锅炉过热器过热减薄原因分析及解决方案.pdf

2023年第6 期特种设备安全技术.7.锅炉过热器过热减薄原因分析及解决方案张学刚摘要近年来，上海的在用锅炉设备经历了多番改造：燃煤锅炉的燃油燃气改造、燃油燃气锅炉尾部烟道的节能改造、燃油燃气锅炉的低氮改造等，在不断注重锅炉设备的能效指数和环保指标的同时，锅炉设备的运行安全仍须放在首位。一旦锅炉设备发生事故，轻则停工停产，重则造成生命财产损失，及时发现在用锅炉设备存在的安全缺陷隐患，除进行维护修理外，应分析其产生的原因并采取相应措施消除安全隐患，避免同类事故再次发生。关键词锅炉过热器减薄爆管原因分析2004年9 月投入运行，2 0 19 年9 月因过热器管束局部减1 前言薄更换过热器底部对流管束，而2 0 2 0 年12 月又又因过锅炉过热器是锅炉中将一定压力下的饱和水蒸气加热减薄更换过热器底部两排对流管束。这三台锅炉结构热成相应压力下的过热水蒸气的受热面。过热器的作用都为典型双锅筒纵置式D型水管锅炉，分别于2 0 2 0 年4就是将饱和蒸汽加热成过热蒸汽，降低排烟损失，提高月至2 0 2 0 年6 月期间进行了烟气再循环形式的低氮改造，锅炉热效率。高温过热器位于炉膛出口处，因其所处位近几年该用户三台锅炉的过热器底部几排对流管束频繁置及运行工况较为恶劣，极易造成损伤，进而影响锅炉发生过热减薄甚至爆管，其实物缺陷见图1、图2，经现正常安全运行。场检测，1号锅炉过热器对流管束出现裂纹的部位有明显造成过热器安全运行缺陷的因素有很多，可分为结构、胀粗现象，2、3号锅炉过热器管束虽未开裂，但经测厚材质、制造和运行等几方面。设计结构不合理会引起高温其减薄量超过1.5mm，虑到其年减薄超过1mm的速率，烟气分布不均、对受热面管束局部冲刷强度过大、管束内按照GBT16507.4水管锅炉强度计算要求对其进行强度校介质分布不平衡使局部受热面得不到足够冷却等现象，造核计算，其剩余壁厚不能确保该设备能够安全运行至下成过热器局部过热变形甚至爆管；材质选用不合理或用错一定期检验时期，必须更换相应过热器对流管束。材质将严重影响锅炉在设计工况下的运行安全；锅炉过热器对流管束的制造包括弯管成型、焊接、支吊装配等各环节，弯头减薄量超出规定范围、焊接产生严重缺陷、支吊不当易造成震动摩擦等都可能会缩减设备使用寿命甚至造成锅炉安全运行事故；设备使用中运行操作不当造成设备缺陷的因素也比较多，炉膛温度超高或炉膛温度波动频繁将会造成受热面长期过热或发生疲劳损伤，锅炉频繁启停或负荷频繁波动过大也会严重影响设备使用寿命，表面排污不当使饱和蒸汽含盐量超标易造成过热器对流管束积盐从而引发过热变形甚至爆管，锅炉启动流程存在缺陷或过热器经常积水排放不及时致使过热器局部受热管束堵塞、腐蚀减薄等都属于使用运行不良情况。2设备情况上海浦东某热力公司有三台燃气蒸汽锅炉，在最近几年的使用中，接连因过热器出现问题而实施维修：1号锅炉SZS20-1.6/250-Q为2 0 19 年11月新安装设备，并于2020年12 月因过热器管束局部过热减薄更换过热器底部4排对流管束；2 号锅炉SZS20-1.6/250-YQ于2 0 0 8 年11月投人运行，2 0 2 1年5月因过热器对流管束减薄更换过热器底部7 排对流管束；3号锅炉SZS30-1.6/250-YQ于收稿日期：2 0 2 2-10-2 2图1图2该单位三台同类型锅炉过热器接连在几乎相同部位产生相类似的缺陷，这引起了我们的重视，除了要求对锅炉进行维修外，一定要找到引发这种现象的问题所在，并采取措施消除隐患，避免其再次出现同类型的事故，给用户造成生命财产损失。由于这三台锅炉才进行过燃烧器低氮改造不足一年，使用单位首先对新的燃烧系统产生了怀疑，认为三台锅炉过热器事故是燃烧器低氮改.8特种设备安全技术2023年第6 期造引发的。经核查更换燃烧器前后锅炉运行的工况记录，三台锅炉正常运行期间炉膛温度均为8 50 左右稳定燃烧，炉膛内无积碳等异常现象，基本排除了燃烧器低氮改造引发过热器过热的因素。为排查隐患，彻底解决问题，锅炉检验部门、锅炉设计制造单位、维修改造施工单位及锅炉使用单位运行部门等对该单位三台锅炉过热器出现同类过热减薄现象进行分析研究。3原因分析鉴于三台锅炉运行工况相同，所产生缺陷的部位都是过热器底部几排对流管束，缺陷性质均为过热减薄，因此对该用户三台锅炉过热器相同部位出现过热减薄情况分别从锅炉结构、过热器管束材质、弯管成型及焊接制造和日常运行操作等几方面进行分析研究。结构方面，该用户锅炉炉型为典型双锅筒纵置式D型水管锅炉，过热器位于炉膛出口处，由于不清楚此处高温烟气的具体分布情况，为避免过热器底部管束承受过量高温烟气冲刷，制造厂家及维修方提出在炉膛出口底部三分之一处修烟气导流隔焰墙如图3中A处，此隔焰墙既可以保护后面的过热器，还有一定的蓄热作用，同时能够改善过热器前高温烟气的分布，避免部分过热器对流管束尤其底部对流管束在运行中再次发生局部受热过量情况上下过热器俯视图材质方面，经核查锅炉出厂资料，该用户三台锅炉过热器设计材质均为12 Cr1MoVG，根据JB/T3375锅炉用材料入厂验收规则和GB/T5310高压锅炉用无缝钢管进行光谱分析如表1，其材质符合GB/T5310中的12 Cr1MoVG，基本排除了因材质问题造成这类缺陷的原因。编号Cr11.1721.1431.03制造方面，根据资料核查，所有更换的过热器管束均为每台锅炉原制造厂根据图纸提供的成型产品，从制造厂提供的质量证明材料及现场安装质量证明材料中未发现异常，而且三台锅炉所有产生的过热减薄及裂纹部位为过热器对流管束直段，与管束弯制成型及现场安装装配无关。运行操作方面，根据查阅锅炉日常运行记录，该用户三台锅炉在正常运行期间锅炉运行平稳，压力基本保持在1.2 5MPA左右，锅炉水质每班化验一次未见异常，锅炉排污记录正常，运行期间炉膛温度一般都保持在8 50 左右，该单位的某台锅炉作为轮换备用期间，每日启动并升压一次，其点火熄火程序均为燃烧器供应商根据相关规定进行设置，内部检查上锅筒水位线明显清晰，基本无波动。锅炉运行期间过热器是否受热均匀、各对流管束是否能够得到有效冷却等疑问，无法获得有效信息反馈，针对这种情况，为方便在设备运行中知晓过热器是否发生局部过热现象，建议在高温烟气经过过热器后上中下三部位加装烟温传感装置如图3BCD处，以便锅炉运行中进行观察记录，同时可以比较过热器各部位受热状况，从而得知过热器各部位是否得到有效冷却，如有异常随时可以采取相应措施，避免同类事故再次发生造成损失。另外，相同类型锅炉使用单位的设备并无如此频繁发生过热器过热减薄甚至爆裂现象，经过详细了解并比较其运行管理程序，吸取同类锅炉使用单位的运行使用经验，取长补短，建议该用户对锅炉设备备用期间的操作程序进行适当修改和完善，避免因习惯性操作不当而埋下引发安全隐患的因素。4解决方案综合各方面因素，经几番讨论最终制定该用户锅炉过热器底部管束过热现象解决方案：在炉膛出口过热器前一米处修高约一米的烟气隔焰导流墙，以改善过热器底部高温烟气分布，避免该部位承受过量高温烟气冲刷；材料及弯管成型由制造厂根据设计图纸直接提供，确保材质和制造工艺，现场支架及组装由具有资质的维修单位严格按照原设计及施工计划实施，确保装配质量；在过热器后面上中下三个位加装烟温传感器，锅炉运行期间定时观察并记录烟温状况，如有异常应采取相应措施调整锅炉使用工况，如条件允许可待冷却后进入炉内检测过热器管束是否有异常现象发生；锅炉正常运行期间，尽量保证负荷稳定，风机负荷及炉膛温度平稳，加强水质管理，保证锅炉给水和锅炉水质在规定范围内，并检测饱和蒸汽品质，避免蒸汽带盐或带水过量；在锅炉处于备用期间，每次启动升压前，必须对过表1热器管束采取疏水措施，并留意其疏水水质情况，如发MoV0.3440.2560.5650.3430.248 0.4700.333 0.1560.545MnTiWNb(Cu)现浑浊或含盐量异常须对管束进行清洗，避免在过热器对流管束内存在结垢、积盐、腐蚀等情况下投人运行而再次造成损失。缩短内部检验周期，根据TSG11锅炉安全技术规程中相关规定，根据目前该用户锅炉过热器频繁出现问题，尚存在不确定的安全运行隐患的情况下，经使用单位认可，对该用户三台锅炉内部检验周期暂时缩短为一年，以观后效。5实施结果该用户三台锅炉经本次维修后，已经正常投入运行近两年，操作人员认真按照修订完善的锅炉运行操作程序执行，运行期间定期巡视并记录锅炉设备的各压力流量及温度等相关参数，期间未发现出（下转第12 页）.12特种设备安全技术2023年第6 期参考文献低炉内烟气温度。（3）通过对实际焚烧炉进行防腐涂层处理，当涂层采用2 0%8 0 Ni20Cr+80%Incone1625的配比时，涂层在6 0 0 和7 0 0 烟气中的抗腐蚀性能最优。（4)根据炉膛烟气温度变化，适当增大二次风风量，让炉内烟气温度既能保证稳定燃烧，又不高于飞灰的熔融点，从而减少高温腐蚀和结焦问题。1龚维婷.垃圾发电技术现状与发展前景研究 黑龙江科学,2 0 19,10(18):154-155.2 吕玉坤，彭鑫.垃圾楚烧发电技术主要问题及其对策 发电设备,2 0 10,2 4(0 2):138-141.3 王小聪，陈洪君，倪进飞，等。生活垃圾楚烧发电锅炉水冷壁高温腐蚀速率研究 .全面腐蚀控制,2 0 12,2 6(0 9):6 1-6 4.4张楠.垃圾楚烧炉换热器高温腐蚀实验研究 D.天津大学,2 0 16.5Qing-Hai L I,Zhang Y G,Meng A H,et al.On-the-spot Test of theSlagging in a Grate-circulating Bed Garbage Incinerator SuperheaterJJ.Journal of Engineering for Thermal Energy&Power,2012,27(1):55-60.6白贤祥，张玉刚.生活垃圾楚烧厂余热锅炉水冷壁高温腐蚀治理研究 环境卫生工程,2 0 18,2 6(0 3):6 8-7 0.7王平，王昊佳，垃圾楚烧炉的高温腐蚀影响因素与现场防腐对策研究现状 .山东化工,2 0 2 1,50(19):2 7 0-2 7 1.8李茂东，杨波，倪进飞，等.SNCR在城市垃圾楚烧发电锅炉中的应用研究进展 .节能技术,2 0 16,34(0 1):6 3-6 7.9马云峰，白力，李晓东，等.典型生活垃圾炉排楚烧锅炉沿程受热面飞灰理化特性分析 .环境卫生工程,2 0 2 0,2 8(0 3):1-7.（上接第8 页）现异常现象。在2 0 2 1年的内部检验和2 0 2 2 年的内部检验中，其过热器使用状况良好，2 0 2 2 年其中一台锅炉的过热器对流管束情况如图4。由于基本消除了影响锅炉运行的安全隐患，按照TSG11锅炉安全技术规程中相关规定，今后将其内部检验周期恢复为两年。6结束语锅炉安全运行隐患危及到人民的生命财产安全，锅炉事故的产生有可能是由多种因素引发的，多年来国家各相关部门不断完善更新锅炉设计制造使用等法规标准和规章制度，以确保锅炉运行的安全高效经济环保，各地锅炉制造企业的制造工艺水不断提升，锅炉的各项安全控制连锁自动化水平越来越高，锅炉安全运行越来越有保障。这些都让锅炉设备在日常运行中的安全系数大大提高，各地锅炉设备的事故发生率降低了很多，但各种影响锅炉安全运行的事故仍然不断出现，给使用单位造成财产损失甚至生命危害。有些锅炉设10米铁，陈汉平，吴正舜，刘德昌，张世红，生物质灰化学特性的研究,太阳能学报,2 0 0 4(0 2):2 36-2 41.11王利，周正，王国红，等.垃圾焚烧炉热腐蚀问题的表面防护技术 .热喷涂技术,2 0 17,9(0 1):1-6.12刘栋，张磊，刘哲，等.不同工艺制备镍基合金涂层的耐高温磨损性能 .机械工程材料,2 0 19,43(0 1):58-6 3.13陈威.镍铬钻合金高温耐磨涂层制备工艺及其性能研究 D.安徽工程大学,2 0 19.14薛飞，王进卿，池作和.锅炉受热面复合陶瓷涂层的抗高温腐蚀性能 .材料保护,2 0 17,50(0 8):8 0-8 3.参考文献15华隽石，王进卿，池作和，等.锅炉受热面复合陶瓷涂层抗高温腐蚀性能试验研究 .电站系统工程,2 0 16,32(0 1):9-11.16董艳艳，何姗姗，李薇：热喷涂防腐涂层在生物质锅炉中的研究进展 .电力科技与环保,2 0 15,31(0 4):6 0-6 2.17刘亚成.垃圾焚烧锅炉受热面高温腐蚀分析及防腐涂层的应用,工业锅炉,2 0 2 0(0 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