電站煤粉鍋爐受熱面超溫失效的相關探討

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【摘要】隨著社會經濟的不斷發展，電力工業建設規模逐步擴大，為了符合市場需求，大容量火力發電機組的類型與技術日益豐富。就現階段而言，300MW、600MW 的亞臨界機組在各大電網的日常運作中處于主力機組的地位，且1000MW超超臨界機組被研發并日益普及?？梢姡诎l電機技術的進步背景下，鍋爐初參數要求提升，其運作結構趨于復雜，隨之而來的受熱面熱管失效弊端顯現。本文主要圍繞電站煤粉鍋爐受熱面超溫失效的各因素展開分析，分別從設計、安裝檢修以及運行四點入手進行具體探究，希望與廣大專家、學者共同分享、探討。

【關鍵詞】電站煤粉鍋爐；受熱面；超溫失效

在極端依賴電力進行發展的今天，電力能源的生產和發展與人們的日常生活與生產息息相關。據有關資料顯示，世界上約40%的電能生產途徑為燃煤電站，且以煤粉（即粉狀燃料）燃燒為具體方式。在煤粉燃燒技術的研發伊始，其因生產的便利性以及產出的高效性得到了廣泛應用于推廣，并迅速成為世界范圍內發電的支柱技術。就現階段而言，全世界的煤粉鍋爐比例占電能生產的主要位置，但在技術發展背景下，機組效率不斷提高，鍋爐煤耗逐漸降低，對鍋爐的運作與管理提出了更高的要求，在具體環節未趨于同步的基礎上，產生了受熱面熱管失效問題，給電力生產事業形成較大影響；為此，筆者通過查閱文獻、結合經驗，將電站煤粉鍋爐受熱面超溫失效的相關影響因素作出如下幾方面分析，以期從設計、生產與管理等方面入手促進電站煤粉鍋爐的可持續發展。

1、超溫失效的設計影響因素

設計屬于電站煤粉鍋爐投入使用前的基礎環節，與其生產運作質量息息相關；因此，設計因素成為影響鍋爐超溫失效弊端的首先要因素。從設計方面看，首先，爐膛出口溫度的參數設計規范的失誤成為引發鍋爐熱管超溫失效的直接原因。一般來說，在電站煤粉鍋爐的設計環節中，爐膛出口煙氣溫度參數設計對鍋爐的可靠運行具有至關重要的作用，其設計參數對熱管的安全水平以及壽命的長短具有直接影響。我們知道，爐膛出口煙溫屬于爐膛出口進入對流管束之前的煙氣溫度參數，其參數范圍的設置合理性有助于避免出現對流受熱面結渣的情況；從運作過程上看，煙氣中的飛灰成分多處于融化的水平，一旦遭遇受熱面管，則極易發生黏結的情況，進而提高熱阻以及管壁溫度，最終加重鍋爐出口結渣的程度，并形成煙道堵塞的后果，長期還可能發生爆管事故。可見，合理設計爐膛出口煙氣溫度對鍋爐中輻射受熱面以及對流受熱面之間的吸熱量比例至關重要。其次，鍋爐水動力的設計規范合理性不足。通常情況下，鍋爐受熱面熱管與管壁金屬的溫度水平息息相關，在正常璧溫的基礎上，只要鍋爐鋼管具有較高的強度水平，一旦產生由水動力引起的傳熱惡化問題時，管壁溫度將產生超標的情況，與此同時，管壁溫度長期波動，最終導致鍋爐鋼管會因金屬強度下降或金屬疲勞而破裂的后果。另外， 鍋爐熱力特性參數的選取失誤同樣是造成其超溫失效的重要因素。熱力特性參數與爐膛結渣狀況具有直接聯系，而一旦鍋爐爐膛出現結渣的情況，爐膛出口溫度上升，過熱器溫度上升，與此同時，包括空氣預熱器入口溫度、排煙溫度、熱風溫度等在內的相應參數均出現超標上升的結果，使得熱管運行出現障礙，進而造成縮短其壽命或者直接失效的后果?？梢?，提高熱力特性參數選擇合理性十分必要。此外，煤種的選取也屬于設計環節中容易埋下超溫失效隱患的重要因素。一般來說，只有在設計煤種的允許變化范圍內，其方能正常發揮其應有效用；而一旦煤種發生質的變化，鍋爐燃燒的正常狀態將直接遭到破壞，熱管則發生失效的情況。

2、超溫失效的安裝維修因素

安裝時鍋爐投入運作前的必要環節，筆者從實踐經驗出發，認為引發超溫失效的安裝維修因素主要包括以下幾點：（1）安裝工藝的影響，一般來說，安裝過程的技術合理性與鍋爐的各部件運作質量息息相關；各部件不僅長期在高溫以及高壓的環境中運行，同時也面臨著多種物理、化學反應作用，工作環境復雜且惡劣，因此，安裝工藝的好壞直接影響著日后鍋爐機組安全、經濟運行。（2）焊接質量的影響，通常在安裝、檢修的過程中，因工藝不精引發焊接缺陷，包括熔化金屬流淌到焊接以外未熔化的母材形成金屬瘤進而導致管內冷卻介質流量不足等情況。（3）錯用鋼材的影響，錯用鋼材時，即等于引發超溫運行，在超溫運行基礎上，鋼材使用壽命縮短，長期可能導致發生熱管超溫失效暴漏的后果。（4）異物堵塞管子的影響，在鍋爐安裝、檢修過程中，焊渣、用過的短焊條、焊劑、切割下來的小邊角料，連接部位的螺栓、螺母，鍋爐吹掃過程中帶入的雜物，甚至安裝檢修過程中的工器具如小榔頭等，在意外情況下進入受熱面管將直接引發熱管超溫失效事故。（5）管壁溫度測點安裝不規范的影響，若存在計算璧溫時偏差過大的情況，則將導致璧溫過低的后果；同時，鍋爐參數控制難度大，容易引發鍋爐熱效率低的情況。然而，當璧溫超標，長期將同樣導致熱管超溫失效爆管的后果。

3、超溫失效的設備運行因素

電站煤粉鍋爐在運作的過程中同樣具有發生超溫失效事故的隱患，其首先在于鍋爐啟停過程對鍋爐熱管超溫失效的影響，在鍋爐運行狀態下，部分受熱面內的工質流量小，甚至短期內停止流動，從而導致受熱面金屬無法正常冷卻，但一旦對其過分加熱，又會引發受熱面管超溫的現象。且在水循環尚未建立起來的部分水冷壁管中，蒸汽流量少的過熱器管、無蒸汽通過的再熱器管以及暫停給水的省煤器等均易引發超溫危險，應以制定嚴格的規章制度來規范執行。其次，過熱器內壁氧化皮脫落，其表現為過熱器內壁氧化皮脫落，在彎頭處堆積，運行時管內流量不足，致使熱管超溫爆管的情況；應由此使用高效鍋爐機組運作。另外，鍋爐燃燒煤種的偏離，一般來說，一臺處于運行狀態的鍋爐，若燃料發熱量降低，工作水分增加，在此基礎上，如果燃料供給量增多，將使蒸汽參數和蒸發量降低，應通過增加燃料供應量進行規避。此外，鍋爐負荷變化的影響，鍋爐負荷一旦出現增加的情況，則導致蒸汽的焓增大。這是由于在負荷增加時，燃料消耗量增大，使煙氣流速增加，而使煙氣側對流放熱系數增大；此時，將使得對流過熱器的出口汽溫增加。而在在輻射過熱器中，一旦鍋爐負荷出現增加的情況，因爐膛火焰平均溫度變化較小，其輻射傳熱量的上升幅度有限制，則無法與蒸汽流量變化相協調，最終使得工質焓增減少。因此，隨鍋爐負荷增加，輻射過熱器的出口汽溫是下降的。可見，因負荷變化導致的鍋爐對流過熱器、輻射過熱器及再熱器汽溫的變化情況并不趨同，該差異將在運行調整不當的情況下引發熱管失效的現象。

除上述分析因素以外，磨煤機以及給粉機的投停方式同樣對超溫失效形成影響。就現階段而言，多數企業傾向于采用了空氣預熱器出口熱風作為磨煤機混合中熱風來源，然而，因制粉系系統磨煤機運行時利用了空氣預熱器部分熱風做為干燥介質，與此同時，制粉乏氣與部分水分進入爐膛，造成鍋爐燃燒以及煙、風系統參數的顯著變化，由此對鍋爐熱管失效參數產生影響。另外，煤粉細度與粗細粉分離器效率的影響因素，相關研究結果顯示，一旦煤粉過粗，則將導致機械增加不完全損失風險，且爐膛火焰中心也存在上移的情況，進而導致爐膛出口煙溫上升，對流、輻射熱管溫度增加，受熱面熱管工作條件惡化，鍋爐的可靠性受到嚴重影響。而一旦磨煤機煤粉過細，則使得磨煤機的電耗顯著提升，在此情況下，一旦失控則將造成制粉系統爆炸的后果。其次，當粗細粉分離器效率處于較低水平的情況下，乏氣中具有較高比例的含粉量，此時，一旦乏氣作為三次風，由于三次風口含量比例較大，將直接對煤粉燃盡情況形成阻礙，且將造成受熱面超溫失效的后果。從上述影響因素的分析與舉例中可知，在電站煤粉鍋爐的運作狀態中存在較多的超溫失效隱患，要求工作人員在鍋爐設備的運作管理過程中充分考慮參數設置、狀態監測以及維護維修等方面因素，只有不斷總結、改進以及創新才能從根本上杜絕超溫失效風險。

4、結束語

綜上所述，控制電站煤粉鍋爐受熱面超溫失效的風險因素所涉及的生產以及管理環節較多，控制途徑相對復雜，需要在日常工作中加以監測與分析，在總結與討論的基礎上制定科學合理的防范計劃；與此同時，有關部門應建立健全鍋爐防磨防爆制度，以提高風險因素控制的執行力水平?？偠灾?，只有不斷加強對鍋爐壓力容器安全檢察、金屬監督、化學監督、熱工監督等工作，并在實踐中不斷積累經驗，嚴格遵守電力行業導則、規程、制度，才能真正為電站煤粉鍋爐的生產效率與安全提供堅實保障。

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