670 t/h 循環流化床外置床微振造成內部受熱面爆管失效的研究

周天旺，彭小崢，邱紹明，程文峰

（中電投江西電力有限公司，江西南昌 330096）

0 引言

外置床是近年來國內循環流化床機組大型化后的新設備，內部布置過熱器和再熱器受熱面，鼓泡床運行方式，內部流化風速度一般為0.5～1 m/s，基本無磨損[1]，近期一臺國產670 t/h的CFB鍋爐運行7年后頻繁發生內部受熱面爆管失效問題，通過現場的調研分析，確定了外置床微振是造成受熱面爆管的主要原因，這也是目前為止發生為數不多的微振現象，值得研究和思考。

1 設備概況[2][3][4]

該臺鍋爐為國產670 t/h的CFB鍋爐，單汽包、自然循環、采取新型外置床換熱器。鍋爐主要采取大錐段結構、4 個直徑為6.4 m 的高溫絕熱旋風分離器分布爐膛左右、4 臺緊湊式分流回熱換熱器（也就是外置床）、尾部受熱面、管式空預器等設備組成。

緊湊式分流回熱換熱器是一種新型的外置式換熱器，主要特點是回料閥和外置床為一體化緊湊式設計，采取科學的啟動控制分流循環灰量，內部布置有過熱器和再熱器受熱面，本次爆管的2號外置床內布置為高溫再熱器，管子規格為φ57×5，材質為TP321（見圖1）。

圖1 外置床結構

該鍋爐的2 號外置床設備在2013年3月份連續發生過2次管子失效現象，而且管子失效的部位均在同一位置。

2 事件經過

2.1 事件發生前狀態

2013年3月8日10時30分機組負荷175 MW，汽溫528 ℃，汽壓12.68 MPa，給水流量450 t/h,蒸汽流量460 t/h，氧量4.3%，爐膛負壓-20 Pa，排煙溫度145 ℃。

引風機、一次風機、二次風機、換熱風機均2臺運行，1臺高壓風機和4臺給煤機運行。

2.2 事件過程[5][6]

2013年3月8日10時35分，機組負荷175 MW，爐膛負壓60 Pa，引風機電流逐漸由185 A上升至200 A，給水流量510 t/h，蒸汽流量500 t/h，排煙溫度逐步上升至153 ℃，判斷爐狀況異常，汽機補水量有所增加,立即對鍋爐進行全面檢查，在10:58 分巡檢到2 號外置床時發現該外置床響聲大，且有大量灰冒出。

InSAR是合成孔徑雷達干涉測量技術(Interferometric Synthetic Aperture Radar)的簡稱，原理為通過雷達衛星在相鄰重復衛星軌道上對同一地區進行兩次成像得到兩張SAR圖像，通過計算它們的相位差得到干涉處理后的圖像，后經相位解纏和差分干涉處理，便可從干涉條紋中提取地表的三維信息和高程變化信息。雷達干涉測量的成像幾何關系如圖4[26]，圖中，H是軌道的高度，B是基線距離，θ0是參考側視角， dθ是地形起伏引起的側視角的增量。

經現場再檢查確認，2 號外置床受熱面爆管，機組解列。

3 管子失效前后的狀況

3.1 失效前的狀況

在本次受熱面失效前的2月9日，該外置床已經發生了一次管子失效造成停爐的現象，失效的管子為第17排、第18排，更換了6根管子，更換的管子為Φ57×5 mm。

鍋爐專業通過分析出，得出了2種不同的意見：第一種意見認為是外置床內換熱室隔墻倒塌后，墻內的鋼筋晃動，直接接觸并磨損管子，造成管子失效；第二種意見認為是造成流化風的方向變化，原均勻布置的流化風風向被迫改變方向，高達40 KPa的風夾雜著粗糙的煤粉顆粒集中向失效的管子吹，相當于是噴砂，造成管子失效。

3.2 失效后的狀況

3月8日管子失效仍為為第17 排、第18 排，其中發現四大問題：

第一是管子的管夾全部缺失，管子在外置床內呈自由狀態。

第二是由于管夾缺失，管排之間已經發生碰磨，而且非常嚴重，其中第18排失效的管子就是2月9日爆管后更換了的新管子，3月2日機組啟動，3月8日再次爆管，5 mm 壁厚的管子運行僅6天最終壁厚磨損為1.2 mm，磨損的速度為0.633 mm/天，極為罕見（見圖2）。

第三是失效管子的焊縫存在氣孔（見圖3）。第四是疏水閥門被眼鏡片堵塞（見圖4）。

圖2 磨損后的管子

圖3 管子上的氣孔

圖4 閥門內的眼鏡片

4 原因分析

通過本次的調研，筆者認為該外置床管子失效的主要原因就是微振，產生微振的原因如下：

首先，再熱器設計不合理是微振的主要原因。該外置床受熱面是U型設計（見圖1外置床結構圖），管內的疏水無法正常排出，僅能靠外置床投運后產生的蒸汽將疏水擠出。而且再熱器外置床是在機組開機最后才投運的設備，停爐時蒸汽凝結下來的水未排空，加上開機過程后產生的蒸汽，造成兩項流，容易造成水擊發生。所以在后續的過程1 025 t/h 流化床的研發中，再熱器外置床的受熱面和進出口聯箱位置均進行了優化，采取了倒U型設計，聯箱布置在受熱面的下方，未發生水擊現象。

最后，外置床受熱面大部分管子的管夾在此之前已經大面積脫落，由于檢修空間狹小，檢修過程中大部分未及時得到恢復，故受熱面管子在幾年的時間內變形、交叉嚴重，管子在水擊的誘因下、加上循環灰的作用，振動更加嚴重，造成管子碰磨（見圖1、圖2），故即使是新換的管子，也難逃僅運行6 天就爆管。

5 采取的措施

由于該結構設計已經成型，如需改動，則需要花費許多的成本，故本次的整治措施中未考慮將外置床的結構進行優化，而是在現有的結構上進行了局部的改造。

1）在機組A 修中將外置床內的管排全部吊出，逐個進行外觀、管夾、測厚檢查。

一是對所有的外觀出現超溫的管段全部更換；二是對所有的管夾全部進行了恢復，這是最重要的一項工作；三是對對磨損量大于2 mm、變形嚴重的管子全部進行了更換。

2）將疏水門進行了徹底的檢查，取出了眼鏡片，并進行通水試驗（通水試驗中由發現管道被破布堵塞，并取出），保證了疏水暢通，避免水沖擊，解決引起外置床振動的誘因。

3）更換了近1 200 m管子，將更換過程中的所有焊口全部進行了拍片檢查，確保焊接質量的可控。

4）采取可靠的運行方式。

（1）加強疏水。

機組啟動過程中安排專人對外置床的疏水進行重點檢查，有問題及時解決處理，確保疏水正常，避免水沖擊。

（2）加強疏水門的檢查。

運行中安排專人對所有的疏水門進行排查，發現被堵的現象及時安排人員進行處理，有漏流的閥門待停機后進行研磨或更換。

5）加強檢修管理。

（1）規范檢修工藝。

重申了檢修中管子坡口、管道臨時封堵等的重要性，防止眼鏡片、破布堵塞管道現象的發生。

（2）嚴格了焊接質量的管理。

從焊接人員證件的檢查、焊接工藝卡制定、焊接材料等方面進行了嚴格控制，從源頭上控制了焊接的質量。同時100%的拍片，正確處理了進度和質量的關系，保證了焊接的質量。

（3）加強了驗收。

過程中確定了三級驗收的人員，明確了職責，并將過程中驗收的文件進行了匯總。

6 取得的效果

機組自采取上述措施后已運行至今，該CFB 鍋爐的外置床未發生一起受熱面爆管事件。

7 結論

通過對該外置床內受熱面爆管事件的研究，成功得出了外置床微振是失效的主要原因。微振現象目前在CFB 機組上發生不多，而且該觀念正逐步被行業接受和認可。

所以外置床內受熱面布置的合理設計、受熱面確保疏水正常，同時加強檢修和運行管理，防止水擊造成管子失效，是預防微振的措施。而且我們在國產1 025 t/h 鍋爐上采取了相應的措施，取得了很好的效果，對同類型機組有很好的借鑒作用。

[1]路春美，程世慶，王永征.循環流化床鍋爐設備與運行[M].北京：中國電力出版社，2003.

[2]蔣敏華，孫獻斌.自主知識產權CFB鍋爐的開發研制，2006年中國電機工程學會年會報告集[C].GN1-06 CT0646 :127～127.

[3]孫獻斌，黃中.大型循環流化床鍋爐技術與工程應用[M].北京:中國電力出版社，2012.

[4]黨黎軍.循環流化床鍋爐的啟動調試與安全運行[M].北京:中國電力出版社，2002.

[5]DL/T 1034-2006 135 MW級循環流化床鍋爐運行導則[S].

[6]彭小崢，陳念祖，段宏波.江西大型電站循環流化床鍋爐的整治和運行情況，2006年中國電機工程學會年會報告集[C].GN1-05 CT0371:127～127.