鍋爐高溫過熱器積灰爆管原因分析及防范措施

孟祥君

（大唐內蒙古多倫煤化工有限責任公司，內蒙古 錫林郭勒027300）

1 煤化工動力分廠概況

動力分廠是為多倫煤化工配套設計的能源供應單位。選用5臺四川東方鍋爐工業集團有限公司生產的420t／h褐煤鍋爐，該鍋爐為高壓、自然循環、平衡通風、懸吊結構、固態排渣、汽包爐，緊身封閉布置、全鋼構架，該爐型非常規設計，給水溫度較低。汽輪機為哈爾濱汽輪機有限責任公司制造，其中＃1、＃2機為高壓、單軸、雙缸、雙抽、直接空冷凝汽式汽輪機。＃3汽輪機為高壓、單缸、抽背式汽輪機。動力分廠供給化工區的蒸汽共計3個壓力溫度等級：第一個為8.73MPa、535℃的高壓蒸汽，第二個為1.20MPa、330℃的中壓蒸汽，第三個為0.70MPa、225℃的低壓蒸汽。動力分廠補給水水源采用位于多倫縣境內灤河干流上的西山灣水庫，水庫水經取水升壓泵一次提升后送至廠區。

2 高溫過熱器積灰

2.1 煤種

鍋爐選用煤種是褐煤，分別是蒙宏煤和大唐勝利2號電廠煤，各煤種對積灰影響的程度各不相同，煤的收到基低位發熱量平均為3100kcal／kg，空氣干燥基灰分平均為16%。其主要有以下特征：（1）煤粉水分過大。由于原煤水分高，必然增加制粉系統通風量，引起煤粉細度增大，引起著火、燃燒推遲，煤粉在來不及燃燒完全就離開爐膛。另一方面，由于一次風溫度低、濕度大、風速高，大量一次風進入爐膛引起燃燒區域的溫度降低，煤粉著火推遲，惡化煤粉氣流的燃盡條件，不利于煤粉的燃燒和燃盡。筆者針對煤粉水分的變化情況進行了實驗和摸索，當煤粉水分每增加1%時，飛灰可燃物含量將增加2%。（2）煤粉灰分增大。燃煤灰分高，由于燃料本身放熱量低，燃料消耗量大，加之灰分不但不放出熱量，還要吸收熱量，使爐膛內煙氣溫度降低，也使煤粉著火穩定性降低。（3）煤粉揮發分偏低。煤中揮發分低，煤粉氣流的著火溫度顯著提高，著火熱也隨之增大，必須把煤粉氣流加熱到更高的溫度才能著火。

煤質及設計問題嚴重影響鍋爐運行的安全穩定性和經濟性，鍋爐蒸發量只能被迫生產300t／h蒸汽以下，且運行時間不長就得停爐清理高溫過熱器積灰，嚴重制約化工區的蒸汽需求，并造成大量受電。

2.2 高溫過熱器積灰情況

無論選哪種煤過熱器受熱面都存在嚴重積灰，從停爐積灰情況看，屬于粘結性積灰，粘結性積灰是由于煙氣中的硫酸蒸汽凝結在受熱面管壁上而粘住灰粒，并與灰粒作用而形成水泥狀的堵灰。

3 高溫過熱器爆管原因分析

3.1 磨損

由于積灰嚴重，高溫過熱器管排堵塞，形成煙氣走廊，煙氣中帶有大量灰粒，沖擊和切削作用對高溫過熱器管子產生磨損，管壁減薄，造成高溫過熱器爆管。

3.2 腐蝕與超溫

由于鍋爐的燃燒不正常，煙氣中帶有大量的灰粒子，這些灰粒子可以吸附煙氣中的二氧化碳、二氧化硫和水蒸汽，最終形成具有粘結性很強的灰粒子，進而形成粘結性積灰包裹在高溫過熱器管壁，導致超溫及氧化腐蝕，造成爆管。

以上原因影響過熱器的安全穩定運行，并且頻繁爆管，被迫停爐清灰，給生產帶來了極大的安全隱患。

4 爆管發生的位置

由于積灰形成煙氣走廊的高溫過熱器管排，大量灰粒通過對管排沖刷磨損，使管壁減薄，在過熱器煙氣入口處的彎頭、出列管子，都有爆管情況的發生。

由于形成粘結性積灰，包裹在高溫過熱器上，使高溫過熱器與煙氣傳熱能力下降，造成超溫、氧化腐蝕，機械性能下降，被包裹的高溫過熱器管發生爆管。

5 送檢情況

通過割管檢查送檢，靠近爆口的向火側外壁氧化層上存在著多條縱向裂紋，分布范圍可達整個向火側，內外壁氧化皮比短時超溫爆管時的氧化皮厚，縱向應力氧化裂紋從外壁向內壁擴展，裂紋尖端有少量空洞；向火側和背火側均發生嚴重球化，并且管材的強度和硬度下降，管子內壁和外壁的氧化皮發生分層。

6 采取的防范措施

6.1 鍋爐設備技術改造

由于鍋爐設計問題，我廠對制粉系統、煙風系統等進行改造。3年來，通過對5臺鍋爐的技術改造，增加了省煤器、低氮燃燒器、一次風道燃燒器、長式吹灰器，選擇適宜煤種，從而改善鍋爐的燃燒狀況，達到了額定蒸發量，延長鍋爐的運行時間，滿足了化工區蒸汽量、發電量的需要。

原燃燒器改為低氮燃燒器，立體分級水平濃淡風低NOx煤粉燃燒技術，增加了燃盡風，使燃料得以完全燃燒。通過尾部煙道改造，增加一組省煤器，提高了給水溫度，減少了爐水在爐膛內的吸熱量，減少了燃料量，以便減輕積灰的程度。

在高溫過熱器煙氣入口前左右側增加2臺長式吹灰器，運行根據煙道阻力大小的變化，進行實時吹灰。一次風道增加風道燃燒器，使一次風溫增加40℃，提高了磨煤機干燥出力，磨煤機出口溫度提高，著火燃燒速度加快，燃料燃燒更加充分。

6.2 運行燃燒調整

自投產以來，排煙溫度一直高于設計值20～30℃（設計值為134℃），夏季最高達到170℃，2012年經過運行的熱態燃燒調整試驗、制粉系統的調整試驗，排煙溫度降低還是比較明顯的，但目前排煙溫度居高不下，同期比2012年高5℃多。排煙溫度的升高，使排煙熱損失增大，排煙損失又是鍋爐損失最大的，嚴重影響了鍋爐運行的經濟性。煤質是影響排煙溫度的最大因素，對不同類型的來煤分別存放，做好煤質分析，摸索出最佳配煤方案，上煤人員要按照規定的煤質要求嚴格準確配煤。盡量使各燃燒器一、二次風速保持一致，減小排煙溫度偏差。

6.3 做好設備的檢修，保證良好狀態

利用機組檢修的機會，對磨損嚴重或脫落的一次風噴口內的鈍體進行更換；對燒損變形、發生偏斜的燃燒器噴口及時進行修整和校正。檢修中對鍋爐各受熱面進行清灰除渣，以降低受熱面的灰污染度，增大受熱面的傳熱系數，加強換熱，使各受熱面的吸熱量達到或接近設計值。在大修中，對管式空氣預熱器進行了徹底的清灰、堵漏治理。

6.4 減少未完全燃燒熱損失

（1）合理控制氧量。電廠鍋爐爐膛出口運行氧量發生變化時，其他主要的運行經濟指標，如灰渣未燃燼碳含量、排煙溫度等，都將發生變化。運行氧量發生變化時，對經濟性的最直接影響來自煙氣量引起的排煙熱損失的變化。目前，現場運行規定的氧量控制參數多是針對額定負荷，一般根據鍋爐的燃用煤種憑經驗選取，機組低負荷調峰運行時，氧量的控制還具有較大的隨意性。（2）及時掌握煤質和煤粉細度的變化。運行人員應及時掌握入爐煤種的變化，根據煤質分析報告，相應調整好制粉系統的運行，保證適當的煤粉細度。可對經常燒的煤種進行試驗，不要一味地追求過低的煤粉細度，要綜合考慮制粉電耗。加強原煤的采購和儲備管理，把好入廠煤驗收質量關，加強煤場管理，對不同煤種要分堆存放，鍋爐煤斗進煤時盡力做好混煤工作，嚴格執行。（3）做好燃燒配風。鍋爐運行人員應經常觀察煤粉的著火情況，控制煤粉的著火距離，離一次風噴口出口約200～300mm。根據煤粉著火、回火情況及時調整一次風門的開度。一次風門的開度不一定要全開，可以根據風速對風門的開度進行調整。不要只通過調整二次風門的開度，還要靠調整風壓來調整。運行人員在高低負荷工況時，都應調整好爐內燃燒，調整好一次風、二次風的配比，保證爐膛火焰不偏斜，確保煤粉、空氣的良好混合。（4）控制好檢修質量，保證設備良好使用。改善燃燒器，選擇優質合金鋼材料，增加防磨耐熱性能，利用檢修機會對損壞的要及時進行修理和更換。利用停爐機會，檢查燃燒器的安裝角度，確保爐膛設計切圓正確。做好一次風速冷、熱態的調勻試驗及二次風的冷態擋板特性試驗，保證爐膛火焰的中心不偏斜。對設備系統進行改進，增加“燃燒優化監視系統”，對燃燒切圓、煤粉溫度、煤粉濃度、一次風速和一次風壓進行監視，以保證對燃燒情況進行在線監控，為運行人員進行燃燒調整提供科學依據。

7 結語

多倫動力分廠針對鍋爐高溫過熱器頻繁爆管的事故，投入了大量資金，對鍋爐設備進行技術改造，使爐內燃燒處于正常狀況，消除高溫過熱器管排處粘結性積灰條件的形成，有效地遏止了鍋爐高溫過熱器頻繁爆管事故的發生，滿足了煤化工的安全生產需求。