干渣機鋼帶事故分析

陳 德

(華能應城熱電有限責任公司，湖北 孝感 432400)

0 引言

某火力發電廠350 MW鍋爐是東方鍋爐廠制造的超臨界參數變壓運行直流鍋爐，一次再熱、平衡通風、單爐膛、尾部雙煙道，采用煙氣擋板調節再熱汽溫，固態排渣、全鋼構架、前后墻對沖燃燒的全懸吊結構π型鍋爐。鍋爐排渣采用較為先進的風冷干式排渣系統，此系統具有占地少、耗水量少、運行費用低、煤渣綜合利用價值高等優點，系統與兩個漏斗形渣斗間采用非金屬膨脹節進行密封，主要包含爐底排渣裝置、液壓破碎機、鋼帶機、碎渣機、渣倉等。2021年2月初，該電廠2號機組發生了一起鋼帶機鋼帶嚴重跑偏事故。

1 事故過程及處理

1.1 第1次跳閘及處理

2021-02-04T09:45，電廠2號機組鋼帶機異常跳閘。檢修人員現場檢查未發現明顯異常現象，于是就地方式啟動鋼帶機運行，10 min左右鋼帶機再次跳閘，檢修運行人員就地排查故障原因，排除了非電氣及熱工保護信號誤動作跳閘的同時，發現鋼帶機頭部鋼帶向爐前嚴重跑偏出軌，爐后側承載鋼板垂直部分(立板)與導料板發生錯位，爐前側局部耳板存在單獨或連續變形、翹起等現象。

鋼帶機主要參數見表1。

表1 鋼帶機主要參數

初步判斷鋼帶機跳閘直接原因為立板與導料板錯位卡死所致。

為查明立板與導料板開始錯位的初始位置，決定從鋼帶機頭部開始往下沿鋼帶上升段上殼體依次開面積約0.4 m2的天窗孔，同步通過鋼帶機頭部的主動滾筒軸承座進行鋼帶中心調偏工作。由于鋼帶內部溫度很高且為受限空間，搶修初期不具備進入條件，故增加開孔至4處由外向內觀察，基本查明錯位初始點在爐后鋼帶機頭部向下大約20 m處，同時發現頭部至開始錯位點間的立板均已向導料板外側連續傾斜變形，爐前側鋼帶承載鋼板連帶立板連續或單獨變形損壞20 m左右。

檢修人員告知運行人員需穩定鍋爐負荷并暫時停止爐膛吹灰等操作，以便開展緊急搶修，。

檢修人員為加快檢修速度，組織了3組人員進行火割作業的同時，執行錯位初始點到頭部干涉立板的導料板邊條割除工作；組織另外一組人員將頭部爐后側主動滾筒向尾部調整了4 mm，經過4次少量往復調整后，頭部鋼帶中心基本回正。

19:30，錯位導料板邊條割除工作完成；23:20，鋼帶中心已基本穩定在中心線位置，同時已將鋼帶機上余渣排空至渣倉，使得鋼帶機具備了空轉試運行條件。

1.2 第2次跳閘及處理

空轉至2021-02-05T00:40，由于爐底渣斗大量結焦、積渣，鋼帶機開始排渣運行。2月5日03:20，鋼帶機再次跳閘。嘗試反轉兩次均未成功，且反轉時發生鋼帶打滑現象。

(1) 檢查發現鋼帶頭部和尾部未出現明顯跑偏，但爐后側再次出現錯位，繼續向下開第5處天窗孔發現此次初始錯位點，較上次下移大約5 m。

(2) 檢查發現鋼帶上部尤其是過渡段焦量較多，且立板與割除邊條后的導料板間夾渣過多。分析認為本次跳閘的直接原因是運行人員放渣過快，渣量控制不均勻，短時排渣量過大，異常增大的夾渣處摩擦力加劇導料板變形與立板錯位卡死。

在割除新增的干涉立板導料板邊條后，鑒于缺失導料板邊條易使大焦渣進入導料板內側增大與立板的摩擦力，回焊寬厚度為60 mm×5 mm的扁鋼替補導料板邊條，以恢復導料板完整功能。

14:00，完成回焊，隨后進行鋼帶機空轉試運，并通過控制液壓破碎機的擠壓頭開關數量及擠壓頻次來控制放渣量。

(3) 現場檢查鋼帶輸渣正常，但上升段有明顯間斷性異音，認真排查異音非輸運焦渣間擠壓聲，判斷為鋼帶內部金屬摩擦聲。

(4) 現場對鋼帶機托輪、托輥和防偏輪進行逐一排查，發現爐前側鋼帶機頂部回程段前5處托輪軸承座斷裂、爐前側上升段多處防偏輪有明顯磨損劃傷及10處防偏輪軸承上蓋缺失。分析認為，鋼帶向爐前側跑偏后將耳板與防偏輪的正常間隙12 mm縮小至零從而發生摩擦致相互干涉使耳板變形，部分變形耳板翹起導致防偏輪軸承上蓋刮掉，并且翹起變形耳板運行至回程段時對托輪刮碰力較大，依次使前面托輪不正常受力致軸承座斷裂。

更換損壞托輪及防偏輪后，在鋼帶機尾部對爐前側變形的耳板進行校正或割除，并對爐后的傾斜立板進行校正恢復。此過程持續時間較長，一方面由于校正恢復等工作量較大，且在校正恢復過程中還有新增異常變形情況發生，另一方面需間斷停止檢修以交叉適量放渣，避免渣斗滿焦、蓬焦等其他異常情況發生。連續工作至2月7日09:40，對爐前及爐后嚴重變形耳板割除200余件，回焊恢復耳板150余件，校正承載鋼板30余件。

1.3 鋼帶機受控放渣導致再次變形

大量輕微變形耳板校正完畢后，鋼帶機開始交由運行人員進行受控放渣工作，但在輸渣過程中檢查發現，爐后側鋼帶耳板又有不少偶發連帶立板嚴重變形的情況發生。

2021-02-08T02:00，檢修人員再次校正爐后側鋼帶變形耳板及立板并且切除超高點，但校正切割后還存在其他少量新發立板陸續發生嚴重變形，專業人員分析推斷在爐后側鋼帶某處還存在不正常碰磨點。

臨時組建6組打焦人員輪番上陣進行渣斗內打焦掏焦外排，但渣斗內渣量一直處于較高水平，隨時存在渣井內大焦蓬焦搭橋風險。經過綜合考量，暫交運行人員受控放渣，同時加強設備跟蹤檢查，又陸續發現爐后側部分耳板嚴重變形偶發連帶承載鋼板變形甚至撕裂、鋼板固定螺栓拔起等現象。

2021-02-10T11:00，鍋爐專業組織鋼帶機技術分析會，重點分析5種可能致爐后側新增耳板等變形撕裂的原因，列出了相關原因查找技術方案并同步進行方案執行。

14:00左右，在爐后側從鋼帶過渡段至上升段方向側面外殼體處依次割開300 mm×200 mm觀察孔，在線觀察導料板、立板、耳板、托輪、防偏輪等內部構件的運行情況，發現爐后側上升段存在立板與導料板間隙大小參差不齊且普遍較小，存在部分相互干涉點。進一步觀察發現爐后側上升段距鋼帶頭部約10 m處一立板與導料板發生嚴重碰磨，立板變形并連帶鋼帶承載鋼板局部撕裂，同時發出“嘣”響聲。

停運鋼帶機，關閉爐底排渣裝置，做好相關安措后待鋼帶溫度降至50 ℃以下時，通過殼體所開天窗孔進入鋼帶機內部。檢查發現上升段爐前、爐后側導料板均存在異常變形情況，普遍成波浪形，兩側立板與導料板間隙存在多處小于10 mm甚至5 mm情況，遠小于正常情況下的標準值50 mm。鋼帶機過渡段及爐底水平段導料板與立板間隙基本均勻、正常，導料板未見明顯變形現象。由此判斷導料板波浪形變形后與立板相互干涉為新增耳板變形等的直接原因。

組織兩組人員同時通過邊烘烤邊用葫蘆校正的方式對變形導料板進行恢復以釋放干涉空間。22:20，校正完畢并完成鋼帶機搶修，使鋼帶機恢復正常運行。

2 原因分析

2.1 電機跳閘原因

鋼帶機導料板受熱超限局部變形過大，導致承載鋼板立板與變形導料板發生碰磨并在大量排焦及焦塊擠壓作用下突發錯位，是本次異常跳閘事故的主因。分析認為，變形導料板與鋼帶立板一旦發生錯位，會擠壓鋼帶后續立板逐次傾倒，傾倒立板進入導料板外側反向擠壓導料板加劇立板外移。當從錯位點到頭部鋼帶都脫軌進入導料板外側時鋼帶中心跑偏，渣塊進入錯位的鋼帶立板和導料板間進一步加劇中心跑偏并帶動初始錯位點繼續向下延伸。隨著鋼帶的偏移跑偏，爐前側鋼帶耳板與限位輪開始接觸刮碰，因爐后側的立板已錯位至導料板外側，導致鋼帶的大范圍不正常偏移，此時爐前側的限位輪已起不到鋼帶找正、限位作用。當初始錯位點向下延伸移動時立板與導料板碰磨力、渣塊在錯位鋼帶立板與導料板間摩擦力、鋼帶跑偏對側的鋼帶耳板與防偏輪接觸摩擦力、鋼帶立板與托輪接觸摩擦力等種種外力之和，超過電機設定的相應力矩時則觸發跳閘。

2.2 導料板受熱超限原因

鋼帶機導料板受熱超限主要原因為鋼帶頭部主冷卻風風門控制不合理，以及位于鋼帶兩側面對稱布置的60個輔助冷卻小風門全部封堵起不到冷卻作用，導致鋼帶運行溫度長期過高。通過SIS歷史曲線追溯，發現事故發生前兩個月內主冷卻風門開度均在3 %以內，基本接近關閉狀態，鋼帶過渡段和頭部溫度最高達到了545 ℃，339 ℃，而事故發生時鋼帶過渡段和頭部溫度分別為367 ℃，230 ℃，均未嚴格執行鋼帶過渡段溫度最高不超過200 ℃及頭部溫度最高不超過150 ℃的運行規程。

2.3 導料板不正常變形原因

鋼帶機上升段導料板結構和材質不良等因素加劇了導料板的不正常變形。上升段導料板材質為16 Mn，厚度5 mm，耐熱性能劣于水平段和過渡段導料板(材質為20鋼，厚度8 mm)；上升段每段導料板長約3 000 mm，遠大于水平段和過渡段普遍的1 450 mm/段；每段導料板兩端均有三角鋼板滿焊固定，受熱超限后上升段過長的導料板沿長度方向的線性膨脹得不到完全釋放，加劇了導料板的不正常波浪形變形。

2.4 電機跳閘保護整定不合理

鋼帶機的電機跳閘保護整定不合理是本次事故擴大的另一個原因。鋼帶機第一次跳閘即已發生立板與導料板錯位，再次啟動運行10 min左右才再次觸發跳閘，說明電機跳閘過流保護定值設置偏大，在此錯位運行期間未及時有效執行跳閘保護，加劇了錯位點向下延伸，同時造成兩側大量耳板、立板變形、托輪、防偏輪等損壞。本次鋼帶機電機未及時跳閘保護直接導致鋼帶機爐后側頭部以下約20 m長的鋼帶立板脫軌進入導料板外側，鋼帶爐前側立板連帶承載鋼板和耳板集中變形損壞長達20 m左右。

2.5 鋼絲襯網壽命超期

鋼帶機承載鋼板下部的鋼絲襯網壽命超期是本次異常事故的潛在原因。

(1) 根據設備說明書要求，鋼帶鋼絲網壽命為20 000 h，實際使用壽命已超35 000 h。

(2) 鋼帶鋼絲要求磨損達1/3時更換，實際鋼絲普遍磨損量已超1/3，部分鋼絲磨損達到1/2。

(3) 發現爐前側耳板下部鋼絲焊接頭存在大量脫開情況，加劇了鋼帶中心爐前爐后兩側搖擺幅度，而且現場發現最大搖擺幅度達到20 mm，遠超說明書要求整機中心線偏差小于8 mm的規定。

2.6 日常管理維護不到位

鋼帶機設備管理維護不力滋長了事故的發生。

(1) 檢修維護人員未對2020年5月份2C+修期間已發現的局部鋼絲磨損超標現象制定防范措施和密切跟蹤檢查。

(2) 設備管理和使用人員未對日常巡檢中發現的鋼帶內部異音予以高度重視，且未進一步查明異音的來源。

(3) 相關人員未對設備進行深入有效的隱患排查和治理，未及時發現輔助冷卻小風門全部封堵等較大隱患。

3 防范措施

3.1 嚴格控制干渣機系統運行參數

(1) 運行人員應通過密切監視鋼帶機相關溫度，及時合理控制鋼帶機頭部主冷卻風門及輔助冷卻風門開度，保證不超溫。

(2) 適當控制放渣量，保證放渣平穩均勻，尤其在吹灰運行期間，放渣量不應超過12 t/h。

(3) 干渣機鋼帶運行頻率應不超過20 Hz，不宜長時間超過25 Hz等。

3.2 優化鋼帶機電機保護跳閘設定值

(1) 鋼帶機電機跳閘保護由過流1.5倍額定電流持續60 s保護來觸發，此設置優化需結合廠家意見，并考慮鍋爐負荷及實際的燃煤煤質特性結合相關試驗確定，以確保擁有最大連續輸渣不停運、異常卡塞時及時停運的能力。

(2) 鋼帶機電流實時數據需上傳至SIS系統以方便各方參考監視。

3.3 加強檢查與管理

(1) 加強鋼帶機頭部和尾部跑偏情況檢查，發現鋼帶立板與導流板間隙小于15 mm時，要及時停運處理。

(2) 要重視對鋼帶機上升段內部異音的辨別與排查。

(3) 發現鋼帶機頭部或尾部出現立板、耳板等明顯變形情況，要盡早查明原因并處理。

(4) 減少設備的超期服役，對超期服役的設備做好事故預想與防范措施。

(5) 要密切關注干渣機搶修時渣井的結焦、積焦情況。

3.4 結構及材質優化升級

(1) 要做好檢修項目和備品備件的準備。

(2) 要做好導料板材質升級和結構優化。在5月份進行的2 A修已將過渡段和上升段導料板材質升級更換為20鋼，厚度增加至8 mm，保留3個支撐固定，每節縮短至1.5 m，每節之間連接間隙保留5 mm，并由新增的導流護板保護，導流護板一側固定在前導料板上，另一端在后導料板覆蓋，不固定。

(3) 要做好鋼帶材質升級和結構優化。鋼帶承載板和鋼絲材質由304不銹鋼升級為更耐溫、耐磨的316L不銹鋼，并同步進行爐底排渣裝置、液壓系統、碎渣機等系統的檢修維護，確保干渣機系統的本質安全。

3.5 增加在線檢測與制動裝置

探索增加鋼帶跑偏在線監測與制動裝置，旨在方便運行人員及時發現和處理鋼帶跑偏故障。