1、前言
據(jù)統(tǒng)計，電站鍋爐各種事故約占發(fā)電廠事故的63.2%，而受熱面泄漏又占鍋爐事故的86.7%，目前超臨界機組受熱面管內(nèi)氧化皮大面積集中剝落導致管壁超溫爆管機組停運又是普遍存在的共性問題。該問題已經(jīng)成為威脅大容量發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行的主要隱患。
本文結(jié)合國華太倉發(fā)電有限公司600MW超臨界機組實際情況，分析鍋爐高溫受熱面管氧化皮集中剝落原因，提出防止氧化皮集中剝落的防治對策。
2設備及爆管情況簡介
2.1設備情況簡介
國華太倉發(fā)電有限公司7#、8#爐是由上海鍋爐廠引進美國ALSTOM公司技術生產(chǎn)。鍋爐型號SC-1913/25.4-M950，過熱器出口壓力25.4MPa，過熱器出口溫度571℃。鍋爐型式為超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)Ⅱ型鍋爐、露天布置燃煤鍋爐。富通新能源生產(chǎn)銷售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
顆粒機、
木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
爐膛寬度18816mm．爐膛深度17697mm．水冷壁下集箱標高為7500mm．爐頂管中心標高為71210mm。爐膛上部布置有分隔屏過熱器和后屏過熱器，水平煙道依次布置高溫再熱器和末級過熱器．尾部煙道布置有低溫再熱器和省煤器。
末級過熱器沿爐膛寬度均布于水平煙道中共82屏，每屏12根管，與煙氣成逆流布置，屏間節(jié)距Sl為244mm，同屏內(nèi)相鄰管節(jié)距S2為76.2mm。每片受熱面由12根U型管罔組成，管子規(guī)格和材質(zhì)分別為∮38.lx5.59—9.03mm,SA-213 T23.T91.TP347H.
2.2爆管情況簡介
2007年6月20日19時15分國華太倉公司8#機組搶修后并網(wǎng)．6月22日02時40分鍋爐給水流量異常增大，機組補水量突增100t/h，爐標高65.8m處有明顯泄漏聲．10時05分機組打閘停機。
停機爐內(nèi)檢查情況發(fā)現(xiàn)末級過熱器共有兩處爆口：第一處爆口呈菱形，長度60mm，寬度32mm，端面光滑．破口兩邊呈撕薄撕裂狀，為短期超溫爆口特征；第二處爆口未全部爆開，長度20mm，爆口附近有眾多平行的軸向裂紋，為長期超溫爆口特征。
停機后對末級過熱器熱段上、中、下分3層進行100%脹粗及外觀檢查：末級過熱器熱段出口彎管100%射線檢查氧化皮堆積情況；對末級過熱器管有明顯吹掃痕跡的管排進行測厚檢查。根據(jù)檢查結(jié)果對爆破管、壁厚吹損超標管、外壁表皮剝落過熱管及彎頭處堆積氧化皮堵塞管共46根進行了更換。
3、爆管原因分析
3.1搶修停爐時強制冷卻
機組停運過程中受熱面管降溫速率計算方法為：通過安裝在爐膛外部的頂棚大罩內(nèi)測點顯示的單位時間溫度變化計算得到的。機組停運后頂棚大罩內(nèi)測點顯示的是頂棚內(nèi)管壁溫度變化速率，由于頂棚內(nèi)受熱面集箱、管屏較多且相對集中，頂棚內(nèi)蓄熱量較大，機組停運后散熱量很小，管壁冷卻速度很慢：而爐內(nèi)受熱面由于受到通風冷卻，管壁溫度變化速率遠遠大于頂棚內(nèi)管壁溫度變化速率。停機過程中所依據(jù)的頂棚內(nèi)管壁降溫速率雖然未超出技術措施要求，但實際爐內(nèi)管壁降溫速率已經(jīng)大大超出技術措施要求（監(jiān)控系統(tǒng)顯示2008年7月10日機組停運過程中頂棚內(nèi)管壁溫度降低速率為1.6℃/min．實際爐內(nèi)管壁溫度降低速率為ll℃/min)，溫度應力使氧化皮拉裂而發(fā)生剝落，并在順蒸汽流向出口端下部彎頭處堆積，減少管路流通截面，使管道發(fā)生過熱而爆管。
3.2搶修后機組啟動過程中減溫水投用不當
末級過熱器進口集箱采用三通結(jié)構(gòu)，機組啟動過程中為控制末過管壁溫度而投入二級減溫水，此時蒸汽流量較小（約300t/h），在三通效應影響較大的屏區(qū)因減溫水霧化不良，較為集中進入個別管排，導致該區(qū)域管壁溫度大幅波動，氧化皮集中剝落完全或部分堵塞管內(nèi)流通面造成爆管或管壁過熱。
圖3、圖4分別為機組啟動期間末級過熱器管壁溫度與減溫水投用對應關系。圖中A側(cè)減溫水從13:19:43的14t/h增加到13:20:11的35t/h，導致局部管屏出口壁溫從13:22:10到13:27:06自484.97C下降至354.8℃，共下降130℃，降溫速率為260C/min，降溫速率遠遠大于技術措施中要求的<2.5'C/min。
4、制定氧化皮集中剝落防治措施
4.1制訂完善《防止氧化皮集中剝落的技術措施》，從機組啟動、停運及正常運行過程中做好運行方式調(diào)整及參數(shù)控制防止氧化皮集中剝落
(l)針對氧化皮剝落特點，明確規(guī)定啟動過程各個階段的升溫速率及機組啟動至帶負荷后72h內(nèi)不同階段主汽溫度控制范圍。
(2)對啟動過程中減溫水投用做了詳細規(guī)定，防止因減溫水投用不當造成氧化皮爆管。啟動過程中盡量使用一級減溫水調(diào)整主汽溫；80MW負荷以下時，盡量少投用二級減溫水，減少末級過熱器管壁溫度的變化速率；使用減溫水時每次減溫水門的開度變化≤5%．相鄰兩次的操作間隔時間不少于5min，觀察減溫器后的溫度穩(wěn)定后方可進行下一次的操作，且必須保證減溫器后的溫度有50℃以上的過熱度。
(3)明確機組正常運行過程中吹灰制度、制粉系統(tǒng)運行方式、機組升降負荷時主汽和再熱蒸汽溫度變化速率、高溫受熱面管壁溫度的監(jiān)視及超溫處理方法。
(4)明確機組停運過程中主汽溫調(diào)節(jié)方式、主汽和再熱蒸汽溫度變化速率、停機方式、停爐后保養(yǎng)方式
4.2修訂完善《啟動過程中大流量沖洗技術方案》
明確啟動過程中大流量沖洗的控制參數(shù)、沖洗方法、注意事項、安全措施，汽機沖轉(zhuǎn)前利用高、低壓旁路進行受熱面大流量沖洗在啟動初期及時將上次停機過程中滯留在管內(nèi)的氧化皮排出，防止存留的氧化皮造成管內(nèi)流通面積減小超溫爆管。
4.3開展技術攻關工作
以安裝測點、燃燒試驗為基礎，查找影響氧化皮剝落因素通過試驗指導運行操作進行設備壽命評估，指導受熱面檢查、檢修、改造工作。
(1)在末級過熱器高溫段加裝6只爐內(nèi)壁溫測點、增補爐外85只壁溫測點，通過試驗掌握爐內(nèi)、爐外壁溫實際差值，根據(jù)爐內(nèi)123管允許運行的溫度反推爐外壁溫，將原有主汽報警溫度610℃修正至600℃，從根本上避免了因報警溫度設置不合理．爐內(nèi)T23管運行中長期超溫，氧化皮非正常產(chǎn)生導致的使用壽命縮短及集中剝落爆管事故。
(2)進行不同的負荷、燃燒模式、機組啟停和變負荷過程等24種工況下燃燒試驗，找出影響末級過熱器左右側(cè)吸熱偏差及爐內(nèi)壁溫、汽溫劇烈波動的因素：通過優(yōu)化運行方式降低末級過熱器屏間吸熱偏差及爐內(nèi)管壁溫度，減緩氧化皮的生成，綜合治理因氧化皮剝落而產(chǎn)生的超溫爆管問題。圖5中紅色曲線顯示：優(yōu)化調(diào)整后600MW負荷工況下，末級過熱器屏間吸熱分布趨于均衡，峰值溫度降低5C—l0℃。
(3)研制并應用末級過熱器壁溫在線監(jiān)測系統(tǒng)。在爐內(nèi)、爐外壁溫測點24種工況下燃燒試驗取得數(shù)據(jù)的基礎上，通過壁溫在線系統(tǒng)解決如下關鍵問題：①在線監(jiān)控危險管屏、危險管子所處的位置爐外壁溫監(jiān)測值和爐內(nèi)壁溫計算值，避免發(fā)生超溫爆管事故；②定性地區(qū)分對壁溫升高影響的特定因素，指導運行人員針對性的進行科學調(diào)整，消除管壁超溫；③根據(jù)每根管子的壁溫歷史記錄，為氧化皮厚度計算及剩余壽命評估提供必要數(shù)據(jù)，為設備狀態(tài)檢修提供科學依據(jù)。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
4.4逢停必檢
利用每次停機機會進行末級過熱器受熱面檢查。先宏觀檢查，對發(fā)現(xiàn)有問題部位及在線監(jiān)測系統(tǒng)提示超溫部位，再針對性地進行硬度、金相試驗；根據(jù)停機時間長短相應安排末級過熱器高溫段出口彎頭拍片檢查，對堆積氧化皮的彎頭在進行割管清理及更換處理的同時，注重原因分析和風險評估工作，杜絕事故發(fā)生。自2006年6月至2008年10月，已累計進行末級過熱器拍片檢查3784片次，查出停機過程中剝落堵塞的末過管6處，避免了因檢查不到位造成機組啟動后超溫爆管事故。圖6為拍片檢查出末級過熱器出口彎頭堆積氧化皮情況。
5、結(jié)束語
國華太倉發(fā)電有限公司8號機組自2007年6月發(fā)生末級過熱器爆管以來，廣大技術人員依托科研院所及專家對高溫受熱面氧化皮生成、剝落機理進行研究；通過技術攻關，在大量試驗基礎上摸索出影響氧化皮集中剝落的關鍵因素，有針對性制定、執(zhí)行了一系列檢查、檢驗及運行操作措施，截至2009年4月再未發(fā)生氧化皮集中剝落爆管事故，氧化皮問題得到有效控制。
