干熄焦锅炉爆管原因分析及解决措施

陈升志，袁道朵，刘 丽

（首钢水城钢铁（集团）有限责任公司，贵州六盘水 553028）

前言

某钢厂干熄焦锅炉建于2011 年，锅炉型号为Q177∕980-71.25-9.8∕540。自投产以来，锅炉运行效果良好，吨焦产汽率达到设计值0.54 t，为提升该钢厂自发电量及自发电率提供了坚实基础。近年来，鳍片蒸发器先后出现2 次爆管，一、二级过热器、吊挂管等出现管壁磨损严重、管壁减薄等现象，为干熄焦锅炉及干熄焦炉安全、连续、稳定运行带来影响的同时，也损失了发电量。

1 事故经过

某年8 月5 日，正在监盘的岗位人员发现锅炉出、入口负压变正压，同时锅炉主蒸汽温度从533 ℃急剧下降至463 ℃、汽包水位从65 mm 急剧下降至-46 mm。一岗位人员立即加大锅炉补水［1］，另一岗位人员到现场检查后发现锅炉出口膨胀节处向外淌水，同时二次除尘向外冒蒸汽，干熄炉H2含量从1.858%逐步上升至9.149%。岗位人员判断锅炉可能发生泄漏，立即汇报申请停炉，停炉后检查为鳍片蒸发器泄漏，停炉后期因泄漏水量较大，锅炉底部冷灰斗内积灰与积水造成冷灰斗超重，锅炉冷灰斗从转向风道膨胀节处脱落（见图1）。

图1 锅炉冷灰斗超重脱落

2 原因分析

通过检查，发现鳍片蒸发器泄漏点位于鳍片蒸发器检修口（见图2）。

图2 泄漏点位置

此次事故，鳍片蒸发器共有3 个漏点，其中2 根鳍片管磨穿漏点，1 根鳍片管磨损严重，产生爆管，根据以上检查，对造成爆管的原因进行分析。

2.1 鳍片蒸发器排查

由于鳍片蒸发器检修口是凹槽形状，循环气体流通过程中，在此处产生节流，使循环气体流速加快，加速鳍片管磨损速度，导致爆管。

2.2 焦粉颗粒排查

循环气体中携带焦粉，其中粒度超过2.5 cm 的较多（见图3），大颗粒焦粉在流通过程中增加锅炉内部换热管的磨损，特别是在鳍片蒸发器检修口凹槽处形成旋流，加大鳍片管的磨损。

图3 锅炉焦粉颗粒测量

2.3 循环通道排查

锅炉底部沉积焦粉堵塞部分气体循环通道，在底部产生第二个节流口，正常运行状态下循环风量为12.5 万m3∕h，但在通过变窄的通道时，循环气体流速增加，加速了锅炉内部换热管的磨损。

2.4 数据分析

干熄焦锅炉入口负压统计数据详见表1，锅炉入口负压在-1.8 kPa～-1.3 kPa 之间的运行时间较多，不满足-1.2 kPa～-0.8 kPa的控制要求，由于负压较大，导致大量大颗粒焦粉不能完全从一次除尘器除去，进入锅炉内，造成管道磨损。

表1 干熄焦锅炉入口负压统计数据

3 其他隐患

在停炉后，除对上述爆管点进行检查外，对一、二级过热器、管网蒸发器、省煤器等设备进行全面检查、测量，发现一、二级过热器受热管减薄较严重。

3.1 一级过热器检测情况

共有36 根换热管，管子规格为∅33.4 mm、管壁厚度为4.5 mm、材质为12Cr1MoVG∕GB5310。磨损处壁厚≤3.0 mm。

3.2 二级过热器检测情况

共有33根换热管，管子规格为∅34 mm、管壁厚度为6 mm、材质为12Cr1MoVG∕GB5310。磨损处壁厚≤3.8 mm。

3.3 吊挂管检查情况

因焦粉颗粒磨损、高温硫腐蚀等原因，吊挂管迎风面部分防磨瓦损坏严重（见图4）。

图4 吊挂管防磨瓦迎风面损坏严重

3.4 切管检验情况

对一、二级过热器及爆管管子进行化学成分检验，其中Cr、Mo、S均有不同程度的偏低，成分相差不大（详见表2），但2 根漏水管道硫含量略高，管道表面硫腐蚀严重。

表2 12Cr1MoVG管子化学成分分析 %

经分析，一级过热器硫腐蚀面主要位于出口迎风面，二级过热器硫腐蚀主要位于出口背风面，由于12Cr1MoVG 材质钢金属壁温≥350 ℃时发生硫腐蚀，当温度达到500 ℃，硫腐蚀是350℃的6～8 倍，若温度达到750 ℃则是500 ℃的6～10 倍。而二级过热器至鳍片蒸发器段的入口烟气温度均超过350 ℃，处于硫腐蚀温度区域，故一、二级过热器及吊挂管防磨瓦均受到高温硫腐蚀，导致管道及防磨瓦减薄、受损。

大颗粒焦粉尺寸较大，不能通过鳍片蒸发器之间的间隙，焦粉堆积并在气流作用下产生旋流，增加鳍片管磨损。

4 整改办法及措施

4.1 鳍片蒸发器结构优化［2］

对鳍片蒸发器爆管鳍片管及旁边磨损严重的2 根鳍片管进行更换，共计更换5 根鳍片管，同时加装防磨护板，在检修口加阻力挡板，减缓循环气体对检修口的节流冲刷，见图5。

图5 鳍片蒸发器结构优化

4.2 过热器加装护板

对一级过热器壁厚＜3 mm 的管子、二级过热器壁厚＜4 mm 的管子全部更换，并对二级过热器第一排管子加装防磨护板。

4.3 吊挂管加装双层护板

将吊挂管防磨瓦由一层防护增加为两层防护，提升吊挂瓦迎风面抗冲刷磨损和高温硫腐蚀能力（见图6）。

图6 吊挂管双层防磨瓦

4.4 增加排灰装置

在锅炉底部冷灰斗安装2 个排灰阀，每周的周一、周三、周五定期排灰，观察排除灰中焦粉颗粒度，一旦发现异常，及时调整，及时排除集中聚集在冷灰斗中的灰，减轻冷灰斗重量，保护冷灰斗。

4.5 工艺操作优化

对工艺操作实行精细化管理、操作［3］，控制锅炉入口烟气温度＜980 ℃、锅炉入口负压＞-1.2 kPa、锅炉主蒸汽温度控制在520～540 ℃、主蒸汽压力控制在＜9.3 MPa，同时调整干熄焦炉定修频次，从每个月一次定修调整为2 个月一次，减少锅炉启、停次数，保障锅炉在参数稳定的环境中持续运行。

4.6 技术升级

为彻底解决过热器因高温硫腐蚀造成的过热器管子腐蚀减薄，防止爆管事故再次发生，采取了以下改进措施。

（1）更换锅炉内一、二级过热器管子，采用耐腐蚀、耐高温效果较好的TP321H 材质管子代替原有12Cr1MoVG 材质管子，同时在一、二级过热器前喷涂3层防磨、防腐蚀涂层，替代笨重的防磨瓦。

（2）如鳍片管蒸发器鳍和鳍片省煤器节距偏低，会导致大颗粒焦粒不能流通，造成焦粉堆积，影响锅炉热效率并造成磨损。为此，将鳍片蒸发器鳍片高度调整为20 mm、鳍片管间节距增加到14 mm、厚度调整为1 mm；将鳍片省煤器鳍片高度调整为16 mm，鳍片管间节距增加到10 mm、厚度调整为1 mm。在不影响锅炉换热效率的同时，减少了鳍片蒸发器和省煤器迎风面焦粉堆积的现象，焦粉堆积情况得到了明显改善，未观察到明显焦粉堆积。

4.7 复查

采取上述措施后，在后续2 次检修过程中，对一、二级过热器、吊挂管防磨瓦、鳍片蒸发器鳍片管等进行检查，运行效果良好，未出现高炉硫腐蚀、减薄、焦粉堆积严重等现象。

5 结束语

干熄焦锅炉的安全、连续、稳定运行与锅炉的操作调整、设备定期维护保养密不可分。某钢厂针对干熄焦锅炉运行存在的问题，采取一系列措施，大大提高了锅炉的运行效率，为干熄焦系统稳产、高产提供了基础。