干渣机钢带事故分析

陈 德

(华能应城热电有限责任公司，湖北 孝感 432400)

0 引言

某火力发电厂350 MW锅炉是东方锅炉厂制造的超临界参数变压运行直流锅炉，一次再热、平衡通风、单炉膛、尾部双烟道，采用烟气挡板调节再热汽温，固态排渣、全钢构架、前后墙对冲燃烧的全悬吊结构π型锅炉。锅炉排渣采用较为先进的风冷干式排渣系统，此系统具有占地少、耗水量少、运行费用低、煤渣综合利用价值高等优点，系统与两个漏斗形渣斗间采用非金属膨胀节进行密封，主要包含炉底排渣装置、液压破碎机、钢带机、碎渣机、渣仓等。2021年2月初，该电厂2号机组发生了一起钢带机钢带严重跑偏事故。

1 事故过程及处理

1.1 第1次跳闸及处理

2021-02-04T09:45，电厂2号机组钢带机异常跳闸。检修人员现场检查未发现明显异常现象，于是就地方式启动钢带机运行，10 min左右钢带机再次跳闸，检修运行人员就地排查故障原因，排除了非电气及热工保护信号误动作跳闸的同时，发现钢带机头部钢带向炉前严重跑偏出轨，炉后侧承载钢板垂直部分(立板)与导料板发生错位，炉前侧局部耳板存在单独或连续变形、翘起等现象。

钢带机主要参数见表1。

表1 钢带机主要参数

初步判断钢带机跳闸直接原因为立板与导料板错位卡死所致。

为查明立板与导料板开始错位的初始位置，决定从钢带机头部开始往下沿钢带上升段上壳体依次开面积约0.4 m2的天窗孔，同步通过钢带机头部的主动滚筒轴承座进行钢带中心调偏工作。由于钢带内部温度很高且为受限空间，抢修初期不具备进入条件，故增加开孔至4处由外向内观察，基本查明错位初始点在炉后钢带机头部向下大约20 m处，同时发现头部至开始错位点间的立板均已向导料板外侧连续倾斜变形，炉前侧钢带承载钢板连带立板连续或单独变形损坏20 m左右。

检修人员告知运行人员需稳定锅炉负荷并暂时停止炉膛吹灰等操作，以便开展紧急抢修，。

检修人员为加快检修速度，组织了3组人员进行火割作业的同时，执行错位初始点到头部干涉立板的导料板边条割除工作；组织另外一组人员将头部炉后侧主动滚筒向尾部调整了4 mm，经过4次少量往复调整后，头部钢带中心基本回正。

19:30，错位导料板边条割除工作完成；23:20，钢带中心已基本稳定在中心线位置，同时已将钢带机上余渣排空至渣仓，使得钢带机具备了空转试运行条件。

1.2 第2次跳闸及处理

空转至2021-02-05T00:40，由于炉底渣斗大量结焦、积渣，钢带机开始排渣运行。2月5日03:20，钢带机再次跳闸。尝试反转两次均未成功，且反转时发生钢带打滑现象。

(1) 检查发现钢带头部和尾部未出现明显跑偏，但炉后侧再次出现错位，继续向下开第5处天窗孔发现此次初始错位点，较上次下移大约5 m。

(2) 检查发现钢带上部尤其是过渡段焦量较多，且立板与割除边条后的导料板间夹渣过多。分析认为本次跳闸的直接原因是运行人员放渣过快，渣量控制不均匀，短时排渣量过大，异常增大的夹渣处摩擦力加剧导料板变形与立板错位卡死。

在割除新增的干涉立板导料板边条后，鉴于缺失导料板边条易使大焦渣进入导料板内侧增大与立板的摩擦力，回焊宽厚度为60 mm×5 mm的扁钢替补导料板边条，以恢复导料板完整功能。

14:00，完成回焊，随后进行钢带机空转试运，并通过控制液压破碎机的挤压头开关数量及挤压频次来控制放渣量。

(3) 现场检查钢带输渣正常，但上升段有明显间断性异音，认真排查异音非输运焦渣间挤压声，判断为钢带内部金属摩擦声。

(4) 现场对钢带机托轮、托辊和防偏轮进行逐一排查，发现炉前侧钢带机顶部回程段前5处托轮轴承座断裂、炉前侧上升段多处防偏轮有明显磨损划伤及10处防偏轮轴承上盖缺失。分析认为，钢带向炉前侧跑偏后将耳板与防偏轮的正常间隙12 mm缩小至零从而发生摩擦致相互干涉使耳板变形，部分变形耳板翘起导致防偏轮轴承上盖刮掉，并且翘起变形耳板运行至回程段时对托轮刮碰力较大，依次使前面托轮不正常受力致轴承座断裂。

更换损坏托轮及防偏轮后，在钢带机尾部对炉前侧变形的耳板进行校正或割除，并对炉后的倾斜立板进行校正恢复。此过程持续时间较长，一方面由于校正恢复等工作量较大，且在校正恢复过程中还有新增异常变形情况发生，另一方面需间断停止检修以交叉适量放渣，避免渣斗满焦、蓬焦等其他异常情况发生。连续工作至2月7日09:40，对炉前及炉后严重变形耳板割除200余件，回焊恢复耳板150余件，校正承载钢板30余件。

1.3 钢带机受控放渣导致再次变形

大量轻微变形耳板校正完毕后，钢带机开始交由运行人员进行受控放渣工作，但在输渣过程中检查发现，炉后侧钢带耳板又有不少偶发连带立板严重变形的情况发生。

2021-02-08T02:00，检修人员再次校正炉后侧钢带变形耳板及立板并且切除超高点，但校正切割后还存在其他少量新发立板陆续发生严重变形，专业人员分析推断在炉后侧钢带某处还存在不正常碰磨点。

临时组建6组打焦人员轮番上阵进行渣斗内打焦掏焦外排，但渣斗内渣量一直处于较高水平，随时存在渣井内大焦蓬焦搭桥风险。经过综合考量，暂交运行人员受控放渣，同时加强设备跟踪检查，又陆续发现炉后侧部分耳板严重变形偶发连带承载钢板变形甚至撕裂、钢板固定螺栓拔起等现象。

2021-02-10T11:00，锅炉专业组织钢带机技术分析会，重点分析5种可能致炉后侧新增耳板等变形撕裂的原因，列出了相关原因查找技术方案并同步进行方案执行。

14:00左右，在炉后侧从钢带过渡段至上升段方向侧面外壳体处依次割开300 mm×200 mm观察孔，在线观察导料板、立板、耳板、托轮、防偏轮等内部构件的运行情况，发现炉后侧上升段存在立板与导料板间隙大小参差不齐且普遍较小，存在部分相互干涉点。进一步观察发现炉后侧上升段距钢带头部约10 m处一立板与导料板发生严重碰磨，立板变形并连带钢带承载钢板局部撕裂，同时发出“嘣”响声。

停运钢带机，关闭炉底排渣装置，做好相关安措后待钢带温度降至50 ℃以下时，通过壳体所开天窗孔进入钢带机内部。检查发现上升段炉前、炉后侧导料板均存在异常变形情况，普遍成波浪形，两侧立板与导料板间隙存在多处小于10 mm甚至5 mm情况，远小于正常情况下的标准值50 mm。钢带机过渡段及炉底水平段导料板与立板间隙基本均匀、正常，导料板未见明显变形现象。由此判断导料板波浪形变形后与立板相互干涉为新增耳板变形等的直接原因。

组织两组人员同时通过边烘烤边用葫芦校正的方式对变形导料板进行恢复以释放干涉空间。22:20，校正完毕并完成钢带机抢修，使钢带机恢复正常运行。

2 原因分析

2.1 电机跳闸原因

钢带机导料板受热超限局部变形过大，导致承载钢板立板与变形导料板发生碰磨并在大量排焦及焦块挤压作用下突发错位，是本次异常跳闸事故的主因。分析认为，变形导料板与钢带立板一旦发生错位，会挤压钢带后续立板逐次倾倒，倾倒立板进入导料板外侧反向挤压导料板加剧立板外移。当从错位点到头部钢带都脱轨进入导料板外侧时钢带中心跑偏，渣块进入错位的钢带立板和导料板间进一步加剧中心跑偏并带动初始错位点继续向下延伸。随着钢带的偏移跑偏，炉前侧钢带耳板与限位轮开始接触刮碰，因炉后侧的立板已错位至导料板外侧，导致钢带的大范围不正常偏移，此时炉前侧的限位轮已起不到钢带找正、限位作用。当初始错位点向下延伸移动时立板与导料板碰磨力、渣块在错位钢带立板与导料板间摩擦力、钢带跑偏对侧的钢带耳板与防偏轮接触摩擦力、钢带立板与托轮接触摩擦力等种种外力之和，超过电机设定的相应力矩时则触发跳闸。

2.2 导料板受热超限原因

钢带机导料板受热超限主要原因为钢带头部主冷却风风门控制不合理，以及位于钢带两侧面对称布置的60个辅助冷却小风门全部封堵起不到冷却作用，导致钢带运行温度长期过高。通过SIS历史曲线追溯，发现事故发生前两个月内主冷却风门开度均在3 %以内，基本接近关闭状态，钢带过渡段和头部温度最高达到了545 ℃，339 ℃，而事故发生时钢带过渡段和头部温度分别为367 ℃，230 ℃，均未严格执行钢带过渡段温度最高不超过200 ℃及头部温度最高不超过150 ℃的运行规程。

2.3 导料板不正常变形原因

钢带机上升段导料板结构和材质不良等因素加剧了导料板的不正常变形。上升段导料板材质为16 Mn，厚度5 mm，耐热性能劣于水平段和过渡段导料板(材质为20钢，厚度8 mm)；上升段每段导料板长约3 000 mm，远大于水平段和过渡段普遍的1 450 mm/段；每段导料板两端均有三角钢板满焊固定，受热超限后上升段过长的导料板沿长度方向的线性膨胀得不到完全释放，加剧了导料板的不正常波浪形变形。

2.4 电机跳闸保护整定不合理

钢带机的电机跳闸保护整定不合理是本次事故扩大的另一个原因。钢带机第一次跳闸即已发生立板与导料板错位，再次启动运行10 min左右才再次触发跳闸，说明电机跳闸过流保护定值设置偏大，在此错位运行期间未及时有效执行跳闸保护，加剧了错位点向下延伸，同时造成两侧大量耳板、立板变形、托轮、防偏轮等损坏。本次钢带机电机未及时跳闸保护直接导致钢带机炉后侧头部以下约20 m长的钢带立板脱轨进入导料板外侧，钢带炉前侧立板连带承载钢板和耳板集中变形损坏长达20 m左右。

2.5 钢丝衬网寿命超期

钢带机承载钢板下部的钢丝衬网寿命超期是本次异常事故的潜在原因。

(1) 根据设备说明书要求，钢带钢丝网寿命为20 000 h，实际使用寿命已超35 000 h。

(2) 钢带钢丝要求磨损达1/3时更换，实际钢丝普遍磨损量已超1/3，部分钢丝磨损达到1/2。

(3) 发现炉前侧耳板下部钢丝焊接头存在大量脱开情况，加剧了钢带中心炉前炉后两侧摇摆幅度，而且现场发现最大摇摆幅度达到20 mm，远超说明书要求整机中心线偏差小于8 mm的规定。

2.6 日常管理维护不到位

钢带机设备管理维护不力滋长了事故的发生。

(1) 检修维护人员未对2020年5月份2C+修期间已发现的局部钢丝磨损超标现象制定防范措施和密切跟踪检查。

(2) 设备管理和使用人员未对日常巡检中发现的钢带内部异音予以高度重视，且未进一步查明异音的来源。

(3) 相关人员未对设备进行深入有效的隐患排查和治理，未及时发现辅助冷却小风门全部封堵等较大隐患。

3 防范措施

3.1 严格控制干渣机系统运行参数

(1) 运行人员应通过密切监视钢带机相关温度，及时合理控制钢带机头部主冷却风门及辅助冷却风门开度，保证不超温。

(2) 适当控制放渣量，保证放渣平稳均匀，尤其在吹灰运行期间，放渣量不应超过12 t/h。

(3) 干渣机钢带运行频率应不超过20 Hz，不宜长时间超过25 Hz等。

3.2 优化钢带机电机保护跳闸设定值

(1) 钢带机电机跳闸保护由过流1.5倍额定电流持续60 s保护来触发，此设置优化需结合厂家意见，并考虑锅炉负荷及实际的燃煤煤质特性结合相关试验确定，以确保拥有最大连续输渣不停运、异常卡塞时及时停运的能力。

(2) 钢带机电流实时数据需上传至SIS系统以方便各方参考监视。

3.3 加强检查与管理

(1) 加强钢带机头部和尾部跑偏情况检查，发现钢带立板与导流板间隙小于15 mm时，要及时停运处理。

(2) 要重视对钢带机上升段内部异音的辨别与排查。

(3) 发现钢带机头部或尾部出现立板、耳板等明显变形情况，要尽早查明原因并处理。

(4) 减少设备的超期服役，对超期服役的设备做好事故预想与防范措施。

(5) 要密切关注干渣机抢修时渣井的结焦、积焦情况。

3.4 结构及材质优化升级

(1) 要做好检修项目和备品备件的准备。

(2) 要做好导料板材质升级和结构优化。在5月份进行的2 A修已将过渡段和上升段导料板材质升级更换为20钢，厚度增加至8 mm，保留3个支撑固定，每节缩短至1.5 m，每节之间连接间隙保留5 mm，并由新增的导流护板保护，导流护板一侧固定在前导料板上，另一端在后导料板覆盖，不固定。

(3) 要做好钢带材质升级和结构优化。钢带承载板和钢丝材质由304不锈钢升级为更耐温、耐磨的316L不锈钢，并同步进行炉底排渣装置、液压系统、碎渣机等系统的检修维护，确保干渣机系统的本质安全。

3.5 增加在线检测与制动装置

探索增加钢带跑偏在线监测与制动装置，旨在方便运行人员及时发现和处理钢带跑偏故障。