为备用有所不同,其目的在于防止水冷壁出口温度出现较大偏差,尽可能让水冷壁吸热均匀。为防止锅炉启动过程中炉膛热负荷中心过低,造成水冷壁吸热增强,水冷壁出口温差过大,将启动过程中机组启动点火投入燃烧器顺序改为:启动A磨煤机→启动B磨煤机→投入AB层油枪,停A磨煤机→启动C磨煤机→AB层油枪逐渐切换至CD层油枪→启动D磨煤机→启动E磨煤机→停止CD层油枪→启动F磨煤机→启动A磨煤机。
3.6修改机组滑压曲线。根据热力学知识,超临界压力水的比热随着温度升高而升高,而蒸汽的比热却随着温度的升高而降低。在相变区工质的比热最大,而汽化潜热等于零,此工况下水冷壁壁温出现突升,即发生了类膜态沸腾。根据这一特性,为了避免水冷壁工作在此压力区域,查找机组运行滑压曲线中负荷、主蒸汽压力与水冷壁压力关系,对原机组滑压曲线进行了修改,使水冷壁在此工况进行压力阶跃,形成新的滑压曲线。升负荷过程中,386.69~406.17MW区间闭锁压力增加;减负荷过程中,406.17~386.69MW区间闭锁压力降低,尽量减少在此工况的时间。急剧冷却,减小热应力。由于停炉后水冷壁壁温在300℃以上,而给水温度在100℃左右,停炉后补水将使水冷壁急剧冷却,会造成水冷壁局部拉裂,因此,锅炉停炉后严禁补水。锅炉停炉熄火、炉膛吹扫后,锅炉焖炉。锅炉熄火24h后,方可打开烟风系统有关挡板、风机动/静叶,使锅炉自然通风冷却,并符合水冷壁降温速度≤0.25℃/min的要求,防止水冷壁局部拉裂。
结论
在锅炉运行期间,如果锅炉的水冷壁发生爆管现象,会严重威胁锅炉机组的运行安全,一旦出现事故,将给企业造成不可挽回的严重损失。因此,需要依据本次研究中剔除的方法进行测试、解决和改造,从而确保整个锅炉系统运行稳定性,为企业创造良好的经济效益。
参考文献：
[1]吉喆.探讨锅炉水冷壁爆管的成因及改进措施[J].中国石油石化,2017(8):151-152.
[2]戴勇,黄文杰.600MW超临界锅炉试运行期间水冷壁爆管原因和处理对策[J].低碳世界,2017(13):42-43.
[3]翁金钰.600MW超临界机组水冷壁爆管原因分析及预防[J].华电技术,2017,34(2):13-15.
[4]郑准备,李秀广,杨占君,等.火电厂330MW锅炉水冷壁管泄漏原因分析[J].热加工工艺,2017,46(17):255-256.