鍋爐水冷壁爆管原因分析及解決措施

李 麗， 李延磊

(1. 陜西未來能源化工有限公司， 陜西榆林 719000；2. 陜西時代能源化工有限公司， 陜西榆林 719000)

1 機組概況

某公司選用3×480 t/h高溫高壓煤粉鍋爐，型號為HGG-480/9.82-YM，四角切圓燃燒、自然循環(huán)汽包爐。設計燃用混煤、摻燒燃料氣，采用中速磨煤機正壓直吹式制粉系統(tǒng)。鍋爐前部為爐膛，四周布滿膜式水冷壁，爐膛出口處布置屏式過熱器。水平煙道裝設兩級對流過熱器，爐頂、水平煙道轉向室和尾部包墻均采用膜式管包覆，尾部豎井煙道中布置省煤器并配2臺三分倉回轉式空氣預熱器。為了能及時清除受熱面的積灰，以保證鍋爐出力，根據(jù)各受熱面不同特點裝設了蒸汽吹灰和聲波吹灰設備。

整臺鍋爐共布置42臺蒸汽吹灰器，其中爐膛布置22臺IR-3Z型蒸汽吹灰器，過熱器處布置6臺IM-530型長伸縮式蒸汽吹灰器，回轉式空氣預熱器處布置2臺IK-525-DM型蒸汽吹灰器，省煤器處布置12臺聲波吹灰器。其中，爐膛的22個蒸汽吹灰器分布俯視圖見圖1，1～8號蒸汽吹灰器(IR 01～08)布置在爐膛標高22.5 m處，9～16號蒸汽吹灰器(IR 09～16)布置在爐膛標高24.5 m處，17～22號蒸汽吹灰器(IR 17～22)布置在爐膛標高26.5 m處。

圖1 爐膛蒸汽吹灰器分布俯視圖

2 爆管過程

2020年2月25日14：13：00，1#鍋爐發(fā)出“負壓異?！眻缶?，伴隨主蒸汽質量流量下降、主給水質量流量升高，且兩者差值約100 t/h，懷疑水冷壁泄漏。經(jīng)現(xiàn)場確認，鍋爐4#角20#短吹處異響明顯，初判此處水冷壁可能泄漏，故做緊急停爐處理。

3 爆管點確認

鍋爐停爐、降溫、工藝處理完成后，檢查發(fā)現(xiàn)水冷壁爆口位置在爐膛右墻IR20左上方處，右墻從下至上在20 m高度上方可見管屏向爐內(nèi)凸出，IR20左側9根水冷壁管表面沖刷痕跡明顯，且管道圓面被沖刷成平面。其中，左側第3根水冷壁管發(fā)現(xiàn)長約2 cm喇叭形爆口，邊緣鋒利，測量周圍管道厚度均在3.8 mm左右，緊鄰爆口左側管道壁厚2.87 mm，爆口位置厚度低至2.07 mm，確認為水冷壁局部變形，蒸汽吹灰時蒸汽沖刷水冷壁管道造成管壁減薄發(fā)生爆管事故。

4 爆管原因排查

根據(jù)現(xiàn)場情況查找造成該管道爆管的原因，重點從爐膛飛灰磨損、水冷壁管屏變形、管道壁厚和蒸汽吹灰器4個方面排查。

4.1 飛灰磨損

鍋爐水冷壁的磨損主要是灰粒對管子的磨損，飛灰在煙氣渦流局部區(qū)域磨損嚴重,灰粒的平均直徑越小，灰粒的磨損性就越小[1]。2019年鍋爐進行熱態(tài)燃燒調整試驗，利用煤粉取樣裝置按照等截面圓環(huán)法在磨煤機出口煤粉管道上進行煤粉取樣，然后篩分煤粉細度。測試結果為4臺磨煤機煤粉細度R90在15%～20%，煤粉顆粒較小，均勻性較好，有利于煤粉著火燃盡，磨損較小。

4.2 水冷壁管屏變形

鍋爐爐膛設計為正方形，深度和寬度均為10.86 m，爐膛四周由Φ60×5(直徑為60 mm、壁厚為5 mm)、節(jié)距為80 mm的管子焊成膜式水冷壁，爐膛前、后和兩側墻各有135根上升管，每面水冷壁沿寬度分成6個管屏,對應6個下集箱，減少爐膛四角燃燒器在寬度方向溫度不同時水冷壁管吸熱不均，避免鍋爐水冷壁變形[2]。而在實際運行過程中會出現(xiàn)局部水冷壁管屏變形的情況，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)右墻水冷壁管屏出現(xiàn)輕微變形，其他三面水冷壁管屏無明顯變形。

4.3 管道壁厚

重點對蒸汽吹灰器周圍管道壁厚進行全面測量，要求在每個蒸汽吹灰器吹灰孔附近1.5 m范圍內(nèi)對水冷壁管道進行測厚，而對水冷壁表面存在沖刷痕跡的管道擴大范圍進行測量，發(fā)現(xiàn)另外7個蒸汽吹灰器處水冷壁管壁減薄，其中右墻變形，6個蒸汽吹灰器中4個蒸汽吹灰器處管道減薄(包含IR20)。

4.4 蒸汽吹灰器

蒸汽吹灰器的工作原理是從伸縮旋轉的吹灰槍管端部的噴嘴中噴出蒸汽，持續(xù)沖擊、清潔受熱面。蒸汽吹灰器啟動后電動機驅動跑車沿著導軌前移，吹灰槍管勻速進入爐膛內(nèi)部，噴嘴中心至水冷壁向火面38 mm后，跑車碰觸行程開關開啟提升閥門，噴嘴順時針轉動360°+90°對周圍水冷壁進行吹灰，從噴嘴出來的蒸汽在0°～90°區(qū)域2次吹掃水冷壁管壁。由于噴嘴開口在安裝時有朝上和朝下2種不同的安裝方向，吹掃重復區(qū)域位置不同。

4.4.1 設備情況檢查

逐一檢查蒸汽吹灰器周圍澆注料，并在蒸汽吹灰器冷態(tài)下進行調試檢查噴嘴和槍管的水平情況。檢查發(fā)現(xiàn)22個蒸汽吹灰器周圍的澆注料全部脫落，導致鍋爐運行時爐膛內(nèi)熱量傳導至蒸汽吹灰器軸承造成缺油卡澀，經(jīng)常發(fā)生故障。冷態(tài)調試時發(fā)現(xiàn)其中2個蒸汽吹灰器噴嘴脫落和4個蒸汽吹灰器槍管變形向上彎曲，噴嘴脫落的蒸汽吹灰器周圍未發(fā)現(xiàn)管壁減薄現(xiàn)象，槍管彎曲變形的蒸汽吹灰器附近管道均出現(xiàn)管壁減薄情況。一般減薄的水冷壁管只分布在蒸汽吹灰器處一側，由重復沖掃造成。

4.4.2 蒸汽吹灰疏水

蒸汽吹灰器的蒸汽引自低溫過熱器出口集箱，通過壓力調節(jié)閥組控制蒸汽吹灰壓力。吹灰前需要進行管道暖管疏水至疏水末端溫度達到220 ℃，吹灰時關閉疏水閥，調整蒸汽壓力自動控制在2.0 MPa，蒸汽吹灰器進到位提升閥開啟后蒸汽壓力降低，蒸汽壓力調節(jié)閥自動跟蹤調整開度保持壓力穩(wěn)定。查飽和蒸汽壓力對照表中2.0 MPa蒸汽的飽和溫度在213 ℃，蒸汽吹灰器蒸汽只有7 K的過熱度。蒸汽吹灰器蒸汽疏水不徹底，吹掃過程中汽水混合物更易造成管壁沖刷減薄，拆檢IR20噴嘴內(nèi)部已出現(xiàn)沖刷的凹面。

5 解決措施

針對排查的故障原因，從管壁減薄和蒸汽吹灰器2個方面進行處理。

5.1 更換部分管道并局部噴涂耐磨層

根據(jù)規(guī)范要求將水冷壁管道壁厚減薄30%以上(即壁厚為3.5 mm以下)的全部更換，合計更換26根水冷壁管道。為保證鍋爐運行水冷壁的強度和安全，對蒸汽吹灰器周圍直徑2 m內(nèi)水冷壁管道進行耐磨層噴涂，噴涂要求厚度增加0.5～0.6 mm。

5.2 加強蒸汽吹灰器的運行維護

蒸汽吹灰器運行維護不及時也是事故的主要原因[3]。原蒸汽吹灰器發(fā)生故障時只是簡單更換軸承和軸承補油，未全面檢查內(nèi)部噴嘴及槍管情況。因此，逐一修復蒸汽吹灰器孔周圍耐磨澆注料，減少蒸汽吹灰器故障次數(shù)。制定專項檢查維護制度保證鍋爐運行周期內(nèi)全部蒸汽吹灰器每2個月加油拆檢1次。

5.3 調整蒸汽吹灰器吹灰壓力和頻次

根據(jù)蒸汽吹灰器設備要求的蒸汽壓力，降低蒸汽吹灰器蒸汽壓力，爐膛22個短吹(IR-3Z)、空氣預熱器長吹(IK-525DM3)和過熱器6個長吹(IK-530)的蒸汽壓力由2.0 MPa降低至1.5 MPa，增大吹灰蒸汽的過熱度，減少吹灰過程中冷凝液的產(chǎn)生[4]。將爐膛、過熱器處蒸汽吹灰頻次由8 h 1次調整至24 h 1次，空氣預熱器處蒸汽吹灰頻次不變。

6 結語

1#鍋爐從啟爐至發(fā)生事故時已連續(xù)運行7個月，運行期間忽視對蒸汽吹灰器的維護和檢查，停爐期間也未全面檢查測量水冷壁壁厚。為避免同樣事故發(fā)生，其他2臺鍋爐在定檢期間進行了全面的排查，同樣發(fā)現(xiàn)了水冷壁減薄、蒸汽吹灰器噴嘴和槍管故障、澆注料脫落現(xiàn)象。建議設置蒸汽吹灰的鍋爐在停爐期間定期測量爐膛水冷壁壁厚，加強蒸汽吹灰器的運行維護力度。