CN106949454A - 一种锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法，用于解决目前大容量、高参数的电站锅炉由于炉内高温受热面金属壁温超温所造成的爆管、超温爆管、降参数运行等一系列问题的技术问题。本发明实施例方法包括：对高温受热面结构设计进行排查，保证高温受热面的受热和散热达到平衡；提高高温受热面的调温装置系统的调节效率；对与高温受热面连接的汽水系统及汽水管道进行异物核查控制；优化锅炉运行；对高温受热面的管内蒸汽温度进行在线监测。

Description

一种锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法

技术领域

本发明涉及火电厂锅炉技术领域，尤其涉及一种锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法。

背景技术

现代大型锅炉的热负荷大、参数高，已使高温受热面的管壁温度接近钢材最高许用温度。已投运的600℃超超临界机组，水冷壁等受热面爆管频繁发生，已成为困扰超超临界燃煤发电技术安全的主要隐患。锅炉事故中最多的是“四管爆漏”，由于过热器和再热器长期工作在高温烟气的严酷环境中，因此，常见锅炉爆管事故中过热器和再热器的超温爆管比例最大。并联管组存在的热偏差和流量偏差，会使偏差管的壁温超过管组的平均壁温，甚至超过最高许用温度；水冷壁管传热恶化(膜态沸腾)，会使放热系数急剧下降，管壁温度急剧增加，甚至造成管壁过热而烧坏。四管(省煤器、水冷壁、过热器和再热器)的超温爆管事故已成为降低锅炉利用率的主要因素之一。

随着电站锅炉不断朝着大容量、高参数方向发展，电站锅炉高温受热面因为超温所引起的问题如：管内氧化皮快速生成造成脱落引起的爆管、超温爆管、降参数运行等，归根结底是由于炉内高温受热面金属壁温超温所造成。

发明内容

本发明实施例提供了一种锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法，解决了目前大容量、高参数的电站锅炉由于炉内高温受热面金属壁温超温所造成的爆管、超温爆管、降参数运行等一系列问题的技术问题。

本发明实施例提供的一种锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法，包括：

对高温受热面结构设计进行排查，保证高温受热面的受热和散热达到平衡；

提高高温受热面的调温装置系统的调节效率；

对与高温受热面连接的汽水系统及汽水管道进行异物核查控制；

优化锅炉运行；

对高温受热面的管内蒸汽温度进行在线监测。

可选地，对高温受热面结构设计进行排查，保证高温受热面的受热和散热达到平衡包括：

若高温受热面为多级受热面时，布置可减小热偏差的中间集箱。

可选地，对高温受热面结构设计进行排查，保证高温受热面的受热和散热达到平衡还包括：

通过增设节流圈保证高温受热面的各管间的工质流量相同。

可选地，提高高温受热面的调温装置系统的调节效率包括：

调整喷水减温系统在同一高温受热面左右两侧的减温水量，调节同一高温受热面两侧的蒸汽温度相同。

可选地，提高高温受热面的调温装置系统的调节效率还包括：

提高喷水减温系统的容量。

可选地，对与高温受热面连接的汽水系统及汽水管道进行异物核查控制包括：

对与高温受热面连接的汽水系统进行安装、检修时，做好防止异物进入的措施及安装、检修完毕后进行异物的清理。

可选地，对与高温受热面连接的汽水系统及汽水管道进行异物核查控制还包括：

对与高温受热面连接的汽水管道进行内部清洁度检查和通球试验，并用内窥镜进行检查及彻底清理。

可选地，优化锅炉运行包括：

调整锅炉运行方式，优化烟气侧流场并减少烟气侧的热力不均匀性。

可选地，优化锅炉运行包括：

优化锅炉的运行，保证高加的投入率，并在锅炉需要变负荷运行时，控制蒸汽温度在额定蒸汽温度之下。

可选地，对高温受热面的管内蒸汽温度进行在线监测包括：

对高温受热面的管内蒸汽温度进行实时在线监测，实时掌握高温受热面的各管子内部蒸汽温度。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供了一种锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法，包括：对高温受热面结构设计进行排查，保证高温受热面的受热和散热达到平衡；提高高温受热面的调温装置系统的调节效率；对与高温受热面连接的汽水系统及汽水管道进行异物核查控制；优化锅炉运行；对高温受热面的管内蒸汽温度进行在线监测，本发明实施例通过针对造成大容量电站锅炉爆管的根本原因进行分析，通过在高温受热面结构设计、调温装置系统、汽水系统及汽水管道的异物检查、锅炉运行及管内蒸汽温度等方面进行调整优化，解决了目前大容量、高参数的电站锅炉由于炉内高温受热面金属壁温超温所造成的爆管、超温爆管、降参数运行等一系列问题的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法，用于解决目前大容量、高参数的电站锅炉由于炉内高温受热面金属壁温超温所造成的爆管、超温爆管、降参数运行等一系列问题的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法包括：

101、对高温受热面结构设计进行排查，保证高温受热面的受热和散热达到平衡；

首先，对高温受热面结构设计进行排查，保证高温受热面的受热和散热达到平衡，而不会出现受热过多而散热不足的情况。若高温受热面为多级受热面时，布置可减小热偏差的中间集箱；通过增设节流圈保证高温受热面的各管间的工质流量相同。

102、提高高温受热面的调温装置系统的调节效率；

然后，提高可对高温受热面进行降温处理的调温装置系统的调节效率，保证高温受热面的表面温度时刻在可控范围内。调整喷水减温系统在同一高温受热面左右两侧的减温水量，调节同一高温受热面两侧的蒸汽温度相同；提高喷水减温系统的容量。

103、对与高温受热面连接的汽水系统及汽水管道进行异物核查控制；

其次，需要对与高温受热面连接的汽水系统及汽水管道进行异物核查控制，防止异物堵塞。对与高温受热面连接的汽水系统进行安装、检修时，做好防止异物进入的措施及安装、检修完毕后进行异物的清理；对与高温受热面连接的汽水管道进行内部清洁度检查和通球试验，并用内窥镜进行检查及彻底清理。

104、优化锅炉运行；

此外，还需要对锅炉的运行进行优化，保证烟气的顺畅流通，以及在锅炉变负荷运行时，避免蒸汽温度的过大的变化。调整锅炉运行方式，优化烟气侧流场并减少烟气侧的热力不均匀性。优化锅炉的运行，保证高加的投入率，并在锅炉需要变负荷运行时，控制蒸汽温度在额定蒸汽温度之下。

105、对高温受热面的管内蒸汽温度进行在线监测。

最后，对高温受热面的管内蒸汽温度进行在线监测，确保管内蒸汽温度一直处于正常的水平，若出现温度过高的情况则及时对锅炉运行状态采取优化调整措施。

为了便于理解，以下将以具体的例子对蒸汽侧导致的爆管等原因进行分析，并提出具体的防范爆管的方法措施。

在蒸汽侧原因方面，导致高温受热面超温爆管的根本原因在于蒸汽侧的流量偏差(由于集箱效应导致屏间流量分配不均、由于管子排列结构差异而引起的管间流量不均、由于热效应引起的流量分配不均等)。而导致蒸汽侧工质流量偏差的直接原因很多，如高温受热面的结构设计问题、调温装置系统的设计问题以及异物堵塞等。

1.1爆管事故举例

华能某电厂600MW机组锅炉侧包墙发生了爆管事故，对爆管事故进行分析发现，造成超温爆管的主要原因是由于受热面结构设计有缺陷，联箱静压分布不均，导致了部分侧包覆墙管子质量流速过低，流量不足，使该部分的受热面无法得到足够的冷却介质。提出了四种改造方案：完善连通管系、饱和蒸汽直入包覆前侧墙入口联箱、改变侧包覆墙管规格、增加节流圈，通过技术经济性比较，认为采用增加节流圈的措施最佳，并根据计算确定了改造的具体实施方案。改造后的运行情况表明，相同负荷下，对比侧包墙低温过热器壁温分布，侧包墙改造后各负荷下壁温分布趋于合理，受热面管子最高壁温点比改造前大幅度降低，受热面改造达到了预期目的。

此外，河北某电厂4号锅炉水冷壁连续发生两次漏泄事故，两次爆管形式情况相同，爆管标高相同。结合宏观爆口和电镜分析，推断出爆管部位的管壁温度曾超过AC1点(700℃以上)，在该温度下材料的强度急剧下降，最终导致短时超温爆管。进一步分析认为，两次水冷壁爆口主要原因均为管子水流不畅通，造成冷却条件恶化，在短期内即被加热到较高的温度，金属强度下降，在内部介质压力的作用下，炉管以较大的变形速度使管径胀大，管壁减薄，当管壁强度不能承受介质压力的作用时，管子开裂。

另外，某电厂1900t/h超临界压力锅炉一次螺旋水冷壁管泄漏事故，通过水冷壁管爆口部位宏观分析、割管取样检测、回路通气、联箱接口和管路变径部位内窥镜检查以及回路分段通球等多项技术手段进行了检查，最终查明泄漏原因为螺旋水冷壁管避让燃烧器喷口弯头部位内部卡塞，回路内部通流面积减小导致管子局部长期过热所致。由异物堵塞引起的四管泄漏事故，按异物形成阶段不同，将堵塞异物分为基建、检修和自身产生异物。某火电厂660MW机组锅炉由于异物长期粘结在管内壁而未堵死，使得管子内部流通介质不足，造成管子长期超温运行，导致组织老化，蠕变胀粗，最终爆管泄露。某电厂末级再热器爆管事故，通过初步现场分析、金相实验分析和力学性能分析发现，判断为异物堵塞管子造成管内介质流通不畅，最终导致管壁温度升高爆管。

珠海某电厂2×700MW机组锅炉高温对流受热面多次发生管壁超温甚至爆管问题，从煤种、烟道烟气温度分布以及蒸汽侧流量分布三方面进行的分析表明,超温爆管主要由蒸汽侧的流量分布偏差引起，烟气侧的温度分布偏差则为次要原因。

1.2爆管原因分析

1.2.1高温受热面结构设计不合理

(1)管组的进出口集箱的引入、引出方式布置不当，使蒸汽在集箱中流动时静压变化过大而造成较大的流量偏差；

(2)过热器或再热器的前后级之间没有布置中间混合联箱而直接连接，或者未进行左右交叉，这样使得前后级的偏差相互叠加，导致末级受热面产生过大热偏差。

(3)因同屏(片)并联各管的结构(如管长、内径、弯头数)差异，引起各管的阻力系数相差较大，造成较大的同屏(片)流量偏差、结构偏差和热偏差等；

1.2.2调温装置系统设计不合理

(1)某些锅炉在喷水减温系统设计中，往往用一只喷水调节阀来调节一级喷水的总量，然后将喷水平均分配到左右两个回路。这时，当左右侧的燃烧工况或汽温有较大偏差时，就无法用调整左右侧喷水量来平衡两侧的气温；

(2)喷水式减温器一般设计喷水量约为锅炉额定蒸发量的3％～5％，当汽温偏离设计值问题比较突出时，喷水减温器容量不够。

以上原因均可能造成高温受热面(过、再热器)的超温爆管事故。

1.2.3异物堵塞

(1)制造或安装时，管道和联箱组装焊接对口前未彻底清理内部遗留物。施工过程中未采取好防异物措施，造成焊渣、“眼镜片”、钢管、焊条头等杂物遗留在汽水管道及联箱内，导致部分管道口或节流孔堵塞，致使蒸汽流量不足，经过长时或短时运行，造成锅炉受热面管过热爆管。

(2)机组检修时，防异物进入措施执行不到位，通球、封堵、检查清理控制失效，异物进入管道内，不能及时发现和清除，致使运行中发生堵塞爆管。

(3)汽水管道内结构件固定不牢或损坏。如减温器设计制造存在质量隐患，焊接强度不足，在运行过程中，由于联箱内蒸汽冲击，扁钢垫板固焊点强度下降，导致扁钢垫板脱落堵塞在管中，进而造成高温过热器爆管。

1.2.4运行状况不佳引起的超温爆管

(1)当锅炉运行状况不佳，导致各管子吸收管外烟气热量存在较大偏差时，会导致管内流量发生偏差，从而使蒸汽流量较小的管子内蒸汽超温。

(2)高压加热器投入率低，容易导致锅炉给水温度降低。计算及运行经验表明，给水温度每降低1℃，过热蒸汽温度上升0.4～0.5℃。因此，高加停运，主蒸汽温度降发生大幅度升高。

(3)锅炉机组负荷发生较大变化时，锅炉主汽压力发生变化，蒸发段及过热段的热量分配发生变化，容易引起主汽温度发生较大波动，甚至发生主蒸汽温度严重超温现象。

(4)当运行状况不佳引起水冷壁传热恶化时，将导致管内壁对工质的传热系数急剧减小，进而造成壁温飙升并产生管壁超温甚至爆管事故的发生。

1.2.5加工制造工艺缺陷

(1)当受热面存在管材质量缺陷或加工制造工艺缺陷时，管子容易因工作在高温高压环境下而发生超温爆管事故，而发生爆管的直接原因与受热面管材质量缺陷及加工制造工艺缺陷有关。例如：

高温受热面一般意味着高压，当管内工质温度和压力均较高时，对于焊口质量的要求非常严格。当焊接质量不佳时，容易引起焊接处的蒸汽部分或全部短路，造成管子内部蒸汽流量减少，管子冷却不佳，进而导致超温爆管。

(2)当管材的许用温度或许用用力不足时，即使管壁温度正常、管内压力正常，也可能发生爆管事故。

2防止爆管的措施

2.1保证高温受热面结构设计的合理性

(1)合理布置管组的进出口集箱的引入、引出方式，如进行管组间的交叉布置等；

(2)同一种受热面若分为多级受热面时，根据需要布置中间集箱，以减小热偏差；

(3)设计时，考虑同屏各管间不同管径、不同管长等因素带来的阻力系数不同，通过增设节流圈等方法来保证各管间的工质流量相同，并保证不同区域管子的流量分配与所处位置的烟气放热量相匹配，从而较少工质的热偏差。

2.2合理设计调温装置系统

(1)当同一受热面左右两侧蒸汽温度偏差较大时，对喷水减温系统的设计要求是：保证可以任意调节同一受热面左右两侧的减温水量，达到降低蒸汽温度同时，也能调节同一受热面两侧蒸汽温度使其相同；

(2)保证喷水减温器具有足够的容量，即使蒸汽温度偏离设计温度很多时，喷水减温系统也能将蒸汽温度降低到正常范围内，防止蒸汽超温。

2.3防止异物堵塞

(1)在汽水系统安装、检修时，应做好防止异物进入的措施和清理措施。集箱内部100％进行清理检查，除去设备的毛刺、“眼镜片”等，防止制造和安装残留物堵塞管道。此外，利用机组停运机会，用内窥镜或其他方法对联箱内部及节流孔部位进行检查，发现异物及时进行清理。

(2)检修中做好防异物控制。受热面割管后及时封堵，坡口制作时，防止铁屑进入管道内部；新管更换前进行内部清洁度检查和通球试验，怀疑管内有异物时，用内窥镜或其他方法进行检查并彻底清理。

(3)加强汽水管道内构件检查，重点检查减温器、流量测量装置、温度测量装置内部构件的完整性。

(4)管屏弯头处容易发生异物堵塞，因此，适当加大弯头的直径，防止异物堵塞。

2.4优化锅炉运行

(1)调整运行方式，优化烟气侧流场，减少烟气侧的热力不均匀性。

(2)优化运行，保证高加的投入率，防止由于高加解列造成的主蒸汽超温现象。

(3)当锅炉需要变负荷运行时，在保证机组负荷变化率负荷调度要求的同时，尽量保证较小蒸汽温度变化，以防主蒸汽发生短时超温现象。

2.5保证加工制造工艺的质量

随着材料科学技术的发展以及加工制造技术的发展，高温受热面的材质质量能按照设计要求供货，并且高温受热面的加工制造工艺也能满足设计要求。因此，目前受热面管材质量缺陷及加工制造工艺缺陷带来的超温爆管事故较少。但是，在制造厂制造加工和电厂检修时应注意严格检查管材的质量，严把加工制造关，以此避免此类原因造成的超温爆管事故。

2.6对管内蒸汽温度进行在线监测

通过实时测量或管内蒸汽温度在线计算方法，来实时掌握高温受热面各管子内部蒸汽温度，方便运行人员对锅炉运行状态进行优化调整，在保证机组安全性的同时提高机组运行的经济性。例如，如能对高温再热器各管子内的蒸汽温度进行在线监测，当有部分管子的蒸汽温度发生超温过大时，则为了保证机组运行的安全性，需首先通过烟气侧的再热气温调节方法(调整燃烧器角度、尾部烟气挡板、烟气再循环)进行再热气温的调整，但是当烟气侧调温作用有限时，则在必要时需将再热器事故喷水减温器阀门打开(会牺牲机组的经济性)，将再热气温控制在合理范围内。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法，其特征在于，包括：

对高温受热面结构设计进行排查，保证所述高温受热面的受热和散热达到平衡；

提高所述高温受热面的调温装置系统的调节效率；

对与所述高温受热面连接的汽水系统及汽水管道进行异物核查控制；

优化锅炉运行；

对所述高温受热面的管内蒸汽温度进行在线监测。

2.根据权利要求1所述的锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法，其特征在于，所述对高温受热面结构设计进行排查，保证所述高温受热面的受热和散热达到平衡包括：

若所述高温受热面为多级受热面时，布置可减小热偏差的中间集箱。

3.根据权利要求1所述的锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法，其特征在于，所述对高温受热面结构设计进行排查，保证所述高温受热面的受热和散热达到平衡还包括：

通过增设节流圈保证所述高温受热面的各管间的工质流量相同。

4.根据权利要求1所述的锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法，其特征在于，所述提高所述高温受热面的调温装置系统的调节效率包括：

调整喷水减温系统在同一高温受热面左右两侧的减温水量，调节同一高温受热面两侧的蒸汽温度相同。

5.根据权利要求1所述的锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法，其特征在于，所述提高所述高温受热面的调温装置系统的调节效率还包括：

提高喷水减温系统的容量。

6.根据权利要求1所述的锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法，其特征在于，所述对与所述高温受热面连接的汽水系统及汽水管道进行异物核查控制包括：

对与所述高温受热面连接的汽水系统进行安装、检修时，做好防止异物进入的措施及安装、检修完毕后进行异物的清理。

7.根据权利要求1所述的锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法，其特征在于，所述对与所述高温受热面连接的汽水系统及汽水管道进行异物核查控制还包括：

对与所述高温受热面连接的汽水管道进行内部清洁度检查和通球试验，并用内窥镜进行检查及彻底清理。

8.根据权利要求1所述的锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法，其特征在于，所述优化锅炉运行包括：

调整锅炉运行方式，优化烟气侧流场并减少烟气侧的热力不均匀性。

9.根据权利要求1所述的锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法，其特征在于，所述优化锅炉运行包括：

优化锅炉的运行，保证高加的投入率，并在锅炉需要变负荷运行时，控制蒸汽温度在额定蒸汽温度之下。

10.根据权利要求1所述的锅炉高温受热面蒸汽侧超温爆管防治方法，其特征在于，所述对所述高温受热面的管内蒸汽温度进行在线监测包括：

对所述高温受热面的管内蒸汽温度进行实时在线监测，实时掌握所述高温受热面的各管子内部蒸汽温度。