高压循环流化床锅炉屏式过热器爆管的原因分析与防治措施

高压循环流化床锅炉屏式过热器爆管的原因分析与防治措施

张龙1杨先斌2姜丽3

（河南晋开化工投资控股集团有限责任公司，河南开封475000）

摘要：本文主要针对河南晋开化工投资控股集团有限责任公司二分公司型号为YG-240/9.8-M5高温高压循环流化床锅炉屏过爆管的原因进行深入分析，并根据公司设备的实际状况提出应对方案，进而降低屏过爆管对锅炉安稳运行的潜在威胁。

关键词：循环流化床锅炉；过热器；爆管；防治措施；稳定性

0引言

河南晋开化工投资控股集团有限责任公司二分公司现配有五台济南锅炉型号为YG-240/9.8-M5的高温高压循环流化床锅炉。该型号锅炉是一种高压、单汽包、自然循环的水管锅炉，采用了膜式水冷壁、高温旋风分离器、返料器、流化床组成的循环燃烧系统，炉膛为膜式水冷壁结构，过热器分Ⅲ级布置，中间设Ⅱ级喷水减温器，尾部设三级省煤器和一、二次风空气预热器。煤种的适应性好，可以燃用烟煤、贫煤，也可以燃用褐煤、煤泥、煤矸石等较低热值燃料，燃烧效率高达95%～99%。自2012年投运以来，运行相对平稳。但是自2017年10月份开始，五台锅炉的屏过相继出现爆管事故，且爆管次数达到八次，屏过爆管引发的停炉占到非计划停炉次数的90%，严重影响了公司设备的安全稳定运行。因此，对屏过爆管的原因分析，然后根据实际情况对系统进行优化改造显得非常必要。

1过热器简述

过热器是指锅炉中一定压力下的饱和水蒸气加热成相应压力下的过热水蒸气的受热面，其主要作用是提高锅炉系统的循环热效率，同时还可以降低汽轮机末级叶片的排汽湿度，提升汽轮机运行的安全性。

该炉型锅炉过热器分Ш级，分别由顶棚包覆管过热器（Ф51×5）、悬吊管过热器、低温蛇管形管系（Ф38×5），屏式过热器（Ф38×5），高温蛇管形管系（Ф38×5）组成，饱和蒸汽由锅筒上的饱和蒸汽连接管引入顶棚包覆管，再进入悬吊管进口集箱，由悬吊管引入尾部低温过热器，经过第一级喷水减温器减温后引入屏式过热器，再引入高温过热器低温段，加热后经二级减温器进入高温过热器高温段，最后进入高过出口集箱。过热蒸汽由高温过热器出口集箱引入炉顶集汽集箱。为保证安全运行，过热器系统采用喷水方式减温，减温器置于屏式过热器之前、高温过热器高温段和低温段之间，这样即可保证汽轮机获得合乎要求的过热蒸汽，又能保证过热器管不至于因工作条件恶化而烧坏。

其中，屏式过热器共有六组垂直于锅炉前墙，每组屏式过热器有一组上升屏与一组下降屏组成，上升屏与下降屏中间通过混合联箱连接，上升屏位于前水冷壁处，每组上升屏与下降屏均有14根42*6的管子组成，管子材质为12Cr1MoVG。

2屏过爆管情况

经过分析总结五台锅炉的实际爆管情况，我们发现：爆管位置基本上位于下降屏的向火侧浇注料防护层上部1.5米范围内，爆口纵向长度大小不同，最长的在230mm最短的也在150mm，且从爆口的宏观分析来看，破口呈粗糙脆性断面张口，管壁减薄不多，管子蠕涨也不太明显，基本判断爆管为长期超温过热引起屏过爆管。

3爆管原因分析

一般来说，循环流化床锅炉中，造成屏式过热器长期超温主要是由管子材质使用错误、屏过管子里面局部有异物或结垢、锅炉负荷过大或过低、炉膛横向温度场偏差大、减温水方面等原因引起的，因此我们就针对这几个方面做具体分析如下：

3.1屏过管子材质方面

我公司锅炉系统是由锅炉厂根据技术设计标准提供，基本上排除材质使用错误的可能性，但为了排除此原因干扰，我们还是对五台锅炉未爆的屏过管排抽样进行光谱分析，分析结果显示管子材质与设计材相吻合。

3.2屏过管子堵塞方面

屏过出现爆管后技术人员也曾怀疑管子可能堵塞或有异物。锅炉安装时屏过管排通球试验做的不彻底导致个别管子中存在异物、协调磷酸盐水质处理导致沉积物堵塞管口、管子内壁结构等，于是我们便对部分爆管管子在联箱口处隔开检查，并重新进行通球检查和热缩空气吹扫，但是检查结果正常，基本可以判定不存在管子堵塞现象。

3.3减温水方面

我公司锅炉配套给水泵原设计压力为16MPa，投运后由于厂用电率较高，便对五台给水泵的叶轮进行切削，泵出口压力有原来的16MPa降到14MPa，到锅炉给水操作台处压力为13.6MPa，导致目前五台锅炉运行时一级左右减温水即便处于全开状态，各炉减温水流量只有3.8吨左右，低于原锅炉厂设计标准。尤其是高负荷运行时，锅炉给水压力会降至13.4MPa，屏过温度严重偏高，减温水基本没有可操作调整空间。

3.4锅炉负荷方面

我公司锅炉设计负荷为240t/h,但在实际运行过程中受煤质、设备等诸多因素制约，五台锅炉平均负荷最高只有200t/h左右。锅炉检修完开车并汽后对空排汽全关完后锅炉的初始负荷也只有98吨左右，这就导致锅炉屏过的受热面积远大于锅炉出力时需要的受热面积，再加上屏过存在热偏差，尤其是低负荷时屏过整体温度正常，但由于蒸汽流量过低致使管内蒸汽均分布困难，管内蒸汽流量偏差大，部分管子内蒸汽流量偏低，尤其是处于向火侧的屏过管子，这就导致屏过向火侧流量偏低的管子在低负荷时会处于超温状态。

4防治措施

根据上述分析，此系列屏过爆管的主要原因是由于减温水流量偏低、锅炉负荷与屏过受热面积不匹配、锅炉燃烧调整方面的原因导致屏过部分管子长期处于超温状态，从而使屏过相继出现爆管停炉事故，根据以上爆管原因，我们对锅炉进行如下方面的改造与调整：

（1）增加屏过上升屏与下降屏的转向部位防护浇注料的高度。在六组屏过上升屏与下降屏的转向部位现有浇注料防护层的基础上加高浇注料的高度来降低屏过的传热量，由于缺乏对屏过的整体传热量系统研究及详细的计算，因此浇注料加高只能进行尝试性作业。为了保证系统的安全稳定性，我们对浇注料加高工作分阶段进行，初次加高了0.6米，在运行一个周期后，经过对运行数据的总结分析发现基本影响不大，于是在锅炉系统检修时对浇注料再次加高0.9米，累计加高1.5米。

（2）降低0.07%的屏过吸热面积。除了对爆管的屏过管子与对应的上升管进行闷堵外，对锅炉其它五组屏过各闷堵一根上升管与下将管，按照管子数量计算总共降低屏过吸热面积的0.07%。

（3）增加锅炉飞回再循环装置。由于锅炉带负荷能力较差，经过考察分析论证，公司对各台锅炉分别增加了飞灰再循环装置，将除尘器灰斗内的飞灰返送到炉膛密相区，降低了炉膛上下部温度场的偏差，从而使锅炉负荷提高15t/h左右，虽然飞灰再循环投用后炉膛上部温度有所增加，但由于锅炉蒸发量的增大使屏过管子内流速有所增加，经观察，飞灰投用前后，在给水压力相同，减温水流量相同的状况下，屏过出口温度降低5度左右。

（4）改善减温水。目前将给水泵由原来的两台大泵运行的基础上增开一台小泵，确保锅炉给水处压力始终维持在13.6MPa以上，同时计划将减温水由高压加热器后改为给水泵出口，一方面适当提高减温水压力，另一方面降低减温水温度，此方面效果有待验证。

5总结

屏式过热器作为循环流化床锅炉系统的重要部分，一旦出现爆管泄漏，将直接导致锅炉的紧急停炉，危机公司整个化工系统的运行稳定性。我们通过对各台锅炉屏过爆管的过程进行分析、总结，然后找出了导致屏过爆管的重要原因，然后根据锅炉的实际情况及原锅炉系统的设计参数，进行了相应的技术改造，有效降低了屏过爆管的概率，保证了锅炉系统的安稳长满优运行。