600MW超临界机组锅炉过热器爆管原因及预防分析

摘要：随着我国电力工作的快速发展,600mw机组已成为电网中的主力机型,大型锅炉爆管事故的时有发生已成为威胁电厂运行的一大隐患。通过对已有一些600MW机组锅炉爆管事件和爆管表现的分析,探讨了几种最为常见的过热器爆管原因,并针对其爆管原因提出了相应的预防对策。

关键词：超临界锅炉 过热器 爆管 过热

当前,600MW超临界机组已成为我国火力发电的主流机型。国华沧东电厂拥有的两台600MW机组锅炉就为亚临界参数,控制循环、一次中间再热、单炉膛、四角切圆燃烧、燃烧器摆动调温、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、露天布置。最近几年,电厂锅炉过热器爆管现象时有发[1,2]生,事故直接原因大都是由于异物堵塞造成过热器局部过热,从而导致爆管。例如,哈尔滨第三发电厂3、4#机组为600MW临界机组,分别为2009年和2011年,过热器甲数第4屏第8圈和甲数第9屏第4圈发生爆管[3]。沧东电厂过热器由炉顶管、后烟井包覆、水平烟道侧墙、低温过热器、分隔屏、后屏和末级过热器组成,过热蒸汽流量2028t/h,过热器出口蒸汽压力17.50MPa,过热器出口蒸汽温度541℃。时有发生的过热器爆管现象让我们对此高度警惕,因此,分析600MW超临界机组过热器爆管原因,找出恰当的预防对策非常重要。

1、过热器爆管表现及原因分析

1.1 表现

过热器发生爆管后,表现各不相同。

广东珠海金湾发电厂4#锅炉末级过热器第18屏管前数第12根发生爆管后,爆口内外表面存在平行于管轴线多条宏观蠕变裂纹;内外表面有明显氧化皮,爆口呈鱼嘴状,边缘较锋利,呈撕裂爆裂[1]。爆管同时吹穿左数第18屏第11根和第17屏前数第10根管。而哈尔滨第三发电厂经过低磷酸盐处理的#3、4机组锅炉爆管处位于后屏过热器下部弯头,且有15毫米左右的白色积盐,经过化学分析,积盐的抓哟成分是磷酸三钠和铁沉积物。

1.2 原因分析

1.2.1 长期过热

长期过热是指过热器管壁的温度长期处于设计温度以上,但低于材料的下临界温度,过热温度随不高但持续时间长,导致过热管壁氧化变薄,持久效应导致其蠕变速度加快,管径膨胀变粗,在最薄弱的部位导致爆管。因此,归纳来说造成长期过热爆管的表现主要有3种:高温蠕变型、应力氧化裂纹型和氧化减薄型。前两种主要发生在高温过热器外圈的向火面,第三种主要发生在再热器中。长期过热爆管破口形变大多呈现脆性断口,爆口粗糙,边缘多不平整。

1.2.2 短时过热

短时过热是指过热器管壁温度超过材料下临界温度,导致材料强度降低,在管子内压力作用下发生爆管。短时过热大都发生在直接与火焰接触的过热器向火面或者直接受热辐射的过热器受热面。其根本原因是炉内局部温度过高,超过设计值。可表现在工质流量分配不均匀,管子内部结垢严重或者由异物阻塞管子,也有可能在锅炉设计时错用钢材造成强度不够。短时过热爆口塑性变形大,管径膨胀明显,管壁减薄呈刀刃状。

1.2.3 汽侧氧腐蚀

汽侧氧腐蚀是指由于水中氧含量和pH值发生变化、腐蚀导致爆管。管内介质由于氧的去极化作用,在电化学反应作用下,管内钝化膜破裂处形成点蚀形成腐蚀介质,在循环应力作用下腐蚀爆管。汽侧氧腐蚀常发生在水侧,逐渐扩展到外表面,主要在停炉时发生腐蚀疲劳。其失效机理主要有:由于弯头应力集中,促使点蚀产生;下弯头停炉时积水;管内介质含有少量碱和游离的CO2。其爆口特征为管内壁产生点状,典型腐蚀形状为贝壳状。

1.2.4 热疲劳

热疲劳是由于锅炉反复启停汽膜所引起的热应力与振动引起的交变应力而出现的疲劳损坏。其失效原因主要是烟气中的S、Na、V、Cl等物质促进腐蚀、炉膛由于水吹灰导致热冲击以及超温导致管材疲劳强度降低等。热疲劳通常发生在过热器高热流区域的管子外表面。

2、预防过热器爆管对策

2.1 长期过热预防

对于高温过热造成的爆管,应分清爆管类型采取不同的措施。对于高温蠕变型,应尽量改进过热器受热面,防止燃烧中心温度过高,让介质流量均匀分配,并及时进行化学清理,防止异物和沉积物造成局部过热。对于氧化裂纹型爆管,大都表明管子寿命已到,应及时予以更换。而氧化减薄型,要注意过热器的保护。

2.2 短时过热预防

鉴于短时过热的表现,预防其发生,主要应改进过热面,保证其介质流量合理、分配均匀,同时,定期对管子进行化学清理,消除管内异物和沉积物,防止错用钢材的发生。

2.3 汽侧氧腐蚀预防

对于汽侧氧腐蚀,防止氧化和注意停炉保护是关键。对于新炉,启用时应先进行化学处理,消除铁锈和赃物,使其内壁形成一个保护膜;运行时,应及时检测水的pH值,适当增加锅炉中氯化物和硫酸盐的含量。

2.4 热疲劳预防

防止热疲劳产生最关键的是要注意交变应力的产生,对于交变应力集中区域的构件应采取一定的措施,同时尽量避免锅炉的频繁启停,防止运行时机械的强力振动,还可以通过调整和改变运行参数以减少压力和温度梯度的变化幅度,并尽量减少热偏差和相邻管壁的温度,降低热冲击。

3、结语

研究防止过热器爆管的措施是保证火电厂安全可靠运行的重要课题。一方面要求重视锅炉质量管理,强化设计和制造,另一方面,也要注意加强对过热器等关键部分的监控和巡视,采用科学的分析方法和分析手段,防止由于经验可能导致的偏差和失误。

参考文献

[1]成志红.超临界600MW机组锅炉末级过热器爆管原因分析及预防措施[J].热力发电,2011,40(7).

[2]焦庆丰,杨湘伟,李光等.600MW机组锅炉高温过热器爆管原因分析与处理[J].2008,(3).

[3]王云灵,李旭,韩非.600MW机组过热器爆管原因及处理[J].黑龙江科技信息,2011,(29).