煤粉鍋爐后屏過熱器水塞爆管分析與預防

劉　科，劉福國，侯凡軍，2，劉景龍，張利孟

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南　250003；2.山東中實易通集團有限公司，濟南　250003）

煤粉鍋爐后屏過熱器水塞爆管分析與預防

劉科1，劉福國1，侯凡軍1，2，劉景龍1，張利孟1

（1.國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南250003；2.山東中實易通集團有限公司，濟南250003）

某電廠4號鍋爐發生后屏過熱器爆管事故，分析認為主要原因是鍋爐緊急停爐后在未能及時排出冷凝水的情況下再次點火，導致屏式過熱器發生水塞，受熱面局部短時過熱引發爆管。對比該爐最近發生的多次水塞爆管事故，制定相應的預防措施，對同類鍋爐的水塞爆管問題具有一定參考意義。

鍋爐；水塞；后屏過熱器

0　引言

鍋爐爆管是影響電廠安全運行的重大問題。有分析指出爆管事故大多在同一根管子、同一種材料或鍋爐的同一區域重復發生，這說明故障的根本原因未被確定［1-2］。造成鍋爐爆管的因素較為復雜，水塞是比較常見的一種，所謂水塞就是在鍋爐啟動過程中，因各種原因在立式對流過熱器中存有積水，導致受熱管內蒸汽無法順利通過，進而導致受熱管出現干燒，發生短時過熱爆管事故［3-4］。

1　設備概況

某電廠4號機組于2008年投產。配備上海鍋爐廠有限公司生產的鍋爐，型號為SG—1025/17.5—M881的亞臨界參數汽包爐，強制循環，單爐膛，一次中間再熱，露天布置，固態排渣。鍋爐最大連續蒸發量1 025 t/h。鍋爐為單爐膛四角布置的擺動式直流燃燒器切圓燃燒方式，采用5臺中速磨煤機直吹式制粉系統。

過熱器系統由爐頂及蒸汽包覆管、低溫過熱器、一級減溫器、分隔屏、后屏、二級減溫器、末級過熱器等組成，如圖1所示。后屏過熱器布置在分隔屏之后，共20片，每片由14根并聯套管組成，如圖2所以，最外管圈受熱管外徑60 mm，其余內圈受熱管外徑均為54 mm橫向節距684 mm，材料除最外3圈底部及最內圈繞管底部用不銹鋼SA213-TP347H，其余為12 Cr1MoV，SA213-T91，15 CrMo合金鋼。

圖1　4號機組部分過熱蒸汽系統

2015年2月后屏過熱器發生水塞爆管事故，而在之前的3年間，末級過熱器曾發生3次爆管事故，其中2次為水塞導致。

圖2　后屏過熱器單屏側面及B側管屏布置

2　爆管原因分析

2.1原因排查

2015-02-24，4號機組首次點火后發現1號軸承振動大，處理后于當日12∶30再次點火，14∶45機組并列，帶220 MW負荷運行。21∶00爐膛負壓突然增大到376 Pa，給水流量增大，檢查發現4號鍋爐46 m B側爐內屏過處有泄漏聲，判斷爐內承壓部件爆管。

停爐檢查發現后屏過熱器B側第二屏北數第12根爆管，如圖3所示，爆口距離下彎頭1.5 m，爆口成喇叭口形狀，邊緣鋒利，爆口附近管徑漲粗，表面呈灰黑色。爆口形態符合短時過熱引起的爆口形態特征，初步判斷爆管原因是短時過熱。經檢查，泄漏管附近5根管子吹損減薄超標，爆口附近管子情況如圖4所示。

圖3　爆口形態　圖4　爆管后的后屏過熱器管屏

對后屏管路進行進一步檢查，未發現氧化皮等異物，在切割受損管路時發現管路內存在大量液態水，具體情況如表1、表2所示（管內存水高度為距其下彎頭高度），B側后屏過熱器布置情況如圖2所示，受熱管命名由北向南依次為第1根、第2根等。末級過熱器東數41、42、43排北數第1根下彎頭處檢查存水情況，均未發現存水，管壁測厚均無異常。

表1　B側屏過管道積水情況

表2　A側屏過管道積水情況

由表1、表2可知，距離爆口近的四屏（東1～4）積水較多，最高近2.0 m；西側只有夾持管少量積水，下彎頭基本無水。正常情況下，機組停爐后屏過內會存在部分冷凝水，但出現如此大量的冷凝水是不正常的。由圖1可見，后屏過熱器不與一級減溫水直接相連，故一級減溫水不可能跨過屏式過熱器到達后屏，而二級減溫水只能泄露到末級過熱器，故可排除減溫水泄露造成屏過存水的可能。

結合運行情況可知，機組在11∶40因1號軸承振動大緊急停機；12∶30重新點火，22∶10爐膛壓力報警，發生爆管。從第1次點火發生振動緊急停機到第2次點火相隔50 min時間。緊急停機過程中，過熱器管道中形成了大量冷凝水，在機組再次啟動過程中，過熱器進出口聯箱處的疏水閥未完全排出后屏過熱器彎管中的冷凝水，從而形成水塞，在升溫過程中水塞未能完全排出，引發爆管事故。

2.2水塞爆管原理

水塞爆管原理如圖5所示，過熱器U型彎管中堵塞有凝結水，隨著負荷升高和后屏過熱器進出口聯箱壓差的增加，這些受熱管中的水柱向出口聯箱移動，并逐漸減小，直到消失，這一過程易引起該管某些管段上超溫。水塞消除的瞬間，管內積水被蒸汽沖出，受熱面壁溫瞬間陡降，然后迅速回升，但由于這一變化發生迅速，較難被發現［5］。

圖5　水塞原理

2.3與前兩次爆管原因對比分析

前兩次爆管事故發生在末級過熱器，具體位置如圖6所示。這

兩次爆管爆口表面特征具有短期超溫特征，爆管時間均發生在帶負荷運行后不久。此外，在鍋爐點火到帶初負荷的冷態啟動階段，能觀察到二級減溫器后（末級過熱器入口）汽溫波動較大，最大汽溫突降100℃以上，測點位置如圖5所示。綜合爆管特征分析可推斷，爆管是由末級過熱器U型受熱管水塞造成，而水塞的形成原因是冷態啟動過程中減溫水閥門關閉不嚴，減溫水泄漏到U型受熱管中所致。

圖6　前兩次爆管位置

由此可見，3次爆管事故雖然都是水塞所致，但導致水塞的原因并不相同，前兩次是冷態啟動過程中減溫水泄漏至受熱管中，后者則是緊急停機后再次啟動過程中未及時打開對空排氣門和疏水門，導致緊急停機形成的冷凝水大量聚積在受熱管中形成水塞。

2.4預防措施

對于啟動過程中緊急停爐，短時間內需要再次啟動的情況時，應及時打開對空排氣門和疏水門排除冷凝在對流過熱管道內冷凝水，并在之后的鍋爐啟動過程中應控制升溫速度，使爐膛均勻受熱，將過熱器管束中的積水盡量同時蒸發掉。

鍋爐啟動初期，減溫水投入前應將減溫水調節閥前截止閥關閉嚴密，如該閥門關閉不嚴，應微開調節閥后疏水門，以防減溫水漏入噴水減溫器內。

鍋爐啟動初期，可利用快速開大向空排汽門或突然將旁路閥門開大的方法，使過熱器進、出口聯箱內壓差瞬間增大，將水塞排出。

3　結語

通過幾次水塞爆管事故可以發現，鍋爐在停爐和啟動過程中，都應及時開啟過熱器的對空排氣門和疏水門，排出過熱器中存留的冷凝水，從而避免水塞爆管事故的發生。此外，減溫水泄漏也是造成過熱器水塞爆管的重要原因，當減溫水閥之后的過熱器發生水塞爆管時，應首先排查減溫水調節閥是否嚴密。

［1］梅巍.鍋爐水冷壁爆管機理及預防措施研究［D］.北京：華北電力大學，2011．

［2］高倩，劉乃江，劉寅，等.煤粉鍋爐爆管故障診斷案例分析［J］.節能，2014（9）：70-73.

［3］高慧.鍋爐高溫過熱器爆管原因分析及防范措施［J］.熱力發電，2009，38（11）：84-86.

［4］肖三霞，肖波齊.某發電廠鍋爐高溫過熱器爆管原因分析［J］.電力學報，2012，27（2）：163-164，168.

［5］肖哲民.鍋爐對流過熱器水塞的形成與消除［J］.華北電力技術，2001（4）：55-58.

Analysis and Prevention on Tube Burst Caused by Water Plug in Rear Platen Super Heater of Boilers

LIU Ke1，LIU Fuguo1，HOU Fanjun1，2，LIU Jinglong1，ZHANG Limeng1
（1.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China；2.Shandong Zhongshi Yitong Group Co.，Ltd.，Jinan 250003，China）

Tube burst occurred on rear platen super heater of No.4 boiler in a power plant.The main cause is that it is failed to timely discharge condensate water after an emergency shutdown boiler，and then starts again，which leading to water blocking in super heater unit.Contrasting the water blocking accidents recent years for this boiler，corresponding preventive measures are formulated，which have certain reference value to problems of tube burst caused by water blocking of the same type boiler. Key words：boiler；water blocking；rear platen superheater

TK224.2

B

1007-9904（2016）07-0078-03

2016-01-24

劉科（1986）男，工程師，從事電力試驗工作。