干熄焦鍋爐爆管原因分析及解決措施

陳升志，袁道朵，劉 麗

（首鋼水城鋼鐵（集團）有限責任公司，貴州六盤水 553028）

前言

某鋼廠干熄焦鍋爐建于2011 年，鍋爐型號為Q177∕980-71.25-9.8∕540。自投產以來，鍋爐運行效果良好，噸焦產汽率達到設計值0.54 t，為提升該鋼廠自發電量及自發電率提供了堅實基礎。近年來，鰭片蒸發器先后出現2 次爆管，一、二級過熱器、吊掛管等出現管壁磨損嚴重、管壁減薄等現象，為干熄焦鍋爐及干熄焦爐安全、連續、穩定運行帶來影響的同時，也損失了發電量。

1 事故經過

某年8 月5 日，正在監盤的崗位人員發現鍋爐出、入口負壓變正壓，同時鍋爐主蒸汽溫度從533 ℃急劇下降至463 ℃、汽包水位從65 mm 急劇下降至-46 mm。一崗位人員立即加大鍋爐補水［1］，另一崗位人員到現場檢查后發現鍋爐出口膨脹節處向外淌水，同時二次除塵向外冒蒸汽，干熄爐H2含量從1.858%逐步上升至9.149%。崗位人員判斷鍋爐可能發生泄漏，立即匯報申請停爐，停爐后檢查為鰭片蒸發器泄漏，停爐后期因泄漏水量較大，鍋爐底部冷灰斗內積灰與積水造成冷灰斗超重，鍋爐冷灰斗從轉向風道膨脹節處脫落（見圖1）。

圖1 鍋爐冷灰斗超重脫落

2 原因分析

通過檢查，發現鰭片蒸發器泄漏點位于鰭片蒸發器檢修口（見圖2）。

圖2 泄漏點位置

此次事故，鰭片蒸發器共有3 個漏點，其中2 根鰭片管磨穿漏點，1 根鰭片管磨損嚴重，產生爆管，根據以上檢查，對造成爆管的原因進行分析。

2.1 鰭片蒸發器排查

由于鰭片蒸發器檢修口是凹槽形狀，循環氣體流通過程中，在此處產生節流，使循環氣體流速加快，加速鰭片管磨損速度，導致爆管。

2.2 焦粉顆粒排查

循環氣體中攜帶焦粉，其中粒度超過2.5 cm 的較多（見圖3），大顆粒焦粉在流通過程中增加鍋爐內部換熱管的磨損，特別是在鰭片蒸發器檢修口凹槽處形成旋流，加大鰭片管的磨損。

圖3 鍋爐焦粉顆粒測量

2.3 循環通道排查

鍋爐底部沉積焦粉堵塞部分氣體循環通道，在底部產生第二個節流口，正常運行狀態下循環風量為12.5 萬m3∕h，但在通過變窄的通道時，循環氣體流速增加，加速了鍋爐內部換熱管的磨損。

2.4 數據分析

干熄焦鍋爐入口負壓統計數據詳見表1，鍋爐入口負壓在-1.8 kPa～-1.3 kPa 之間的運行時間較多，不滿足-1.2 kPa～-0.8 kPa的控制要求，由于負壓較大，導致大量大顆粒焦粉不能完全從一次除塵器除去，進入鍋爐內，造成管道磨損。

表1 干熄焦鍋爐入口負壓統計數據

3 其他隱患

在停爐后，除對上述爆管點進行檢查外，對一、二級過熱器、管網蒸發器、省煤器等設備進行全面檢查、測量，發現一、二級過熱器受熱管減薄較嚴重。

3.1 一級過熱器檢測情況

共有36 根換熱管，管子規格為?33.4 mm、管壁厚度為4.5 mm、材質為12Cr1MoVG∕GB5310。磨損處壁厚≤3.0 mm。

3.2 二級過熱器檢測情況

共有33根換熱管，管子規格為?34 mm、管壁厚度為6 mm、材質為12Cr1MoVG∕GB5310。磨損處壁厚≤3.8 mm。

3.3 吊掛管檢查情況

因焦粉顆粒磨損、高溫硫腐蝕等原因，吊掛管迎風面部分防磨瓦損壞嚴重（見圖4）。

圖4 吊掛管防磨瓦迎風面損壞嚴重

3.4 切管檢驗情況

對一、二級過熱器及爆管管子進行化學成分檢驗，其中Cr、Mo、S均有不同程度的偏低，成分相差不大（詳見表2），但2 根漏水管道硫含量略高，管道表面硫腐蝕嚴重。

表2 12Cr1MoVG管子化學成分分析 %

經分析，一級過熱器硫腐蝕面主要位于出口迎風面，二級過熱器硫腐蝕主要位于出口背風面，由于12Cr1MoVG 材質鋼金屬壁溫≥350 ℃時發生硫腐蝕，當溫度達到500 ℃，硫腐蝕是350℃的6～8 倍，若溫度達到750 ℃則是500 ℃的6～10 倍。而二級過熱器至鰭片蒸發器段的入口煙氣溫度均超過350 ℃，處于硫腐蝕溫度區域，故一、二級過熱器及吊掛管防磨瓦均受到高溫硫腐蝕，導致管道及防磨瓦減薄、受損。

大顆粒焦粉尺寸較大，不能通過鰭片蒸發器之間的間隙，焦粉堆積并在氣流作用下產生旋流，增加鰭片管磨損。

4 整改辦法及措施

4.1 鰭片蒸發器結構優化［2］

對鰭片蒸發器爆管鰭片管及旁邊磨損嚴重的2 根鰭片管進行更換，共計更換5 根鰭片管，同時加裝防磨護板，在檢修口加阻力擋板，減緩循環氣體對檢修口的節流沖刷，見圖5。

圖5 鰭片蒸發器結構優化

4.2 過熱器加裝護板

對一級過熱器壁厚＜3 mm 的管子、二級過熱器壁厚＜4 mm 的管子全部更換，并對二級過熱器第一排管子加裝防磨護板。

4.3 吊掛管加裝雙層護板

將吊掛管防磨瓦由一層防護增加為兩層防護，提升吊掛瓦迎風面抗沖刷磨損和高溫硫腐蝕能力（見圖6）。

圖6 吊掛管雙層防磨瓦

4.4 增加排灰裝置

在鍋爐底部冷灰斗安裝2 個排灰閥，每周的周一、周三、周五定期排灰，觀察排除灰中焦粉顆粒度，一旦發現異常，及時調整，及時排除集中聚集在冷灰斗中的灰，減輕冷灰斗重量，保護冷灰斗。

4.5 工藝操作優化

對工藝操作實行精細化管理、操作［3］，控制鍋爐入口煙氣溫度＜980 ℃、鍋爐入口負壓＞-1.2 kPa、鍋爐主蒸汽溫度控制在520～540 ℃、主蒸汽壓力控制在＜9.3 MPa，同時調整干熄焦爐定修頻次，從每個月一次定修調整為2 個月一次，減少鍋爐啟、停次數，保障鍋爐在參數穩定的環境中持續運行。

4.6 技術升級

為徹底解決過熱器因高溫硫腐蝕造成的過熱器管子腐蝕減薄，防止爆管事故再次發生，采取了以下改進措施。

（1）更換鍋爐內一、二級過熱器管子，采用耐腐蝕、耐高溫效果較好的TP321H 材質管子代替原有12Cr1MoVG 材質管子，同時在一、二級過熱器前噴涂3層防磨、防腐蝕涂層，替代笨重的防磨瓦。

（2）如鰭片管蒸發器鰭和鰭片省煤器節距偏低，會導致大顆粒焦粒不能流通，造成焦粉堆積，影響鍋爐熱效率并造成磨損。為此，將鰭片蒸發器鰭片高度調整為20 mm、鰭片管間節距增加到14 mm、厚度調整為1 mm；將鰭片省煤器鰭片高度調整為16 mm，鰭片管間節距增加到10 mm、厚度調整為1 mm。在不影響鍋爐換熱效率的同時，減少了鰭片蒸發器和省煤器迎風面焦粉堆積的現象，焦粉堆積情況得到了明顯改善，未觀察到明顯焦粉堆積。

4.7 復查

采取上述措施后，在后續2 次檢修過程中，對一、二級過熱器、吊掛管防磨瓦、鰭片蒸發器鰭片管等進行檢查，運行效果良好，未出現高爐硫腐蝕、減薄、焦粉堆積嚴重等現象。

5 結束語

干熄焦鍋爐的安全、連續、穩定運行與鍋爐的操作調整、設備定期維護保養密不可分。某鋼廠針對干熄焦鍋爐運行存在的問題，采取一系列措施，大大提高了鍋爐的運行效率，為干熄焦系統穩產、高產提供了基礎。