运行调整预防锅炉四管泄漏事故浅析

摘要：火电厂锅炉“四管”爆漏是造成发电机组非计划停运的重要原因，是长期困扰火电厂安全生产的一大难题，仔细分析爆漏的原因，其中有烟气流通部位设计、炉管腐蚀、焊口质量问题、长期运行磨损、运行操作控制不当导致炉管热疲劳等主要原因。本文主要介绍从运行操作调整方面如何保证安全经济运行，预防“四管”爆漏事故的发生。

关键词：四管爆漏运行调整预防措施

中图分类号：TK22 文献标识码：A 文章编号：

引言

所谓锅炉“四管”是指锅炉水冷壁、过热器、再热器和省煤器。锅炉四管爆漏事故占锅炉机组非计划停运次数的70 %以上。近几年锅炉承压部件泄漏事故的发生又呈现出上升的态势。大唐国际迁安热电公司（以下简称迁安热电公司）装机为1台220MW容量的供热机组，锅炉为东方电气集团锅炉制造厂生产的DG735/13.7-22型，自2007年投产以来锅炉发生泄漏7次，其中1次为炉外泄漏，降负荷带压堵漏消除，6次为炉内四管泄漏，经停机进行处理。

造成四管泄漏有很多因素,诸如腐蚀、磨损、应力、疲劳等,但是这些因素无法实现在线监测,在机组运行中很难发现,因此,锅炉四管泄漏的成因和发展具有隐蔽性、滞后性和突发性。机组的运行条件总会不断发生变化, 诸如煤质、运行方式、人员、体制等方面的一些变化,或者治理不彻底,工作阶段性放松,都会使问题重新出现和积累,导致再次爆发;而且问题存在不同层面,会使问题向深层次和另一个侧面转化。

防磨防爆工作要常抓不懈,重在优化运行、消除原因和预防,其中运行调整工作尤为重要，一台锅炉机组,经过制造、安装、调试到投入生产运行,应该说其运行性能和适应范围已经确定，运行人员的任务就是保证机组运行的安全稳定性及经济环保利益整体最大化，通过各种手段保证设备在最佳工况下运行，预防“四管”泄漏事故的发生。以下是运行人员防范四管泄漏的具体措施。

防止吹灰器吹损受热面

1.1吹灰器吹损受热面的主要原因

(1)锅炉吹灰器投运后未及时退出，长期吹损吹灰器周围的受热面而造成泄漏的主要原因

是：锅炉运行、维护、监督不到位。运行人员只负责吹灰器的投停，投停后没有及时检查吹灰器是否全部退出。维护人员只负责吹灰器大、小修及发现吹灰器有缺陷的消缺及维护，平时缺少巡检维护。吹灰器投停监督信号不准确，吹灰器并未退出，却发退出信号，结果使锅炉运行人员产生误判。

(2)锅炉吹灰器蒸汽带水，吹损周围受热面的主要原因是：吹灰器管道疏水没有彻底疏尽便进行吹灰。吹灰器管道疏水温度缺少监视手段，无法判断疏水是否放净，便投入吹灰器进行锅炉受热面吹灰。蒸汽带水的情况下长期投用吹灰器，吹灰器周围的锅炉受热面易多处吹损。

(3)锅炉吹灰器投停过程中缺少监督及维护不到位的主要原因是：缺少吹灰器投停及维护方面的专门的预防措施。只靠锅炉运行规程和锅炉检修规程的几个规定无法消除吹灰器本身出现的问题。因此，吹灰器损坏、带缺陷运行、浪费汽源、吹损锅炉受热面的现象无法根本杜绝。

（4）固定旋转式长吹灰器吹灰过程中卡涩，因吹灰蒸汽长时间对准受热面固定位置，导致受热面关闭因吹损减薄，最终发生爆漏。因此，必须要求运行人员在吹灰过程中现场检查吹灰器的动作情况，发现异常及时停用并及时退出，此外在机组停运后进行防磨防爆检查时也要详细检查吹灰器周围管屏是否存在吹损减薄，在处理吹灰器故障的同时，应在易吹损部位加装护铁。

1.2 预防吹灰器吹损受热面的措施：

(1) 选择合适的吹灰蒸汽参数：

迁安热电公司1号机组吹灰主汽源为屏式过热器出口，蒸汽温度约350℃，蒸汽压力1.0-1.2MPa，至少保证50℃以上的过热度，防止蒸汽带水，在保证吹灰效果的前提下应适当降低吹灰压力，减小管壁吹灰损耗。

（2）吹灰频次的要求：

锅炉本体吹灰，在正常情况下，锅炉蒸发量大于70％时每日白班对锅炉全面吹灰1次。当减少或增加吹灰次数时，要对原因进行记录说明；空预器吹灰每班至少1次。空预器烟气侧差压达到1.65kPa时，运行人员应向专业管理部门汇报，研究采取进一步措施。

(3)吹灰人员到位的要求：

每次吹灰前，运行人员首先对吹灰系统进行全面检查，，吹灰过程中运行人员必须在现场监视吹灰器的运行情况。吹灰结束后，再对吹灰系统进行全面检查，确保每只吹灰器都退到位。

(4) 防止吹灰蒸汽带水的措施：

完善吹灰程控逻辑，启动允许条件设置为蒸汽压力大于1Mpa，疏水温度必须大于200℃，疏水时间大于10分钟，以上三个条件全部满足吹灰程控才能自动进行。

(5) 加强吹灰器运行管理：

运行部门制定专用的吹灰器投入记录本，详细记录每次、每只吹灰器的投入情况。

(6) 吹灰器日常检查要求：

运行人员每班至少一次对所有吹灰器进行全面检查；吹灰结束后，再次对吹灰系统进行全面检查，确认每只吹灰器都在退出位置，然后在值班记录中写清检查人姓名，有缺陷的吹灰器试投时，运行人员与维护人员共同到就地确认吹灰器动作情况。

(7) 吹灰器的故障处理方案：

吹灰器发生重大缺陷和紧急故障时，运行部门要及时联系汇报；检修部门要及时进行抢修处理，尽快消除故障，防止事故的扩大。对于短期无法消除的缺陷，应对吹灰器采取隔离措施，以防吹损受热面管子。

预防锅炉结渣

2.1影响结渣的因素

锅炉结渣是一个非常复杂的过程，涉及因素很多，它不仅与燃用煤种的成分和物理、化学特性有关，而且还与锅炉的设计参数有关，诸如燃烧器的布置方式、炉膛热负荷、炉内空气动力结构、炉膛出口烟温、过热器的布置位置、各部分的烟气流速和烟温、锅炉的蒸汽参数和管壁温度、受热面的排列间距和布置形式等，同时还受锅炉运行工况的影响，诸如负荷的变化、过量空气系数、煤粉细度、炉膛燃烧温度的控制、配风方式以及炉内燃烧空气动力场的控制等。

2.2如何预防锅炉结渣

（1）不同煤质合理配烧：

根据来煤的煤质情况，进行分仓存放，合理配烧，可以很容易的控制所燃用的煤质的灰熔点问题，减少因灰熔点温度较低而发生锅炉结渣的可能。

（2）合理选择煤粉喷口的周界风开度及控制合理的一次风速：

根据燃烧器改造后的性能试验数据，迁安热电公司将煤粉喷口的周界风开度固定在35%开度，经过长期跟踪及测算数据显示效果良好，而且喷燃器附近没有发生结渣的现象。

维持适当的一次风速，可推迟煤粉的着火，使着火点离燃烧器较远，火焰高温区也相应推移到炉膛中心，可以避免喷口附近结渣。在四角切圆燃烧锅炉中，适当提高一次风速还可增加一次风射流的刚性，减少由于射流两侧静压作用而产生的偏转，避免一次风气流直接冲刷水冷壁而产生结渣。

（3）维持合理的二次风速：

加强运行中炉膛出口烟温的调整和控制，尽量减小两侧烟温偏差，减缓烟温高侧的结渣速度，保证过热器区的烟气温度不能超过900℃，两侧烟温差控制不大于50℃，各段壁温在规程规定值以内。根据燃料性质和发热量情况，要对一、二次风门的配比以及一、二风温进行合理控制，使火焰中心位置合理。当烟温偏差较大，调整效果不佳时，可以倒换磨煤机运行方式。

（4）降低煤粉细度，提高煤粉均匀性：

降低煤粉细度对锅炉燃烧有很大益处，但是对磨煤机出力和磨煤机单耗影响较大，所以试验之前确定的目标是不能影响磨煤机的额定出力，同时不能导致磨煤机单耗增大较多。在试验过程中，首先在保证给煤量与一次风量的比值不超过１：1.5的情况下，将磨煤机出力加到额定值，然后通过关小磨煤机出口折向挡板开度来降低煤粉细度，每调整一次折向挡板开度，进行一次煤粉细度测试，并及时对单耗进行计算，最后确定运行时维持煤粉细度R90≤25%。每月定期对所有磨煤机的煤粉细度进行一次测试，保证煤粉细度R90≤25%以内。

（5）维持合理的过量空气系数，提高锅炉在满负荷下的运行氧量：

长期维持锅炉低氧量燃烧，在燃用灰熔点较低的煤种时，对流过热器和后屏过热器有结渣现象，后经多次燃烧调整试验确定，在能够保证再热汽温达到额定参数的前提下，满负荷时的最低氧量提高到2.5%，从目前运行情况看既能满足正常运行要求而且又减少了锅炉结渣的发生。

（6）专业人员定期组织检查锅炉结渣情况，发现锅炉有结渣情况要及时调整配风方案，尽量减少结渣。

预防受热面磨损

3.1飞灰颗粒磨损分析

高速烟气携带的飞灰颗粒，对金属壁面产生冲击和切削作用，形成受热面磨损。它属于非机械性损坏。磨损使管壁减薄，当管壁应力超过材料的屈服极限时，管子就会发生爆破。飞灰颗粒对金属表面的磨损程度主要取决于下列因素：

(1)飞灰颗粒的动能,它与飞灰颗粒的大小成正比，与飞灰颗粒的速度成二次方关系。飞灰颗粒越大，速度越高，则动能越大。

(2)单位时间内冲击到管壁金属表面上的飞灰量,与烟气中的飞灰浓度和速度成正比例关系。

(3)飞灰颗粒与管壁金属表面发生撞击的概率或飞灰撞击率。

3.2受热面磨损的预防措施

(1) 适当降低一次风速：

主要是为了降低飞灰颗粒的动能，减少对受热面的冲刷与磨损。但是一次风速并不能无限制的降低，而是首先要保证正常的送粉能力（一次风速不能低于18 m/s），为了保证一次风量能够满足机组协调状态下频繁变负荷的需要，根据煤质情况，不断的优化磨煤机的风煤比，目前按如下参数执行（见表格1）

表格1：一次风速与给煤量对应关系

给煤量（t/h） 0 20 30 32 40 45 50

一次风量（t/h） 44 44 47 48 60 67.5 75

一次风速（m/s） 18.3 18.3 19.6 20 25.1 28.2 31.3

(2) 采用合理的过量空气系数：

主要目的是降低烟气中的飞灰浓度，减少飞灰量，目前锅炉氧量控制执行以下数值（见图1）

图1：锅炉出口氧量与蒸发量关系曲线

（3）控制入炉煤量：

高负荷期间严格控制入炉煤量不低于100t/h,不高于145t/h。

（4）尽量消除炉墙漏风以及保持合理炉膛负压：

锅炉底部干式捞渣机处和锅炉本体人孔、看火孔等不严密处会有冷风漏入炉膛，这部分风量不能与燃烧着的高温气流在燃烧区域内充分混合，因此也无助于炉内的燃烧，它既破坏了高温燃烧区的燃烧工况，还增加了炉膛出口总的烟气量，导致飞灰磨损加剧。为此对炉膛底部和本体的漏风点进行了查找和封堵。

炉膛负压定值维持首先应严格执行规程的定值，然后考虑到防止锅炉本体因负压较小向外冒灰的现象，经过试验后确定合理的定值。

（5）合理进行二次风门配比：

锅炉运行人员习惯于采用大风量运行，导致烟气速度偏高，烟气流量偏大。这也是导致受热面磨损的一个重要原因。从运行调整方面要加强全过程及动态管理，合理配风、认真总结不同工况下二次风门的配比规律，通过合理的二次风门及二次风箱压力的维持降低烟气流速，保持炉内的速度场浓度场分布均匀。

（6）合理配煤掺烧：

针对迁安热电公司入炉煤质变化大的特点，实际所烧的煤质与设计煤相差很大，煤质普遍变差，含灰量偏高的问题，充分利用仓储存煤的优势，合理、科学的进行不同煤种的掺烧，尽最大努力减少对受热面的磨损。

防止发生二次燃烧和管壁温度超限

4.1二次燃烧的危害

锅炉燃烧控制不当会使大量未燃烬的煤粉积存在锅炉尾部，长期积存后当风量、温度等条件满足后会发生二次燃烧，这对锅炉的受热面的危害是巨大的，可能导致管壁严重过热超温，使金属材料的金相组织发生变化，增加管壁爆漏的危险性。

4.1预防二次燃烧的措施

（1）加强燃烧调整，控制合理的一、二次风率，控制飞灰可燃物。

（2）启炉点火前、停炉熄火后，必须用额定风量30%以上的风量吹扫炉膛不少于5分钟。

（3）锅炉点火时保证油枪雾化良好，着火稳定，燃烧完全。

（4）油枪投运后要检查其雾化情况，对雾化不良的油枪应及时解列，并进行检查、清理。

（5）油枪点火不成功要检查燃油速断阀严密关闭，禁止大量未燃油喷入炉膛。

（6）油枪着火后，要及时检查、调整各二次风门，使油枪着火良好。

（7）采用等离子点火时，给煤量不宜过大，调整煤量、风量及拉弧功率，保证燃烧良好。

（8）集控运行人员应加强制粉系统煤粉细度的监督，严格控制磨煤机用风量，维持合理一次风率，按磨煤机风煤比曲线调整，保证合理的煤粉细度、精心调整锅炉燃烧，防止未完全燃烧的煤粉带入烟道，造成可燃物在烟道内沉积。

（9）长期低负荷运行，避免烟气流速低，燃烧不完全，防止烟道积存大量可燃物。

（10）在起、停炉过程中加强风量调整，避免烟气流速低，燃烧不完全，防止烟道积存大量可燃物

锅炉启动过程中对受热面的保护

锅炉启动过程中，各受热面内部工质流动尚不正常，容易引起局部超温和汽包壁温差超过规定值。若受热面管子长期在超温工况下工作，即使超温幅度不大，钢材金相组织也会发生变化，使蠕变速度加快，持久强度降低，从而导致提前爆破损坏。

5.1启动初期锅炉受热面所面临的安全威胁

（1）汽包：

在锅炉启动初期，汽包蒸发区内的自然循环尚不正常，汽包内的水流动很慢或局部停滞，对汽包下壁的放热系数很小。而汽包上壁与饱和蒸汽接触，蒸汽对汽包上壁凝结放热，必然导致汽包上壁温度高于下壁，使汽包趋向于拱背形状的变形。此外，汽包壁的内壁金属温度较高．膨胀量大，外壁的金属温度较低，膨胀量小，汽包内外壁金属温差愈大，则热应力也愈大。汽包由于这两种热应力的共同作用，上半部内壁面所受到的是两个叠加一起的压缩应力，而汽包下半部外壁面所受到的则是两个叠加的拉伸应力。在汽包危险壁面处其总应力可能要比由工作压力引起的应力高一倍，严重时将大大降低汽包的安全性及使用寿命。

（2）水冷壁：

锅炉升压初期，水冷壁受热不多，管内工质含汽量很少，尚未建立正常水循环，水冷壁管中水上升流速不均匀，甚至发生停滞、倒流等不正常流动，造成水冷壁出口工质产生较大温差，致使上联箱与水冷壁管根部连接处产生裂纹。加之此时投入的燃烧器较少，炉膛热负荷不均匀，所以水冷壁受热的不均匀性较大。如果同一联箱上各水冷壁管金属温度存在着差别，就会产生一定的热应力，严重时会导致下联箱变形或水冷壁损坏。

（3）过热器、再热器：

在锅炉启动之前，过（再）热器管内，一般都存有停炉时蒸汽的凝结水或水压试验后留下的积水。点火后，这些积水将逐渐蒸发。锅炉升压后，部分积水会变为蒸汽排出。在积水未全部蒸发、排除之前，某些管内没有蒸汽流过，管壁金属温度接近于烟气温度。而升压初期炉膛火焰充满度不好、温度场也不均匀，所以经过过（再）热器的烟气分配和烟温很不均匀，这就可能导致蒸汽流量少、受烟气加热强的管子超温损坏，其安全运行更是受到较大的威胁。

（4）省煤器：

在启动初期，锅炉只是间断地给水，在停止给水时，省煤器内局部的水可能汽化。若生成的蒸汽停滞不动，则该处管壁可能超温。锅炉间断给水，省煤器的水温也就间断变化，使管壁金属产生交变热应力，影响金属和焊缝的强度。调整省煤器再循环可以得到一定的缓解，但并不能完全消除启动初期对省煤器金属的损伤。

5.2锅炉启动过程中的安全措施

（1）利用换水提高汽包下壁温度：

迁安热电公司目前改进了锅炉冷态上水投加热的传统操作方式，采用正上水，逐渐提高除氧器水温锅炉换水的方法，这种操作方法的优点是：缩短机组的启动时间，缓慢提高汽包下壁金属温度，减少汽包壁所承受的热应力。

（2）尽快建立水循环：

水循环对汽包、水冷壁的均匀加热和减少热应力有着积极的作用。建立水循环可采取如下措施：1）保持炉膛燃烧稳定和热负荷均匀，初投燃料量大小要适中。2）在启动初期，应采用较低的升压速度。3）在启动初期进行水冷壁下联箱放水，膨胀量小的联箱应加强放水。

（3）严格控制锅炉升压速度，注意保持汽压稳定：

这是防止汽包壁温差过大的根本措施，同时对防止过热器和再热器金属超温也十分有利。在低参数的启动阶段，蒸汽体积流量大，升压快，蒸汽对汽包上部内壁加热剧烈，产生的汽包温差就大。尤其是5.0MPa以前升压速度应尽量控制在0.03Mpa/min以内。因在低压阶段，汽压波动时饱和温度的变化率较大，容易引起汽包温差增大。在升压的最后阶段，汽包上、下壁温差已大为减少，此时升压速度可比初始阶段稍快些，但不能超过0.06Mpa/min。

（4）保持炉膛热负荷均匀，控制炉膛出口烟温，限制过热器出口汽温：

为了使炉膛温度场尽量均匀，烟道两侧烟气温度偏差减小，在锅炉蒸发量小于10％额定值时，必须限制炉膛出口烟温不超过过热器金属温度允许值。控制烟温的方法主要是限制燃料量和调整炉膛火焰位置，锅炉主汽压力有升高趋势时，尽早投入高低压旁路，防止再热器干烧。在未投旁路系统时控制炉膛出口烟温不超过480℃。开启再热器对空排汽门，以防积水蒸发后压力急升。随着汽包压力的升高，过热器内的蒸汽流量增大，管壁逐渐得到良好的冷却，此时应开启减温水门，限制过热器出口汽温。

结术语

由于锅炉受热面防磨防爆工作是一项错综复杂的技术难题，影响的因素也很多，本文只是着重从运行调整和控制方面进行一些基础工作介绍，更大量的工作还需要检修防磨防爆人员去具体落实，总之随着我们电厂人员的责任心以及技术水平的不断提高、科学技术的不断进步，因四管泄漏导致机组非停的事故将逐步减少。

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