锅炉低温再热器泄漏原因分析及处理措施

姚东民

（大唐河北发电有限公司马头热电分公司，河北 邯郸 056044）

1 设备概况

大唐河北发电有限公司马头热电分公司（简称“马头电厂”）9、10号锅炉为东方锅炉厂生产的DG 1025／17.4－Ⅱ12型、亚临界参数、四角切圆燃烧、自然循环、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、半露天布置、全钢构架汽包炉。沿烟气流向依次为水冷壁、屏式过热器、高温过热器、前水冷壁拉稀管、高温再热器、后水冷壁拉稀管、前包墙过热器拉稀管，尾部烟道前竖井布置有低温再热器、后竖井布置有低温过热器，省煤器位于低温过热器之下预热器之前。低温再热器蛇形管分为水平段和垂直段，其中，水平段共五组，沿炉宽共98片，顺列逆流布置，6根管圈绕制，除需焊接支撑耳板的外圈管为φ63.5 mm×6mm 外，其余均为φ60mm×4mm。下三组水平段材料为SA－210C，上数第二组水平管组（由下往上）材料分别为SA－210C、12Cr1MoVG，上数第1组水平管组的材料为12Cr1MoVG。

2 存在的问题

9号、10号锅炉分别于2009年12月24日 和2010年5月18日投入运行。2011年2月9日，9号炉低温再热器北数第10排，上数第5根发生了泄漏。2011年4月22日，10号炉低温再热器上数第二组左数第1排，上数第4根尾部弯头外弧处发生泄漏。2011年11月5日，9号炉低再上数第三组南数第28排，上数第3根前部弯头外弧直段处发生泄漏，均导致机组被迫停运检修。3次泄漏均是壁厚减薄明显，为飞灰磨损泄漏，漏点集中在低温再热器受热面尾部弯头及两侧边排管段。

3 原因分析

针对该问题，从9 号、10 号锅炉低温再热器受热面飞灰磨损机理、受热面布置、燃用煤种、运行调整、检修等方面进行分析，找出低温再热器受热面泄漏的原因。

3.1 磨损机理

烟气流过受热面时，其中的飞灰颗粒对受热面管壁将产生冲蚀。当灰粒相对管壁表面的冲击角较小，甚至接近平行时，灰粒主要对管壁产生冲刷磨损。此时灰粒垂直于管壁表面的分力使它楔入被冲击的管壁，而灰粒与管壁表面相切的分力使灰粒沿管壁表面滑动，2个分力合成的结果对管壁表面起到切削作用，使管壁表面金属颗粒脱离母体而流失。在大量飞灰长期反复切削作用下，管壁表面将产生磨损。当灰粒相对管壁表面的冲击角度较大，或接近于垂直时，灰粒主要对管壁产生撞击磨损。飞灰颗粒以一定运动速度撞击管壁表面，使管壁表面产生微小塑性变形或显微裂纹，在大量灰粒长期反复撞击下，逐渐使塑性变形层脱落而产生磨损。因此锅炉尾部受热面的飞灰磨损是冲刷磨损与撞击磨损综合作用的结果。飞灰磨损的速度主要取决于灰粒的烟气流速、飞灰浓度、灰粒的物理化学性质、灰量等等。据试验研究证实管束的磨损量与含灰气流速度的3～3.5次方成正比，平均烟速过高磨损量会急剧增加。造成尾部受热面磨损，主要是局部烟速过高。飞灰浓度大，磨损量也大，有时平均飞灰浓度并不高，而局部飞灰浓度过高，撞击次数增加，磨损加快。

3.2 入炉煤质偏离设计值

因煤碳市场变化，马头电厂自2010年4月开始进行入炉煤掺配煤泥，实际入炉煤的各项指标较设计值有较大变化，见表1。

表1 煤质指标

由表1可以看出，实际燃煤灰分是设计值的1.5倍，相应锅炉受热面磨损速率比设计值增加1.5倍。配煤掺烧后灰分硬度加大，消缺时检查该部积存灰渣，其坚硬度感觉较明显，由于烟温降低飞灰灰粒变硬，造成了锅炉受热面的磨损加剧。目前，马头电厂实际燃用的煤质与设计煤种相差很大，实际入炉煤收到基灰分含量较设计煤种高30%左右。在燃用劣质煤时，烟气飞灰浓度增加，磨损速率随之增加。

3.3 烟气分配不均

机组投运后，再热汽温为520～532 ℃，低于设计值。运行人员通过调整烟气挡板开度，增加低温再热器侧烟气量的手段来提高再热汽温，低温再热器侧烟气挡板始终保持在100%。当机组负荷在250～300MW 时，过热器处挡板开度一般为70%～90%；当机组负荷在200～250 MW 时，低温过热器底部挡板开度一般为40%～60%，由表2、表3数据可知，运行中漏点附近处烟气流速明显超过设计所需烟气流速。因此，通过低温再热器的烟气流量和流速增加，致使低温再热器处磨损加剧，缩短了炉管寿命。

3.4 设备结构的影响

低温再热器布置在尾部竖井烟道的前部，当烟气从水平烟道流入对流竖井时做90°转弯并下行，靠近拐弯处烟气流速增加，在离心力作用下，飞灰颗粒向前侧聚集，飞灰浓度增大。因此在设计结构上，低温再热器管排靠近中隔墙的尾部弯头部位属磨损严重区域。为防止此区域的管排发生异常磨损，设计上一般设有带孔的均流板，而9号、10号锅炉未设计均流板，在尾部中隔墙过热器处加装了宽度为200mm 的遮烟板。200mm 遮烟板仅能遮挡外1～2圈尾部的弯头，运行中，尾部的飞灰聚集在遮烟板上，改变方向后，增加了烟气对低温再热器尾部弯头的磨损。

表2 改变烟道挡板开度对烟气流速的影响

表3 实测低温再热器侧漏点处烟气流速

对于顺列布置的管排，磨损最为严重的管段为管排第1根管、出列管、3倍节距处的管子，2011年11月5日9号炉低温再热器泄漏管子有轻微出列现象，出列长度约为20mm，处于顺列管排磨损严重区。

3.5 机组长期高负荷运行

9号、10号机组投运后，一直维持较高负荷下运行。仅调取2010年8月10日至2011年01月31日机组负荷数据，机组平均负荷为264.3 MW／h。其中高负荷（≥250MW／h）运行时间占总运行时间的65.9%。日均最高发电量达到6 900 MW，负荷达到287.5 MW／h，长期高负荷运行，且入炉煤热值降低的条件下，因燃煤量、烟气量、烟气流速、灰量增加，磨损速率必然增大。

3.6 设计烟气流速

对于锅炉燃用灰分为25%～30%的煤种，尾部竖井内管排间烟气流速推荐值不宜超过9 m／s［1］。烟道中烟气温度已降低至600～700℃，飞灰灰粒变硬，对受热面管壁磨损速率增大。而9 号、10 号炉低温再热器设计烟气流速为11m／s（经现有煤质校核烟气流速为12 m／s），高于锅炉设计推荐值。9号、10号炉入炉煤设计灰分31.5%，低温再热器烟气流速12m／s；因此9号炉低温再热器处烟气流速设计是不合理的。若某受热面设计烟气流速为9 m／s，设计寿命为10年，烟气流速实际为12m／s，则该受热面实际使用寿命为3.87年。

4 处理措施

综合以上分析可知锅炉低温再热器发生泄漏的主要原因是飞灰磨损严重。因此，可采取以下措施降低飞灰磨损。

对低温受热面进行全面防爆检查，对磨损部位用测厚仪进行测厚，根据测厚结果添加防磨护板或更换磨损超标的管段。对所有低温再热器每排上数第3、4、5根后侧外弯头、下数第1、2根后侧内弯头；低温过热器每排上数第2、3根后侧外弯头，下数第1、2根后侧内弯头；省煤器每排上数第2根后侧外弯头，下数第1根后侧内弯头添加防磨护板。在每组低温再热器靠近中隔墙处、低过及省煤器靠近后包墙处加装烟气均流板，宽度须覆盖最内圈蛇形管弯头，且保证烟气流场通畅。

4.1 严禁锅炉超出力运行

鉴于2台DG 1025／17.4－12型锅炉低温再热器烟气流速设计偏高，入炉煤严重偏离设计值，低温再热器加装护板后通流面积进一步减小，安装过程中存在管排不均匀性，局部烟气走廊难以消除等客观因素无法改变，即使受热面烟气流速不超设计值磨损速率也高于正常水平。冬季供热期间因供热量增加，锅炉蒸发量升高，锅炉会出现超出力运行工况，此时烟气量升高，各受热面烟气流速增加。严禁锅炉蒸发量超出960t／h（BRL 工况即额定工况，锅炉厂设计值949.2t／h，考虑一次调频影响暂定960t／h，不超锅炉BMCR 工况1 025t／h）；主、再热汽温545℃工况运行；各受热面不超壁温；煤质变差时严禁强带负荷。

4.2 调整烟道挡板开度

通过低温再热器处烟气流速试验测算，原过热器侧烟道挡板开度可以保证低温再热器处烟气流速不超设计值，但为降低受热面磨损速率，机组在正常运行中按以下蒸发量区间确定过热器侧烟道挡板最小开度如下：

840t／h≤蒸发量＜960t／h，过热器挡板开度100%，再热器侧烟气挡板开度维持在60%～70%。当再热汽温度低于520 ℃时，可适当开大再热器侧烟道挡板，再热汽温仍持续降低，可关小过热器烟道挡板，最低可关至80%；

750t／h≤蒸发量＜850t／h，过热器烟道挡板最低可关至70%；

600t／h≤蒸发量＜750t／h，过热器烟道挡板最低可关至60%；

蒸发量＜600t／h，过热器烟道挡板最低可关至50%。

4.3 保持合适氧量

根据变氧量调整试验结果，2 台锅炉在以下氧量范围内综合考虑排烟损失、再热汽温为机组经济性最佳工况点：

850t／h≤蒸发量＜960t／h，氧量维持在4.5%±1.0%；

600t／h≤蒸发量＜850t／h，氧量维持在5.0%±1.0%；

蒸发量＜600t／h，氧量维持在6.0%±1.0%。

4.4 落实全过程管理措施

严格执行《锅炉压力容器安全监察暂行条例》、《电力工业锅炉压力容器监察规程》、《电力工业锅炉压力容器检验规程》、《火力发电厂金属技术监督规程》、《中国大唐集团公司技术监控管理办法》、《中国大唐集团公司金属监督技术管理制度》以及其他相关规定，公司成立防四管泄漏管理网，明确各部门责任。把防止锅炉承压部件爆破泄漏事故的各项措施落实到运行、检修和生产管理的全过程工作中。

4.5 重点部位逢停必查

对重点部位防磨防爆检查做到逢停必查。水冷壁包括燃烧器区域内水冷壁的宏观检查；炉膛开孔周围水冷壁管的磨损腐蚀情况；选择热负荷最大的部位进行割管检查；炉膛四角及燃烧器相联处水冷壁管因膨胀不畅而拉伤的情况检查；水冷壁管高温区管子的壁厚检查等。过热器、再热器检查管排磨损及蠕变胀粗、鼓包情况，对于在运行监视中发现经常超温的管子应重点检查：受热面平整度检查，主要是检查管子的节距，查出有无出列管；四边的管子弯头及穿墙管的磨损情况：固定卡及吊卡的检查与调整，以及被夹管子的碰磨情况检查：过（再）热器的管壁温度测点检查及校验，包括测点是否松动、烧损、测点数量等。低温受热面主要是防磨装置的检查和整理：低温再热器、低温过热器、省煤器前后左右边的管子、弯头及穿墙处管子的磨损情况；管排及其间距变形情况检查及整理；炉墙应检查炉墙的膨胀接合缝处，穿墙管的密封情况等。

5 结束语

再热器受热面泄漏会导致锅炉被迫停运，从飞灰磨损机理受热面布置、燃用煤种等方面对泄漏发生的的原因进行剖析，根据原因提出相应的处理措施，马头电厂9号、10号锅炉在检修、运行中采取措施后，低温受热面磨损速度明显减缓，磨损情况处于可控、在控状态。锅炉热态运行良好，在检修周期内未发生低温再热器飞灰磨损泄漏缺陷，确保了机组的安全长周期运行。

［1］袁镇福，刘志敏，田子平.电站锅炉原理［M］.北京：中国电力出版社，1997.