| 1 概述 目前国产循环流化床锅炉的整体设计大部分是引进国外技术，在设计上存在技术上的领会偏差、系统考虑不全面等问题，在制造上又难以达到设计标准，从而导致运行中的锅炉水冷壁、过热器、再热器和省煤器（以下简称锅炉四管）等部位发生泄漏。据笔者对某电厂近三年的非计划停运统计得知：70%以上的非计划停运是由锅炉问题导致的，而锅炉四管泄漏占机组因锅炉问题非计划停运事件的70%以上，因此减少锅炉四管泄漏次数，将直接提高机组的可靠性和经济性。 某电厂锅炉型号为：××-480/13.7-535/535-M3型循环流化床锅炉。锅炉型式为：超高压自然循环汽包炉。锅炉特点为：单炉膛、平衡通风、一次中间再热、全钢炉架悬吊方式、紧身封闭布置、循环流化床锅炉。燃烧室各面墙全部采用膜式水冷壁，由光管和扁钢焊制而成；底部为水冷布风板和水冷风室。燃烧室四周及顶部的管子节距均为80mm。水冷壁采用Φ60×6.5管子，管子材质为20G。下部前后水冷壁向炉内倾斜与垂直方向成14°角。#1、#2机组相继于2006年11月22日和2007年2月14日经过72小时试运行，正式投入商业运行。 2 该电厂#1、#2锅炉四管泄漏统计、分析 2.1 该电厂#1、#2锅炉2012年初至2013年9月初共发生四管泄漏8次，统计结果如下： 表1 #1、#2锅炉四管泄漏情况统计表
从表1统计中可以看出，磨损是导致该电厂四管泄漏的主要原因。 2.2 通过对××锅炉厂，及同类型、同批次两家（甲、乙）电厂的调研得出造成该电厂目前炉膛受热面磨损、泄漏的主要原因为：燃煤和原设计煤种偏离较大，受热面磨损速率整体加剧；屏式受热面变形严重，导致炉膛上部烟气流速发生局部偏流，从而导致屏式受热面发生磨损爆管；受热面防磨覆盖层频繁脱落，导致受热面磨损爆管。 2.2.1
该电厂原设计煤种为低热值的混煤，低位发热量：3283Kcal/kg，水份：16.4％，灰份：33.13％，B-MCR工况下，燃料消耗量：110t/h，床温：935℃，炉膛内烟气速度：5.4m/s，考虑海拔修正后炉膛内烟气速度：6.4m/s。 目前，该电厂燃用100％褐煤，低位发热量：2900Kcal/kg，水份：33.2％，灰份：19％，B-MCR工况下，燃料消耗量：126t/h，床温：957℃，炉膛内烟气速度：6.3m/s，考虑海拔修正后炉膛内烟气速度：7.3m/s。由于褐煤的热爆裂和成灰特性好，飞灰颗粒小、密度低、终端速度大，再加上床温、一次风率、烟气含水率和机组负荷高等原因，烟气的迁移速度增加，物料内循环量降低，造成下部区域物料贴壁回流减少，下部水冷壁整体磨损速率降低，磨损现象减轻。但是由于炉内物料颗粒在到达烟窗前的减速距离增加，高浓度区域上移，甚至发生细颗粒物料冲顶现象；有关技术论文通过实验证明，在物料细小、烟气流速高的情况下，会在烟窗下方大约3米左右处，出现颗粒浓度聚集区，上升、下降、横向流动的物料在此处有方向和速度上的明显波动；同时由于水份高，热值偏低，烟气量增大，炉膛内烟气流速比原设计增加约7%，而烟气飞灰磨损的速率与速度的三次方成正比。这些因素都会使炉内中上部屏式受热面和炉顶棚管磨损现象进一步加剧，特别是处于炉膛中心区域30米左右标高的变形受热面以及烟窗周围烟气改向区域的磨损更为严重。 2.2.2 入图所示，该电厂炉内屏式受热面变形严重。这是同类型机组普遍存在的现象，自投产以来，该电厂屏式过热器、屏式再热器就存在不同程度的变形。2009年机组大修前，经同锅炉厂充分研讨，对屏式再热器管屏进行了改造，为了增加刚度由Φ51×5mm的管改为Φ57×5mm，每屏36根改为28根，材质仍为SA213-TP304H，改造完毕，机组启动后，仍然存在变形问题。同样，××锅炉厂生产的同批次、同类型锅炉的屏式再热器均存在变形问题，个别电厂已对或正准备对屏式再热器进行了改造，材料改用SA213—TP91或SA213—TP347。
变形原因分析： a. 屏式再热器所选SA213-TP304H管材的膨胀系数大，致使锅炉屏再膨胀量较大。高温再热器的材质特点高温再热器的管屏采用全膜式结构，材质为SA213-TP304H，为美国生产的奥氏体不锈钢，该材质的特点是耐高温，最高允许抗氧化壁温高达706℃；高温屈服强度较低，也 就是低温时屈服强度大，随着温度升高，屈服强度和许用应力下降很快，到316℃后下降缓慢。通俗说比一般热强钢随着温度升高变软的快；线性膨胀系数较大，600℃时线性膨胀系数为18.2、比SA213-T91大将近1/3。 b. 存在偏差管，个别偏差管的壁温较高，造成膨胀不均。再热屏进出口温差及同屏各管内温差产生的膨胀引起变形因再热屏的进口处温度与出口处温度有差别，而且在同一个管屏中，很多管子内的蒸汽量也不同，也会造成温差，产生膨胀，如果温差大，其产生的膨胀量也就大，膨胀量不足势必会造成管屏变形。 c. 屏式再热器管排炉顶穿墙时，摩擦力较大。再热屏的膨胀设计和安装结构再热屏的设计为在其下部穿过前墙水冷壁和再热屏的入口联箱连接，再热屏下部和水冷壁通过焊接方箱连接，在正常运行和启动过程中，再热屏相对水冷壁以焊接方箱为死点向上膨胀，水冷壁以上联箱吊架往下膨胀。炉膛顶部的再热屏金属膨胀节有8个波行，下部与炉膛顶部的焊接钢板焊死，上部与再热管屏焊死，再热屏和水冷壁相对膨胀量由再热屏上部金属膨胀节和弹簧恒力吊架吸收。从再热屏顶部的金属膨胀撕裂情况及恒力吊架来看，其变形的主要原因为膨胀量不能正常吸收而引起的。因再热屏下部和水冷壁通过焊接方箱连接，该处为死点，正常运行和启动过程中，再热屏向上膨胀，而顶部的金属膨胀节膨胀量不足，致使其膨胀节撕裂，到其顶部的弹簧恒力吊架时，其吊架限位到极限，再热屏此时上下膨胀均为死点，最终导致了整个再热屏中间部分弯曲变形。 d. 再热屏存在高温烟气干烧超温过程：在启停炉过程中再热屏存在高温烟气干烧情况再热屏的变形，与其恶劣的工况关系很大，尤其在启停机过程中，其管内蒸汽量少甚至无蒸汽流通，造成管子干烧，也是其变形的一个原因。从结构上管屏必须具有U型管结构，设计图纸显示，再热屏入口联箱中心标高比屏的最下部标高低，在联箱和管屏之间形成U型管，疏水不彻底，在水压试验后，升温升压过快，再热屏发生水塞，没有蒸汽流过管屏，管屏温度接近高温烟气温度。该电厂屏式再热器入口工质温度较设计值高40℃左右，造成整体平均壁温较高，出现过热现象。 e. 恒力吊架的补偿力不够。 综上所述，屏式受热面变形后，炉膛上部烟气流速发生局部偏流，从而导致屏式受热面磨损加剧，最终发生爆管。 2.2.1
防磨覆盖层脱落致使受热面磨损泄漏。 该电厂锅炉防磨覆盖层频繁发生脱落，导致受热面磨损爆管，威胁锅炉的安全运行。经过调研交流，防磨材料基本大同小异，造成高温耐火可塑料层脱落的主要原因：首先，施工工艺问题和运行养护问题，只要施工工艺和养护把关严格，减少急冷急热次数，脱落问题基本上可以解决。其次，该电厂部分浇注料和可塑料自基建结束，还一直没有更换，使用年限已长达7年，经过多次锅炉启停的急冷急热，浇注料和可塑料已大面积发生松动和脱落。 防磨覆盖层脱落原因分析： a. 外管圈特别是其底部和弯管处，由于可塑料涂抹面积狭长、作业人员用力不方便，捣打等施工工艺困难，造成料层不密实；相对屏面，外管圈底部垂直方向缺少克服重力的附加连接力，排汽不畅，可塑料在成型、凝固过程中，容易出现下沉而与管子构接件和屏面主体可塑料分离的现象。 b. 外管圈特别是其底部和弯管处，由于烟气温度和汽水流速偏差的原因，金属壁温比屏面管圈壁温高150至200℃，且随机组负荷波动幅度大，长度也最长，受热面金属和抓钉金属膨胀量超出可塑料层膨胀量的差值大，外管圈可塑料覆盖层受到的拉应力大，容易出现撕裂现象且裂纹也相对较大。 c. 外管圈特别是其底部和弯管处，被上升高温烟气物料的高温冲刷面积也较大。 d. 由于屏区可塑料处于炉内，受烟气温度的直接影响较大，升温升压或停机降温变化明显，养护比较困难，特别是汽水泄漏时的热震冲击大，寿命大大缩短。这是近期屏区可塑料出现频繁脱落的主要原因，当前蒸发屏可塑料和过热屏可塑料为2006年基建施工投运，再热屏可塑料为2009年大修施工投运，使用年限已分别达到6、4年。 e. 屏再管材为TP-304H，其线性膨胀系数大，内部蒸汽温度高，再加上管排的严重变形扭曲和管排错列，其屏面主体可塑料层裂纹相对其它受热面较大，下部覆盖层处管屏没有鳍片连接，外管圈的脱落现象相对更加严重。 1 该电厂前炉膛受热面磨损问题预控措施 由于煤种变化等原因，该类型同批次锅炉普遍存在炉内受热面相对偏小、屏再变形、磨损严重的问题，应重新进行热力核算和设备改造。当前该公司要尽快解决锅炉大负荷下的严重磨损和原始隐蔽性缺陷等问题，提高机组健康水平。 3.1 在燃料(热爆裂性)无法改变的情况下，适当控制配煤方式，进行低氧燃烧和低床压运行，使炉内烟气流速维持在合理范围内,减轻烟气冲顶现象，控制烟窗下方物料浓度聚集和速度波动现象不发生在变形区域。 3.2 合理调节一、二次风配比，在保证流化的前提下，适当减少一次风量，通过调节二次风量的大小实现负荷的增减。若一次风量不足，可通过用一次风旁路到二次风的方式实现。 3.3 磨损严重区域采取喷涂防磨。 3.4 针对屏式受热面变形问题采取如下措施： 3.4.1
优化启动过程，减少干烧现象，并做好超温监视、监测。 3.4.2
水压试验后的机组启动，要控制好升温升压速率，一定平缓，疏水充分，避免水塞现象长时间存在。 3.4.3
机组甩负荷或紧急停运时，一定及时投入高低旁路系统，保护再热器。 3.4.4
管屏变形的问题主要为膨胀受限，补偿不够导致。首先，计算管屏的重量、浇注料的重量、汽水的重量，以及管屏与顶棚的摩擦力，上述重力和摩擦力的合力的2.5倍应为恒力弹簧吊架的拉力，根据这一数理关系，逐一对恒力弹簧吊架进行调整。 3.4.5
利用停炉机会，对管屏做好定检工作，并做好相关记录，防止变形严重部位发生应力损坏或浇注料开裂。 3.4.6
结合煤种和当前运行情况，对锅炉重新进行热力计算，适当增加水冷蒸发屏、过热屏面积。（一方面，可以降低床温，减少风机功耗；另一方面，可以提高炉内脱硫效率，有效抑制氮氧化物的生成。） 3.5 针对防磨覆盖层脱落问题采取如下措施： 3.4.1
组织管理方面： a. 在防磨防爆组织体系中，设立防磨覆盖层专责人，负责覆盖层的技术管理和技术监督工作。 b. 强化施工工艺管理、重大节点监督和质量验收工作，必要时增加包括修补和更新工程的质保时间和质保金额。 c. 建立覆盖层技术台账，定期分析各区域覆盖层现状，加强寿命管理工作。 3.4.2
检修施工方面： a. 屏式受热面和锅炉密相区可塑料如出现裂纹宽度大于5mm时必须进行局部拆除修复，修复拆除尺寸必须大于300mm×300mm，修复时锚固件采用φ8mm 、L＝30mm、1Cr13或1Cr18Ni9Ti柱状销钉，焊接材料使用A102或A132焊条。敷设可塑料前管壁及销钉表面刷0.5mm厚的沥青漆，并在与未拆除可塑料接缝处用磷酸盐进行充分清洗。可塑料敷设后必须进行捣打，已保证其密实度。考虑到当前床温和排烟温度偏高，尽量采用导热系数高的可塑料。 b. 绝热区域防磨覆盖层如出现分层鼓起或裂缝宽度大于10mm时必须进行局部拆除修复，修复拆除尺寸必须大于300mm×300mm，修复时采用φ8mm 1Cr13或1Cr18Ni9Ti钢筋连接成网格作为骨架，网格尺寸为200mm×200mm，钢筋连接每隔500mm必须断开，以防止因钢筋膨胀导致浇注料脱落。骨架焊接采用A102或A132焊条。可塑料敷设前网格钢筋表面需刷0.5mm厚的沥青漆，并在与未拆除浇注料接缝用磷酸盐进行清洗，以保证修复可塑料的膨胀量和牢固性。可塑料敷设后必须进行捣打，确保其的密实度。另外，该部位防磨覆盖层修复结构一般采用硅酸铝纤维毡（厚度为250mm）＋可塑料（厚度为150mm）形式（常规结构：厚度为60mm硅酸铝纤维毡＋厚度为170mm轻质保温浇注料＋厚度为120mm耐磨耐火浇注料，此结构在锅炉启动前需严格按照所使用材料的工艺标准进行烘炉，延长了机组的抢修时间，一般抢修时不采用此结构）。 c. 绝热区域防磨覆盖层如大面积修复，防磨覆盖层需严格按照400mm×600mm的规格呈块状布置，块与块之间必须留有宽度3mm的膨胀缝，膨胀缝中间敷设一层厚度为3mm的油毡或硅酸铝纤维毡，而且膨胀缝要交错布置。 d. 按照“微膨胀微吸收”原理，根据防磨覆盖层及其保护对象金属锚固件、原有旧的覆盖层等材料膨胀系数和工作温度，合理选取施工模块尺寸、留取膨胀缝、缓冲空间和各材料部件的结合方式。对于外管圈以及其它异形区域覆盖层等薄弱环节，应要求施工方研究专题方案，采取特殊加强措施；如外管圈部位可塑料施工时，从配料、取料、覆盖、捣打等工序上，必须一次性连续完成，缩短各料层上管间隔时间，并且保证一次性覆盖三根以上管子（也不易过多），确保外管圈覆盖层与屏面主体覆盖层连接成为整体；对于分离器处绝热异形区，如加速区内弧段或两个不同方向的浇注料面交界处，应尽量采用圆弧过渡，过渡圆弧度、弧长不易过大，临近覆盖层模块尺寸也不易过大，防止互相挤压垮塌。 3.4.3
检查维护方面： a. 明确覆盖层失效数据，发现接近失效，及时予以更新或修复，确保锅炉覆盖层使用寿命大于受热面严重磨损区的使用寿命。 b. 对经常脱落的覆盖层，应采取人工振打的方法细致排查隐蔽缺陷，杜绝完全脱落才修复的被动状态。 |
