超臨界鍋爐減溫水引發(fā)氧化皮剝落研究范文
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《鍋爐技術(shù)雜志》2016年第5期
摘要：
超（超）臨界機(jī)組鍋爐高溫爐管內(nèi)壁氧化皮剝落堵塞引起的過(guò)熱爆管是近幾年來(lái)困擾機(jī)組安全運(yùn)行的突出問(wèn)題之一。在對(duì)兩起爆管事件進(jìn)行失效分析過(guò)程發(fā)現(xiàn)，鍋爐啟動(dòng)過(guò)程因減溫水投用不當(dāng)會(huì)大大促進(jìn)氧化皮的集中剝落。通過(guò)列舉兩起爆管案例，查閱了減溫水投用記錄，進(jìn)一步分析表明氧化皮的集中剝落與減溫水投用不當(dāng)有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。針對(duì)減溫水引發(fā)的過(guò)熱爆管提出的防范措施可供生產(chǎn)實(shí)踐借鑒。
關(guān)鍵詞：
0前言
超（超）臨界機(jī)組鍋爐高溫爐管內(nèi)壁氧化皮剝落后在彎頭底部沉積而引起的超溫乃至過(guò)熱爆管問(wèn)題是近幾年來(lái)困擾其安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要問(wèn)題之一。而氧化皮集中剝落并沉積現(xiàn)象常發(fā)生在鍋爐啟動(dòng)、低負(fù)荷、RB試驗(yàn)等工況下，其主要原因是溫度變化速率快，加上氧化皮與管材的線膨脹系數(shù)差異大，導(dǎo)致脆性氧化皮層產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。溫度變化速率快的原因主要有兩方面：一是運(yùn)行控制方面追求快速升降負(fù)荷；二是由于減溫水投用不當(dāng)。從我們分析過(guò)的過(guò)熱爆管案例情況看，由于減溫水投用不當(dāng)引發(fā)氧化皮集中剝落的問(wèn)題表現(xiàn)得更加突出，需要引起大家的高度重視并切實(shí)加以防范。眾所周知，超臨界鍋爐的過(guò)熱器噴水減溫只能作為汽溫微調(diào)，否則會(huì)引起前面的受熱面，尤其是水冷壁的工質(zhì)流量減少而發(fā)生超溫，另外會(huì)加劇對(duì)聯(lián)箱和過(guò)熱器管子的熱疲勞損傷［1］。當(dāng)前超（超）臨界燃煤鍋爐，啟動(dòng)時(shí)普遍采用微油（或等離子）點(diǎn)火技術(shù)，其節(jié)能效果是非常明顯的，但同時(shí)也容易帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)：引起鍋爐啟動(dòng)過(guò)程煙氣溫度上升過(guò)快。有資料表明，某600MW亞臨界鍋爐采用微油（等離子）啟動(dòng)方式與采用油槍啟動(dòng)方式相比，初期爐膛出口煙溫變化率相差10倍［2］。而這一階段高溫受熱面管內(nèi)蒸汽流量較少，造成蒸汽和管壁溫度均不易控制，運(yùn)行人員傾向于采取過(guò)早投用減溫水的措施。另外，在RB試驗(yàn)等特殊工況下，如果減溫水仍然在自動(dòng)響應(yīng)的方式下投用，就會(huì)跟隨負(fù)荷的擾動(dòng)，水量出現(xiàn)大起大落現(xiàn)象。減溫水投用不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致管內(nèi)蒸汽溫度出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，促使氧化皮集中剝落，引起超溫乃至過(guò)熱爆管。
1爆管案例分析
1．1某600MW超臨界鍋爐爐末級(jí)過(guò)熱器68－1管過(guò)熱爆管
型號(hào)為B＆WB－1903／25．40－M的“П”型鍋爐在調(diào)停后于2014年2月9日開(kāi)始啟動(dòng)點(diǎn)火，2月10日中午發(fā)現(xiàn)鍋爐泄漏，后通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)末級(jí)過(guò)熱器68－1（左數(shù)第68屏，前數(shù)第1根；規(guī)格：42mm×6．5mm，材料：T91）管向火面發(fā)生爆泄。其爆口處已經(jīng)斷裂，上半部分爆口已展開(kāi)，下半部分呈喇叭狀，如圖1和圖2所示。爆口邊緣的管壁已明顯減薄，且有細(xì)小的蠕脹裂紋，爆口下方管子脹粗明顯，脹粗量達(dá)到9．5％，系過(guò)熱引起爆管。過(guò)熱原因分析：通過(guò)了解調(diào)停的檢修情況和分析減溫器的布置情況，排除了水塞引起過(guò)熱爆管的可能性；通過(guò)對(duì)管子和集箱端口的內(nèi)窺鏡檢查，也未發(fā)現(xiàn)有塊狀異物堵塞或遮擋情況。我們通過(guò)對(duì)運(yùn)行參數(shù)的仔細(xì)分析以及氧化皮的沉積情況推測(cè)，本次爆管是由于啟動(dòng)過(guò)程中過(guò)早地投用過(guò)熱器三級(jí)減溫水，引起末級(jí)過(guò)熱器進(jìn)口蒸汽溫度急劇變化，從而導(dǎo)致氧化皮大量剝落堆積并引起過(guò)熱爆管。圖3為爆管發(fā)生前后，鍋爐啟動(dòng)過(guò)程至停爐過(guò)程的負(fù)荷、蒸汽溫度和三級(jí)減溫水的記錄曲線。可以看出，在機(jī)組還沒(méi)有帶負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)候，過(guò)熱器三級(jí)減溫水就有少量的投用，在并網(wǎng)升負(fù)荷初期，減溫水量明顯加大（達(dá)到了7～18t／h），而對(duì)應(yīng)的末級(jí)過(guò)熱器進(jìn)口蒸汽溫度出現(xiàn)急劇變化（最大幅度超過(guò)90℃）。在啟動(dòng)升負(fù)荷階段是氧化皮剝落的危險(xiǎn)期，蒸汽溫度的變化進(jìn)一步促進(jìn)了內(nèi)壁氧化皮的集中剝落。由于末級(jí)過(guò)熱器的通徑小，容易在U型彎部位發(fā)生堆積，并引發(fā)過(guò)熱爆管。經(jīng)檢查，該管彎頭底部仍然有少量的氧化皮沉積，大部分氧化皮已被泄漏的蒸汽攜帶出去。
1．2某600MW超臨界鍋爐末級(jí)過(guò)熱器62－8管過(guò)熱爆管
型號(hào)為SG－1913／25．4－M956的“П”型鍋爐于2012年11月5日中期檢修結(jié)束后開(kāi)始點(diǎn)火啟動(dòng)，于11月10日完成RB試驗(yàn)，11月11日凌晨發(fā)現(xiàn)泄漏；后通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)系末級(jí)過(guò)熱器編號(hào)62－8（左數(shù)第62屏，前數(shù)第8根）管爐前側(cè)發(fā)生過(guò)熱爆管（材料為T91）。末級(jí)過(guò)熱器管圈呈雙U形布置，爐后側(cè)為進(jìn)口管組（材料為T23），爐前側(cè)為出口管組。爆口呈魚(yú)嘴狀，邊緣減薄明顯且布滿了蠕脹裂紋，爆口處脹粗量超過(guò)20％，呈典型的過(guò)熱爆管特征，見(jiàn)圖4。對(duì)整個(gè)管圈進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)進(jìn)口側(cè)的U形彎底部被氧化皮堵塞，取出后的氧化皮見(jiàn)圖5。氧化皮剝落原因分析：（1）汽溫波動(dòng)：在機(jī)組RB試驗(yàn)過(guò)程，減溫水處于自動(dòng)方式下運(yùn)行，隨著負(fù)荷的擾動(dòng)，減溫水調(diào)門開(kāi)度在20％～80％之間頻繁波動(dòng)，導(dǎo)致末級(jí)過(guò)熱器進(jìn)口和出口蒸汽溫度均發(fā)生較大幅度的波動(dòng)，進(jìn)口側(cè)波動(dòng)幅度超過(guò)100℃，出口側(cè)超過(guò)60℃，且變化速率快。（2）管屏位置：第62管屏布置在減溫水連通管下方，且8號(hào)管從進(jìn)口集箱比較下面的位置引出，因此最容易受減溫水的沖擊而產(chǎn)生溫度急劇變化，從而導(dǎo)致氧化皮的集中剝落，見(jiàn)圖6。
2防范措施
從這兩起爆管案例的分析情況看，氧化皮的集中剝落與減溫水的投用方式有著直接的關(guān)聯(lián)性，需要運(yùn)行操作方面引起高度重視，并采取切實(shí)可行的防范措施。以下是我們通過(guò)分析當(dāng)前超臨界鍋爐比較普遍的運(yùn)行狀況而提出的防范措施，供生產(chǎn)實(shí)踐參考和借鑒。
2．1加強(qiáng)啟動(dòng)初期的汽溫控制
由于目前超臨界鍋爐點(diǎn)火普遍采用微油或等離子點(diǎn)火這一節(jié)能技術(shù)，但其負(fù)面效應(yīng)是容易引起機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中煙氣溫度上升過(guò)快，而高溫受熱面管內(nèi)蒸汽流量較低，造成管壁溫度不易控制，在啟動(dòng)初期或低負(fù)荷階段，易造成過(guò)早投用減溫水。建議加強(qiáng)啟動(dòng)過(guò)程高溫過(guò)熱器壁溫和汽溫控制策略的摸索和研究，如，盡可能提高鍋爐給水溫度、一次風(fēng)溫度；超（超）臨界鍋爐做好分離器疏水水位控制及給水流量控制；汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前可通過(guò)加大疏水和啟動(dòng)旁路開(kāi)度，以增加啟動(dòng)過(guò)程管內(nèi)的蒸汽流量，加強(qiáng)受熱面的冷卻；沖轉(zhuǎn)后可通過(guò)調(diào)整鍋爐燃燒率，合理配風(fēng)等手段進(jìn)行汽溫調(diào)節(jié)，而不是完全依靠噴水減溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。必要時(shí)，在啟動(dòng)階段投油助燃［3］。
2．2特殊工況下減溫水控制
在低負(fù)荷、RB試驗(yàn)等特殊工況下，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)情況，優(yōu)化RB工況下的減溫水控制方式必要時(shí)應(yīng)采用手動(dòng)控制，盡量避免減溫水量的劇烈變化，使得壁溫大幅度波動(dòng)，促使氧化皮集中剝落。
2．3一、二級(jí)過(guò)熱器減溫水投用策略
起停爐及低負(fù)荷時(shí)，盡量少用噴水減溫這一調(diào)節(jié)手段。在不得不依靠過(guò)熱器減溫水來(lái)調(diào)節(jié)蒸汽溫度時(shí)，優(yōu)先投用一級(jí)減溫水，盡量不用（或少用）過(guò)熱器二級(jí)減溫水。
2．4加強(qiáng)壁溫監(jiān)控
建議對(duì)布置在連通管管口下方的高溫過(guò)熱器管屏（3～5屏）全部加裝壁溫測(cè)點(diǎn)，并加強(qiáng)啟停過(guò)程的壁溫監(jiān)控。
3結(jié)語(yǔ)
從本文列舉的兩起失效案例的分析可以看出，超臨界鍋爐高溫過(guò)熱器氧化皮集中剝落，不僅僅是材料、壁溫或加氧等方面的問(wèn)題，啟動(dòng)、RB試驗(yàn)等工況下因減溫水投用不當(dāng)，也會(huì)大大促進(jìn)氧化皮的集中剝落，并引發(fā)過(guò)熱爆管事件。針對(duì)目前超臨界鍋爐采用微油或等離子點(diǎn)火這一節(jié)能技術(shù)，為防止過(guò)早過(guò)量地投用減溫水，運(yùn)行方面需采取有效的應(yīng)對(duì)措施。針對(duì)RB試驗(yàn)工況下的減溫水控制，建議采取手動(dòng)干擾方式，使減溫水盡量平穩(wěn)地投用。同時(shí)，要維護(hù)好噴水減溫裝置，確保良好的霧化，并加強(qiáng)壁溫的監(jiān)視，以有效防范氧化皮的集中剝落。
參考文獻(xiàn)：
［1］樊泉桂．超臨界鍋爐中間點(diǎn)溫度控制問(wèn)題分析［J］．鍋爐技術(shù)，2005（6）：1－4．
［2］高鵬．國(guó)產(chǎn)亞臨界機(jī)組600MW鍋爐氧化皮問(wèn)題分析［J］．鍋爐技術(shù)，2013（6）：52－54．
［3］李英，高增，侯君明，等．超臨界鍋爐過(guò)熱器氧化皮形成和剝落機(jī)理分析及預(yù)防措施［J］．熱力發(fā)電，2007（11）：77－80．
作者:許好好 童紅政 李復(fù)明 趙寧寧 單位:浙江浙能技術(shù)研究院 浙江浙能電力開(kāi)發(fā)有限公司