超临界锅炉减温水引发氧化皮剥落研究范文
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《锅炉技术杂志》2016年第5期
摘要：
超（超）临界机组锅炉高温炉管内壁氧化皮剥落堵塞引起的过热爆管是近几年来困扰机组安全运行的突出问题之一。在对两起爆管事件进行失效分析过程发现，锅炉启动过程因减温水投用不当会大大促进氧化皮的集中剥落。通过列举两起爆管案例，查阅了减温水投用记录，进一步分析表明氧化皮的集中剥落与减温水投用不当有很强的关联性。针对减温水引发的过热爆管提出的防范措施可供生产实践借鉴。
关键词：
0前言
超（超）临界机组锅炉高温炉管内壁氧化皮剥落后在弯头底部沉积而引起的超温乃至过热爆管问题是近几年来困扰其安全与经济运行的主要问题之一。而氧化皮集中剥落并沉积现象常发生在锅炉启动、低负荷、RB试验等工况下，其主要原因是温度变化速率快，加上氧化皮与管材的线膨胀系数差异大，导致脆性氧化皮层产生较大的热应力。温度变化速率快的原因主要有两方面：一是运行控制方面追求快速升降负荷；二是由于减温水投用不当。从我们分析过的过热爆管案例情况看，由于减温水投用不当引发氧化皮集中剥落的问题表现得更加突出，需要引起大家的高度重视并切实加以防范。众所周知，超临界锅炉的过热器喷水减温只能作为汽温微调，否则会引起前面的受热面，尤其是水冷壁的工质流量减少而发生超温，另外会加剧对联箱和过热器管子的热疲劳损伤［1］。当前超（超）临界燃煤锅炉，启动时普遍采用微油（或等离子）点火技术，其节能效果是非常明显的，但同时也容易带来的负面效应：引起锅炉启动过程烟气温度上升过快。有资料表明，某600MW亚临界锅炉采用微油（等离子）启动方式与采用油枪启动方式相比，初期炉膛出口烟温变化率相差10倍［2］。而这一阶段高温受热面管内蒸汽流量较少，造成蒸汽和管壁温度均不易控制，运行人员倾向于采取过早投用减温水的措施。另外，在RB试验等特殊工况下，如果减温水仍然在自动响应的方式下投用，就会跟随负荷的扰动，水量出现大起大落现象。减温水投用不当会导致管内蒸汽温度出现剧烈波动，促使氧化皮集中剥落，引起超温乃至过热爆管。
1爆管案例分析
1．1某600MW超临界锅炉炉末级过热器68－1管过热爆管
型号为B＆WB－1903／25．40－M的“П”型锅炉在调停后于2014年2月9日开始启动点火，2月10日中午发现锅炉泄漏，后通过检查发现末级过热器68－1（左数第68屏，前数第1根；规格：42mm×6．5mm，材料：T91）管向火面发生爆泄。其爆口处已经断裂，上半部分爆口已展开，下半部分呈喇叭状，如图1和图2所示。爆口边缘的管壁已明显减薄，且有细小的蠕胀裂纹，爆口下方管子胀粗明显，胀粗量达到9．5％，系过热引起爆管。过热原因分析：通过了解调停的检修情况和分析减温器的布置情况，排除了水塞引起过热爆管的可能性；通过对管子和集箱端口的内窥镜检查，也未发现有块状异物堵塞或遮挡情况。我们通过对运行参数的仔细分析以及氧化皮的沉积情况推测，本次爆管是由于启动过程中过早地投用过热器三级减温水，引起末级过热器进口蒸汽温度急剧变化，从而导致氧化皮大量剥落堆积并引起过热爆管。图3为爆管发生前后，锅炉启动过程至停炉过程的负荷、蒸汽温度和三级减温水的记录曲线。可以看出，在机组还没有带负荷运行的时候，过热器三级减温水就有少量的投用，在并网升负荷初期，减温水量明显加大（达到了7～18t／h），而对应的末级过热器进口蒸汽温度出现急剧变化（最大幅度超过90℃）。在启动升负荷阶段是氧化皮剥落的危险期，蒸汽温度的变化进一步促进了内壁氧化皮的集中剥落。由于末级过热器的通径小，容易在U型弯部位发生堆积，并引发过热爆管。经检查，该管弯头底部仍然有少量的氧化皮沉积，大部分氧化皮已被泄漏的蒸汽携带出去。
1．2某600MW超临界锅炉末级过热器62－8管过热爆管
型号为SG－1913／25．4－M956的“П”型锅炉于2012年11月5日中期检修结束后开始点火启动，于11月10日完成RB试验，11月11日凌晨发现泄漏；后通过检查发现系末级过热器编号62－8（左数第62屏，前数第8根）管炉前侧发生过热爆管（材料为T91）。末级过热器管圈呈双U形布置，炉后侧为进口管组（材料为T23），炉前侧为出口管组。爆口呈鱼嘴状，边缘减薄明显且布满了蠕胀裂纹，爆口处胀粗量超过20％，呈典型的过热爆管特征，见图4。对整个管圈进行检查，发现进口侧的U形弯底部被氧化皮堵塞，取出后的氧化皮见图5。氧化皮剥落原因分析：（1）汽温波动：在机组RB试验过程，减温水处于自动方式下运行，随着负荷的扰动，减温水调门开度在20％～80％之间频繁波动，导致末级过热器进口和出口蒸汽温度均发生较大幅度的波动，进口侧波动幅度超过100℃，出口侧超过60℃，且变化速率快。（2）管屏位置：第62管屏布置在减温水连通管下方，且8号管从进口集箱比较下面的位置引出，因此最容易受减温水的冲击而产生温度急剧变化，从而导致氧化皮的集中剥落，见图6。
2防范措施
从这两起爆管案例的分析情况看，氧化皮的集中剥落与减温水的投用方式有着直接的关联性，需要运行操作方面引起高度重视，并采取切实可行的防范措施。以下是我们通过分析当前超临界锅炉比较普遍的运行状况而提出的防范措施，供生产实践参考和借鉴。
2．1加强启动初期的汽温控制
由于目前超临界锅炉点火普遍采用微油或等离子点火这一节能技术，但其负面效应是容易引起机组启动过程中烟气温度上升过快，而高温受热面管内蒸汽流量较低，造成管壁温度不易控制，在启动初期或低负荷阶段，易造成过早投用减温水。建议加强启动过程高温过热器壁温和汽温控制策略的摸索和研究，如，尽可能提高锅炉给水温度、一次风温度；超（超）临界锅炉做好分离器疏水水位控制及给水流量控制；汽轮机冲转前可通过加大疏水和启动旁路开度，以增加启动过程管内的蒸汽流量，加强受热面的冷却；冲转后可通过调整锅炉燃烧率，合理配风等手段进行汽温调节，而不是完全依靠喷水减温进行调节。必要时，在启动阶段投油助燃［3］。
2．2特殊工况下减温水控制
在低负荷、RB试验等特殊工况下，应根据试验情况，优化RB工况下的减温水控制方式必要时应采用手动控制，尽量避免减温水量的剧烈变化，使得壁温大幅度波动，促使氧化皮集中剥落。
2．3一、二级过热器减温水投用策略
起停炉及低负荷时，尽量少用喷水减温这一调节手段。在不得不依靠过热器减温水来调节蒸汽温度时，优先投用一级减温水，尽量不用（或少用）过热器二级减温水。
2．4加强壁温监控
建议对布置在连通管管口下方的高温过热器管屏（3～5屏）全部加装壁温测点，并加强启停过程的壁温监控。
3结语
从本文列举的两起失效案例的分析可以看出，超临界锅炉高温过热器氧化皮集中剥落，不仅仅是材料、壁温或加氧等方面的问题，启动、RB试验等工况下因减温水投用不当，也会大大促进氧化皮的集中剥落，并引发过热爆管事件。针对目前超临界锅炉采用微油或等离子点火这一节能技术，为防止过早过量地投用减温水，运行方面需采取有效的应对措施。针对RB试验工况下的减温水控制，建议采取手动干扰方式，使减温水尽量平稳地投用。同时，要维护好喷水减温装置，确保良好的雾化，并加强壁温的监视，以有效防范氧化皮的集中剥落。
参考文献：
［1］樊泉桂．超临界锅炉中间点温度控制问题分析［J］．锅炉技术，2005（6）：1－4．
［2］高鹏．国产亚临界机组600MW锅炉氧化皮问题分析［J］．锅炉技术，2013（6）：52－54．
［3］李英，高增，侯君明，等．超临界锅炉过热器氧化皮形成和剥落机理分析及预防措施［J］．热力发电，2007（11）：77－80．
作者:许好好 童红政 李复明 赵宁宁 单位:浙江浙能技术研究院 浙江浙能电力开发有限公司