电厂锅炉设备中高温过热器爆管的原因以及防治措施初探

印吉阳

摘 要：电厂锅炉设备长期运行期间，高温过热器易发生爆管故障，导致锅炉停运，拉低电厂的经济效益。基于此，文章以A电厂为例，简要介绍了锅炉设备的故障概况。从设计、选材、积灰，及系统性能等方面，分析了高温过热器的爆管原因。并视不同的原因，提出了不同的解决方案。以期能够为电厂工作人员提供参考，进一步降低高温过热器爆管率，提高锅炉运行的稳定性与连续性。

关键词：电厂锅炉；高温过热器；爆管原因

中图分类号：TK227 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）24-0116-02

Abstract： During the long term operation of boiler equipment in power plant， the high temperature superheater is prone to tube explosion， which leads to the shutdown of boiler and lowers the economic benefits of power plant. Based on this， taking Power Plant A as an example， the paper briefly introduces the fault situation of boiler equipment. From the aspects of design， material selection， ash deposition and system performance， the causes of tube explosion of high temperature superheater are analyzed. According to different reasons， different solutions are put forward， so as to provide reference for the power plant staff， further reduce the high temperature superheater tube burst rate， and improve the stability and continuity of boiler operation.

Keywords： power plant boiler； high temperature superheater； cause of tube burst

前言

高温过热器为电厂锅炉的主要构件，包括辐射换热、对流换热、复合式换热三种形式。锅炉运行期间，高温过热器需长期处于灰尘、烟气以及火焰等恶劣环境下运行。长此以往，极容易导致器械元件积灰，导致其性能失效，进而诱发爆管。高温过热器爆管，不仅容易增加发电风险，且容易对锅炉的整体性能造成影响。可见，有必要对其爆管原因及预防措施进行探讨。

1 A电厂锅炉设备故障概况

A电厂为火力发电厂，位于我国国内。近年来，随着电力用户数量，以及用力量的不断增多，该电厂积极进行了改革。截至到目前，该电厂的发电量，已达9007.13kW，为我国各行业的发展，提供了极大的能源支持。A电厂过热器，包括低温过热器与高温过热器两种。后者安装在炉膛出口部位，与IR525型长伸缩式蒸汽吹灰器相连。吹灰蒸汽参数，为1.1MPa，效率平均为92%。2017年1月，A电厂高负荷运行期间，曾发生一起高温过热器爆管故障。爆管后，工作人员立即停炉。给予清灰后再次启动，4天后再次爆管，故继续给予停炉处理。该事件为A电厂所造成的损失，高达1514.4万元。为减少损失，确保用户能够稳定用电。该电厂决定深入分析高温过热器爆管的原因，并给予预防。

2 电厂锅炉设备中高温过热器爆管的原因

2.1 高温过热器设计不合理

A电厂高温过热器管束共69排，管束间隙为65.39mm。上述设计方法，有效增加了过热器的受热面积，改善了锅炉的吸热效果。但如过热器长期处于超高温的状态下运行，则极容易爆管[1]。除此之外，管束间隙小，同样容易增加清灰难度，导致灰尘长期积累，增加爆管的风险[2]。A电厂高温过热器，位于炉膛出口部位。在高温烟气的长期作用下，爆管故障的发生风险，同样会明显增加。

2.2 高温过热器材料质量低

高温过热器材质选择不当，同样容易增加爆管的风险。通常情况下，电厂高温过热器的材质，均为20g钢材。该类材质的过热器，所能够承受的温度，处于450℃范围内。长期使用，极容易因超温而发生爆管[3]。另外，过热器长期使用期间，受积灰问题的影响，过热器的散热效果，会逐渐下降。因此，管束温度指标，同样会明显提升，导致爆管问题发生。A电厂故障发生后，经检查发现，高温过热器管束已明显石墨化。表明，爆管故障与过热器材质不良不无联系。

2.3 高温过热器积灰严重

高温过热器长期使用期間，易积累灰尘。吹灰器虽可在一定程度上减少积灰量，但管束间隙区域，吹灰较为困难，因此灰尘积累量往往较大。上述状况长期存在，容易导致管束受热不均，导致过热器性能下降，增加爆管的风险。除此之外，煤的材质，同样容易对积灰问题造成影响[4]。A电厂原使用的煤炭，灰分高达35%。且煤炭燃烧所产生的灰尘量，同样较大。需立即给予清灰，并加强吹灰处理，以减少积灰量，预防爆管。

2.4 疏水系统存在故障

疏水时间不合理、疏水不彻底，同样容易导致高温过热器出现故障。在疏水时间异常的情况下，水汽往往会随蒸汽，进入至锅炉炉膛之中。此时，吹灰器周围烟气的含湿量，将明显提升[5]。含湿量大的烟气，排除的过程较为困难。长此以往，将导致大量水蒸气，附着于管壁之上，形成“灰墙”。进而导致高温过热器温度过高，导致爆管的问题发生。解决上述问题的关键，在于合理设置疏水时间、提高疏水的彻底性。需注意的是，疏水量与锅炉管径存在一定的联系。如管径过小，无法满足疏水要求，同样容易导致爆管的问题发生。

3 电厂锅炉设备中高温过热器爆管的防治措施及效果

3.1 优化设计指标及效果

针对由管束间隙设计不合理所导致的爆管问题，应通过扩大管束间隙的方式给予解决。但鉴于短期内，电厂无法更换设备[6]，因此，建议对锅炉的负荷进行调整。在适当降低负荷的基础上，降低过热器温度及烟气温度，减少过热器爆管风险。A电厂结合自身的发电需求，以及用户的用电需求，将负荷降低为了90t/h。通过测量发现，与优化设计前相比，设计后，烟气的温度由900℃，下降到了754℃。高温过热器表面温度，同样得到了一定程度的改善。

3.2 合理选择材质及效果

为避免因材质不佳，而导致爆管，应通过更换管束材质的方式，预防管束石墨化，提高高温过热器质量。高温合金钢材，指耐高温指标达600℃以上的合金材料，优势主要表现为抗腐蚀及耐高温性能强[7]。12Cr1MoV钢材，为高温合金钢材的一种。由碳、硅、锰、钼、铬等元素构成。其中，碳含量为0.38%-0.45%，硅为0.17%-0.3%，为0.40%-0.70%，钼为0.15%-0.25%，铬为0.90%-1.20%。将其应用到锅炉高温过热器管束制造过程中，将能够有效延长管束的使用寿命，避免发生石墨化等问题。

3.3 积极清理积灰

实践经验显示，高温过热器管束中，未积灰的管束，导热系数为46.5-58.2w/m2·℃。积灰的管束，导热系数为0.0590-0.118w/m2·℃。两者对比发现，灰尘的积累，极容易影响过热器的性能，影响锅炉的热效率。为避免灰尘长期积累，导致过热器爆管，建议适当增加声波吹灰器的数量，并定期给予吹灰。考虑管束间隙部分的灰尘，清除难度较大。A电厂于高温过热器运行过程中，对其运行状态进行了观察。发现异常，立即清理灰尘，一定程度上降低了严重故障的发生几率。

3.4 加强系统维护

为确保疏水彻底，适当延长疏水时间是关键。对此，A电厂决定将疏水的步骤，设置在吹灰步骤之前。同时，将疏水时间，由5min，增加为10min。采用上述方式对系统进行维护后发现，电厂烟气的含湿量明显下降。上述措施应用1年内，未见“灰墙”的现象再次出现。表明，将疏水时间延长，能够有效改善高温过热器的运行环境，使其爆管故障率得以降低。除此之外，考虑到A电厂锅炉管径，仅为25mm，而疏水线则需50mm。A电厂决定，将锅炉管径扩大至50mm。管径扩大后至今，锅炉高温过热器，未再见爆管的问题发生。

4 结束语

综上所述，A电厂于高温过热器爆管后，明确了爆管的原因，并进行了预防，有效降低了爆管率，降低了电厂成本，提高了经济效益。对此，我国各电厂可以以A电厂的经验为参考，在优化高温过热器设计指标的同时，将高溫合金钢材质，应用到器械设计过程中。在此基础上，提高煤的质量，并采用吹灰器及时吹灰，以避免爆管的问题发生，提高锅炉运行的稳定性。

参考文献：

[1]付坤，王长才，刘晓林.15CrMoG耐热钢高温过热器爆管失效分析[J].热加工工艺，2018，12（08）：253-255.

[2]杨继锐，冀向昆.高温高压锅炉屏式过热器爆管原因分析与故障处理[J].冶金动力，2018，20（02）：44-46+50.

[3]苏永健，关鑫源.超临界锅炉右包墙过热器爆管原因分析及预防措施[J].山西电力，2017，18（05）：66-69.

[4]王林，杨博，郭三虎.660MW超临界直接空冷机组锅炉末级过热器爆管原因分析[J].热加工工艺，2017，46（16）：261-264.

[5]李冠华.广东某电厂（1000MW）锅炉前屏过热器爆管的原因分析[J].内燃机与配件，2017，28（13）：61-63.

[6]吕新乐，罗江勇，边鹏飞.某600MW超临界锅炉高温过热器管爆管原因分析[J].东北电力技术，2017，38（01）：34-36+42.

[7]蔡昌全，王成.12Cr1MoVG锅炉高温过热器管爆管事故分析[J].化学工程与装备，2016，19（09）：285-287.