電廠鍋爐故障及處理措施探析

臨沂市工程咨詢院有限公司 劉 晨

在鍋爐運行過程中，各類故障難免發生。本文以山東日照某鋼鐵企業自備電廠為例，針對燃燒問題、水處理問題、蒸汽管道問題、過熱器、蒸發器、省煤器問題以及控制系統故障這五個方面展開討論，針對故障的發生原因和特征進行詳細分析，并提供相應的處理措施。

1 燃燒問題

燃燒問題是電廠鍋爐中常見故障之一，如燃燒不完全、火焰不穩定、爐排堵塞、不完全燃燒等，以山東日照某鋼鐵企業自備電廠（以下簡稱“電廠”）為例進行分析。

原因分析：燃燒問題的發生往往涉及多個因素。首先，燃料的質量直接影響著燃燒的效果和穩定性。如果燃料中含有過多的雜質、水分或灰分等，將會影響到燃料的燃燒性能，導致燃燒不完全、火焰不穩定等問題的發生；其次，燃燒器設計是否科學合理直接影響著燃燒的效果和穩定性。如果燃燒器的結構設計不合理、燃料和空氣的混合不均勻，都會導致燃燒不完全、火焰不穩定等問題。同時如果爐排長時間不清理，燃料的堆積和灰渣的堆積會導致爐排堵塞，進而影響到燃燒的正常進行；最后，風量調節直接關系到燃料的燃燒和燃燒產物的排放。如果風量調節不當，可能導致燃料與空氣比例失衡，使燃燒不完全或過量氧化，進而引發燃燒問題[1]。

故障特征：燃燒問題的故障特征可通過多種方式來體現，其中包括爐膛溫度異常、煙氣成分異常、火焰不穩定等。爐膛溫度異常是燃燒問題的一個明顯特征。如果燃燒不完全或過熱，爐膛溫度就會出現異常的波動或升高。煙氣成分異常也是燃燒問題的一個重要特征，正常燃燒所產生的煙氣成分應符合環保要求，但如果燃燒不完全煙氣中的氧氣含量就會降低，同時二氧化碳、一氧化碳等有害氣體的含量就會升高。此外，正常的燃燒應該有穩定而均勻的火焰，但如果燃燒過程中存在問題，火焰就可能會出現抖動、劇烈波動甚至是熄滅的現象。

處理措施：優化燃料選擇和燃燒器設計，通過選擇高質量的燃料和合理設計的燃燒器，從而提高燃燒的效果和穩定性；定期對爐排進行清理，清除堆積的燃料和灰渣，可以保持爐排通暢。此外，通過合理控制風量的大小和調節燃燒參數的數值，可以使燃料與空氣的比例達到最佳狀態，確保燃燒過程的穩定性和高效性[2]；實時監測燃燒過程中的各項參數并及時采取調整措施，確保燃燒的效果和穩定性。

2 水處理問題

電廠為50MW 凝汽式機組配220t/h 高爐煤氣鍋爐，機組運行中多次出現鍋爐給水硬度達5mg/L，但水處理設備除鹽水水質合格，因故障原因不明確，因此鍋爐運行中以加大鍋爐排污量的方式進行處理，給水水質依然高達3mg/L，機組運行經濟性較差，設備檢修期間需另外對汽包等設備進行水垢清理。

原因分析：水處理問題是電廠鍋爐中常見的另一個故障來源，其主要原因包括水質不合格、管道堵塞、水位控制不當等。首先，水質不合格可能是由于進水中含有過多的雜質、硬度過高、pH 值不穩定等造成的。給水中的雜質和硬度過高會導致水垢在鍋爐內部和管道中的沉積，降低熱傳導效率。而pH 值不穩定會影響水的酸堿平衡，加速鍋爐和管道的腐蝕；其次，管道堵塞可能是由于水中懸浮物、沉淀物或水垢在管道中積聚所致，導致流量減少、壓力波動和溫度異常。堵塞嚴重時，還可能引發管道破裂，造成更嚴重的事故。

故障特征：可經多種方式進行觀察和監測。水質異常是常見的故障特征之一，可表現為pH 值超出范圍、水中懸浮物或沉淀物濃度過高等情況；管道堵塞會導致水流量減少、壓力波動、溫度異常等現象。可通過流量計、壓力傳感器和溫度傳感器等監測設備來觀察這些特征，及時發現管道堵塞問題。

處理措施：該問題的關鍵在于合理的水質控制和管道清洗。定期對水質進行檢測和處理是必要的。通過水質分析，了解水中的雜質、硬度等指標，根據檢測結果采取相應的處理措施，如使用水質調節劑、凈化設備等；定期清洗管道和鍋爐內部，去除水垢和沉積物。可以采用化學清洗、機械清洗等方法，根據管道和鍋爐的具體情況選擇合適的清洗方式，保持管道的暢通和熱交換的效率[3]。

經對該企業機組運行情況進行綜合分析，確定導致給水硬度升高的原因為汽輪機凝汽器銅管老化泄露導致循環水進入負壓的凝結水系統，進而影響了鍋爐汽水品質。機組大修期間，通過對汽輪機凝汽器進行銅管維護及更換，杜絕了凝汽器通過泄露的情況出現，目前機組運行正常。

3 蒸汽管道泄露問題

電廠高溫高壓鍋爐主蒸汽壓力為9.32MPa，540℃，該設備已運行20年，運行中2#機組、4#機組均出現主蒸汽電動門旁路焊口泄漏事故，經緊急停爐后進行檢修處理。

3.1 原因分析及故障特征

鍋爐及汽輪機蒸汽管道焊口泄露是各個電廠極易發生的運行故障。蒸汽管道主汽管道因壁厚、材質、管徑等原因承受該應力變化及熱膨脹系數及其附屬部件（如旁路管道和閥門各焊口）是不同的，熱力管道等高溫部件長期在高溫環境下工作時易因熱應力變化導致部件形變，這是造成主蒸汽旁路焊口泄漏問題頻繁出現的主要原因。企業自備電廠及區域調峰機組等負荷變動較大的機組，在運行中由于電網調峰或熱用戶需求變化引發鍋爐增減負荷，會引起鍋爐主蒸汽量變化較大，從而引起蒸汽管道泄漏問題，危及設備及人事安全。主蒸汽管路焊口一旦泄露只能緊急停機進行處理，由于未經調度系統批準進行停機，因此可能會對區域電網造成一定影響。

3.2 處理措施

運行中對鍋爐高溫高壓蒸汽、給水管道等進行位移跟蹤。其具體方法為觀察現有管道支吊架的傾斜度，并于各高溫高壓管道附近標志物如橫梁、臺基等處以紅漆做好標記，定期進行標記物檢查，并于每次熱力設備啟動或負荷沖擊后進行標記物檢查，對已經發生明顯位移的介質管道加強監視并在設備檢修中進行管段更換。

停機檢修處理方案一：針對已經出現故障的2#、4#機組，利用機組機停機檢修機會，將主蒸汽旁路加裝90°彎頭進行U 型補償，如圖1所示：顯示45°傾斜的兩路管道為在原水平設計的旁路管道高度上經一90°彎頭轉向上方，然后再加一90°彎頭與旁路門焊接而成，兩個彎頭之間加裝一段相同材質及管徑的管道加以延長以增加補償效果。

圖1 蒸汽電動門旁路U 型補償改造示意圖

停機檢修處理方案二：針對未出現故障的1#、3#以及5～8#機組，利用機組停機維護機會，在旁路管道與主蒸汽管道的連接處加固筋，如圖2所示，選擇直線型的固筋合適或是彎曲型的固筋，進行180°兩側加固筋或是90°四角加固筋對其進行加固。

圖2 主蒸汽電動門旁路加固筋示意圖

4 過熱器、蒸發器和省煤器問題

電廠配置杭州鍋爐廠220t/h 高溫高壓鍋爐，燃料為高爐煤氣，鍋爐在運行中曾多次出現高壓省煤器吊掛管泄漏情況，其主要外部表現為上級省煤器部位有氣流聲，一經發現鍋爐必須緊急停爐，以避免出現鍋爐水位迅速下降及省煤器爆管等惡性事故。

4.1 原因分析及故障特征

過熱、蒸發器和省煤器問題可能由于結構設計缺陷、管道堵塞、水位控制不良等原因引起。首先，結構設計缺陷可能導致部件或管道的強度不足，無法承受高溫和高壓的工作環境，從而出現破裂的風險；其次，蒸發器管道堵塞會導致熱量傳遞不暢，蒸發器內的熱交換效率下降，同時可能引發局部過熱和結垢問題[4]；最后，水位控制不良會導致過熱和蒸發器水位過高或過低，水位過高可能導致過熱和破裂的風險，而水位過低則可能導致蒸發器干燥和熱交換不足。過熱、蒸發器和省煤器問題的故障特征主要表現為鍋爐內部汽水泄露、溫度異常、壓力異常和水位不穩等現象。

4.2 處理措施

處理過熱和蒸發器問題的關鍵在于定期檢查和維護過熱器、蒸發器和省煤器：定期清洗管道保持管道的通暢和熱交換效率。定期檢查各組件結構和密封件，確保其完整性和正常運行。定期進行壁厚測量、結構檢查和密封性能測試；加強對換熱管道的監測和預警也是防止故障的有效手段。建立完善的監測系統，包括溫度、壓力和水位的實時監測，以便及時發現異常并采取相應的處理措施。

對于煤氣鍋爐反復出現的上級省煤器吊掛管泄露問題，經對原管束進行金屬金相分析后，該部位使用普通碳鋼管道不能滿足鍋爐安全運行要求，綜合考慮將部分變形或易泄露管束更換為12CrMoV高壓合金鋼，同時穩定機組負荷，減小其負荷調整幅度，使省煤器吊掛管泄露情況有效降低。

5 控制系統故障

電廠鍋爐采用DCS 控制系統，該系統利用可靠的總線實時控制網絡VLNET 實現過程控制。系統在升級后偶爾出現溫控回路從自動跳手動的現象，并且出現開路報警。

5.1 原因分析及故障特征

控制系統故障可能由于傳感器故障、控制邏輯錯誤、設備老化等原因引起：傳感器故障可能導致無法準確獲取工藝參數，影響控制系統的反饋和調節能力；控制邏輯錯誤可能由于程序編制錯誤或參數設置不當，導致控制指令的誤差增大，系統無法正常運行；設備老化可能導致控制設備的性能下降，包括控制器、執行器等，從而影響控制系統的穩定性和可靠性。

該故障特征主要表現為自動控制失效、儀表讀數異常、報警系統響應遲緩等現象：自動控制失效可能導致無法實現期望的控制目標，如溫度、壓力或流量無法穩定控制在設定值附近[5]；儀表讀數異常可能表現為儀表顯示數值與實際值不一致，或者出現波動較大的情況；報警系統響應遲緩可能意味著在出現異常情況下，系統無法及時發出警報或報警信號延遲，從而增加了故障擴大的風險。

5.2 處理措施

處理控制系統故障的關鍵在于定期檢查和維護控制設備：定期校準傳感器是必要的措施。通過校準傳感器，可以確保傳感器測量的準確性和穩定性，提高系統的測量精度和可靠性；檢查和修復控制邏輯也是重要的處理措施。定期檢查程序編制和參數設置，及時發現和糾正控制邏輯錯誤，確保控制指令的正確性和有效性[6]；更新老化設備也是防止控制系統故障的重要手段。此外，加強對控制系統的監測和備份系統的建設也是防止故障的重要手段。建立完善的控制系統監測系統，包括實時監測和記錄關鍵參數、狀態和運行數據。通過對監測數據的分析和處理，及時發現系統異常和潛在故障并采取相應的措施。此外，配置備用控制器和備用電源等，以便在主系統故障時能夠快速切換和恢復正常運行。

經處理發現，系統構建電纜存在破損，屏蔽層存在穿孔，因為設備運作的過程中會形成較大的磁場，控制信號線感應到磁場構成干擾，輸入至DCS系統引發故障。將全部電纜線更換后故障消除。