6B余热锅炉安全隐患研究与改造应用

6B余热锅炉安全隐患研究与改造应用

张民胜  孙磊

（新疆油田公司电力公司（新能源项目部），新疆 克拉玛依 834008）

摘要：  克拉玛依电厂#3余热锅炉自安装投产以来，存在中压过热器出口蒸汽超温的问题，导致中压过热蒸汽系统金相组织5级球化，爆管风险很大；中压省煤器、中压蒸发器也多次泄漏，严重影响电厂安全生产及人员安全。经过与原锅炉设计制造单位深入沟通和技术研究，对#3余热锅炉进行了重大技术改造，彻底消除了锅炉本质安全隐患，减少了停炉造成的经济损失，提高了电厂的经营效益，保障了电厂的安全生产。

关键词：  过热器；球化；减温水；省煤器；蒸发器；泄漏；保温 

1． 安全隐患现状

新疆克拉玛依电厂是新疆油田自备电厂，始建于1962年，其中电厂的#3余热锅炉为中船重工703研究所设计制造的为燃气轮机配套的6B双压余热锅炉，于2004年9月投产。锅炉型式为6B自然循环卧式水管锅炉、自除氧器。型号：Q414/548-67.8(9)-4.1(0.56)/520(250)，至2019年已累计运行超过10万小时。

该锅炉自2004年投产后就存在中压过热器出口蒸汽超温的现象，并于2016年、2017年锅炉内部检验时发现中压过热器出口集汽集箱、过热汽导汽管以及主蒸汽管道金相组织逐渐球化的问题，已发展至中度球化，在2018年锅炉再次检验时发现中压过热器管屏集箱金相组织珠光体5级完全球化，爆管的风险很大，严重影响到生产人员和锅炉的安全运行。

此外，该锅炉还存在中压省煤器管屏多次泄漏、中压蒸发器排污管多次泄漏、中压过热汽排汽排汽量不足、炉顶运行操作层环境温度高等问题，严重影响到电厂的安全运行。如果再继续运行，很可能会发生过热器爆管等严重事故。为彻底消除上述安全隐患，保障电厂生产安全，必须对该锅炉进行重大技术改造。

2． 安全隐患研究及改造方案

电厂技术人员与原锅炉设计制造单位（703研究所）进行了多次深入沟通和技术交流，分析研究其中存在的本质安全问题，最终制定一个全面的改造方案。

包括：(1) 根据锅炉实际运行工况，重新校核计算过热器受热面面积，对中压蒸汽系统进行重新设计，将中压过热蒸汽减温方式由饱和蒸汽减温改为给水减温；（2） 更换中压过热器第1、2组管屏；(3) 更换过热蒸汽集箱、导汽管、主蒸汽管及阀门热工附件；(4) 对中压省煤器进行重新校核计算、更换管屏；（5） 改造中压蒸发器排污方式；（6）改造中压过热汽排汽；（7）改造炉膛烟道顶部保温。

2.1  过热器系统安全隐患研究与改造方案

由于该锅炉在新建设计时，没有全面收集6B燃机在不同环境温度（-30℃、42℃）、部分负荷（75%、30%）时的排气温度、排气流量等数据，没有充分考虑到6B燃机排气温度严重偏离设计工况（15℃、ISO工况）时对余热锅炉运行参数的影响（原锅炉设计入口烟温为550℃，但实际入口烟温在560-570℃），导致锅炉的最终设计参数与实际运行情况有偏离。造成锅炉投产后，中压过热器出口集汽集箱存在蒸汽超温的问题（实际运行时过热蒸汽温度有时接近540℃, 超过设计最高温度520℃）。为此，电厂在2006年将6B燃机的温控曲线下移，减轻#3余热炉超温的频次，但未从根本上解决锅炉超温的问题。 因此，后来长期运行后就导致中压过热器管屏集箱、出口集汽集箱、导汽管以及主蒸汽管道金相组织快速球化，金属寿命缩短。依据《火力发电厂金属技术监督规程》（DL/T438-2016）规定，必须对严重球化的受热面及集箱、热力管道进行更换。

考虑到改造的技术经济性，电厂领导最终决定更换过热器第一、二组管屏。

原锅炉设计单位根据#3余热炉实际运行工况，结合6B燃机设计参数重新校核计算过热器受热面面积，将原锅炉过热器受热面面积由5863m2调整为5365m2；同时对中压过热蒸汽系统进行重新设计，将中压过热蒸汽减温方式由饱和蒸汽减温改为给水减温，增大蒸汽温度减温范围，确保过热器出口集汽集箱不超温。

具体改进方案是：在保证受热面裕量符合实际烟气参数要求的情况下，将中压过热蒸汽减温方式由饱和蒸汽减温改为给水减温；在中压过热器管屏Ⅰ和Ⅱ之间设置给水减温系统，通过中间减温以达到降低控制蒸汽温度的目的。中间减温装置采用集成一体化喷水式结构，结构简单，调温幅度大(50℃～65℃)，调节灵敏。

改造后的中压蒸汽系统流程：

2.2  省煤器系统安全隐患研究与改造方案

    该锅炉自投产以后中压省煤器第一组管屏经常泄漏，电厂技术人员与原锅炉设计制造单位（703研究所）、相关材料研究所也进行了多次技术交流，分析研究可能是原先省煤器给水为一路进水，锅炉低负荷运行时，离进水口近的翅片管水分配较多，而离进水口远的翅片管水分配较少，从而导致同一组管屏不同翅片管水分配不均匀，各管管内水流动工况不均衡，在锅炉启动、停炉或者低负荷等变工况时容易导致受热面各管子水力偏差，部分水量分配偏小的管子在交变应力的作用下在局部脆弱部位出现开裂泄露。

为此与原设计单位研究改进设计，改造思路：将省煤器进水管由一路进水改为二路进水，并且在二路进水管内加装了套管分水装置，力争使各翅片管配水均匀，减小水力偏差。依据近些年来省煤器泄漏的部位，最终决定更换中压省煤器第一组管屏。

2.3  中压蒸发器系统安全隐患研究与改造方案

该锅炉中压蒸发器疏水管近年来也多次泄露，特别是2018年11月由于疏水管爆管，导致该余热锅炉及联合循环的汽轮机跳闸，严重影响了电厂正常运行。分析原因可能和蒸发器的疏水结构型式有关。

原先蒸发器的疏水设计是：6组蒸发器管屏每一屏有一下集箱，6个下集箱的疏水统一汇积到同一个疏水集箱，然后从疏水集箱接出一路疏水管，在锅炉需要疏水排污时，开启疏水进行放水。这种设计思路好处是，运行操作简单，疏水方便，但缺点是离疏水点近的蒸发器下集箱由于疏水阻力小疏水较通畅，而离疏水点远的蒸发器下集箱由于疏水阻力大可能导致疏水不畅，加之运行操作不规范，长此以往，集聚在疏水集箱、疏水管内的水渣等沉积物沉积在疏水管内，就容易导致疏水管堵塞、腐蚀、泄漏。

为此与原设计单位研究决定改进疏水设计，改造思路：将原来的一路疏水改为三路疏水，即将原疏水下集箱割除，然后将6个蒸发器下集箱两两相连，引出三路疏水，并设三组疏水阀进行疏水。在锅炉需要疏水排污时，必须三组疏水都要进行放水，以保障 6组蒸发器管屏底部沉积物均能排出。这种设计方式，消除了原先不同蒸发器下集箱离疏水点距离不同可能导致的疏水阻力不均衡的问题，消除了造成疏水管腐蚀泄漏的隐患。

2.4  中压过热器排汽改造

该锅炉自投产以后，在实际运行过程中发现，当锅炉发生超压时，开启中压过热器排汽，锅炉降压速度比较慢，不能很快泄压，导致锅炉超压时间比较长；并且原中压过热汽排汽阀没有开度指示，运行人员在操作时无法准确控制阀门开度大小，给锅炉启动时控制升压速度也造成不便。

因此，经与原设计单位研究决定改进设计：对中压过热汽排汽阀和排汽管管径进行了重新设计、选型、更换，将排汽阀和排汽管由DN50改为DN80，增加电动阀开度指示，改进排汽降压效果，调整排汽量的大小。

2.5  炉膛保温改造

该锅炉自投产以来，还一直存在厂房温度高的问题，尤其是炉顶运行操作层，环境温度可达50～60℃左右，严重影响热工仪表、调节阀的正常工作。

经分析研究主要是炉膛顶部保温厚度不够，部分穿墙管密封不良。

为此，经与原设计单位研究决定，改造炉膛内外部保温。具体方案：在炉膛顶部烟道内衬板上焊接保温钉，增加150mm厚的保温棉，在保温棉的外部用耐高温硅酸铝棉布进行密封覆盖，最后用钢丝网固定在保温钉上，以增加保温效果。所有受热面上下连通管采取石棉绳密封，钢套筒固定，以增强穿墙管密封。在炉顶外部，局部保温效果较差的地方增加100mm厚的保温棉，然后再覆盖硅酸铝保温泥。内外加强，以期增强保温的效果。

3． 改造应用效果分析

技术改造工作于 2019年4月28日开工，5月19日完成拆除工作，6月20日完成受热面改造，6月25日具备启动调试条件，6月26日进入168小时试运，7月3日试运结束；通过试运观察，锅炉运行良好，达到了改造预期目标。

改造后，锅炉本体安全隐患得以全部彻底消除，设备本质安全大大提高。过热蒸汽温度减温水调控系统响应灵敏，稳定可靠；锅炉启动升压过程压力、温度控制良好；减少了因省煤器泄漏导致的故障停炉次数和由此产生的经济损失，保障了锅炉长期安全稳定运行。

改造后，中压过热器出口蒸汽温度由原来的538℃降至520℃以下，达到了锅炉的设计参数要求，锅炉排烟温度比改造前降低了9℃左右，锅炉热效率提升约1.5%，联合循环在同等负荷情况下增加电负荷约1.3MW，提高了联合循环整体运行性能，提高了电厂生产经营效益。

4.   结束语

通过全面技术改造，彻底消除了设备重大安全隐患，减少了停炉造成的经济损失，提高了电厂经营效益，保障了电厂的安全生产。

5.  参考文献：

［1］   电站锅炉内部检验报告  新疆克拉玛依市特种设备安全检验所

［2］   中船重工703研究所设计文件

［3］   YXGC/DC 1040901-2017  余热锅炉运行规程