240 t_h CFB锅炉密封浇注料失效引起水冷壁管泄漏的分析.pdf

2023年第9 期（总第30 9 期）doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.09.006应用能源技术29240t/hCFB锅炉密封浇注料失效引起水冷壁管泄漏的分析于季鹏，郭旭超（黄陵矿业煤研石发电有限公司，陕西延安7 2 7 30 7）摘要：文中分析了2 40 t/hCFB锅炉密封浇注料失效引起水冷壁管泄漏的情况。在对锅炉进行全面检查时发现,右侧第一片水冷蒸发屏第一根管子顶棚穿墙根部有一约30 mm的破口，并且顶棚上还有4根水冷壁管漏点，其旁边有1 1 根水冷壁管已磨损严重。进一步的检查发现,第一片水冷蒸发屏第一根管子破口正前方的顶棚水冷壁管鳍片出现大的裂缝，而其他水冷蒸发屏和屏过顶棚穿墙周围也存在大量细小裂纹。通过分析可得出结论，此些问题主要源于密封浇注料的失效局部脱落，导致水冷壁管泄漏。关键词：密封浇注料；水冷壁管泄漏；CFB锅炉；鳍片断裂中图分类号：TM621.2Analysis of Sealing Castable Failure Causing WaterWall Tube Leakage in 240 t/h CFB Boiler(Huangling Mining Coal Gangue Power Generation Co.Ltd.,Yanan 727307,China)Abstract:This paper analyzes the situation where the failure of sealing castable in 240 t/h CFBboiler leads to water wall tube leakage.During a comprehensive inspection of the boiler,it was foundthat there was a approximately 30 mm hole at the root of the right-side first water-cooled evaporatorscreens first tube ceiling,and there were also 4 leaking points on the ceiling,with 1l adjacent waterwall tubes severely worn.Further inspection revealed a large crack in the fins of the water wall tubeon the ceiling,directly in front of the hole in the first tube of the first water-cooled evaporatorscreen.Numerous small cracks were also found around other water-cooled evaporator screens andthe ceiling where they pass through the wall.Through analysis,it can be concluded that these issuesprimarily stem from local detachment and failure of the sealing castable,resulting in water wall tubeleakage.Key words:sealing castable;water wall tube leakage;CFB boiler;fin fracture0引言240t/h循环流化床锅炉是我国电站常用的一种锅炉类型。循环流化床(CFB)锅炉作为一种新型的环保高效锅炉，得到了广泛地应用。但是CFB锅炉在长期运营过程中也会出现一些故障，收稿日期：2 0 2 3-0 7-0 2修订日期：2 0 2 3-0 8-1 0作者简介：于季鹏（1 9 8 5）,男，本科，工程师，研究方向为循环流化床锅炉运行与检修管理。文献标志码：AYU Jipeng,GUO Xuchao影响其安全稳定运行1-3。近年来，我国部分240t/h循环流化床锅炉在运行过程中频繁出现水冷壁管道泄漏的故障，严重影响了锅炉的安全生产4-5。根据调查分析,大多数CFB锅炉水冷壁管道泄漏故障的根本原因在于密封浇注料失效。密封浇注料作为连接水冷壁管道的重要部件,其性能的好坏直接影响管道的密封性和机械强度。目前国内外对CFB锅炉水冷壁管道泄漏文章编号：1 0 0 9-32 30(2 0 2 3)0 9-0 0 2 9-0 530故障的研究还比较缺乏，尤其是从密封浇注料失效机理方面的研究还相对薄弱6-7 。因此,开展这方面的研究对提高CFB锅炉水冷壁的安全可靠性,预防水冷壁管道泄漏事故的发生,具有重要的工程意义。为此本文以某电站2 40 t/hCFB锅炉水冷壁管道泄漏故障为背景，针对密封浇注料失效机理展开研究,以期找出水冷壁管道泄漏故障的根本原因,并提出有效的预防对策,为保障CFB锅炉的安全稳定运行提供参考。1密封浇注料失效机理分析循环流化床锅炉轻质保温浇筑密封料失效的机理可能涉及多个方面，包括物理损伤、化学腐蚀、热应力等。文中分析了可能导致保温浇筑密封料失效的机理。（1)物理损伤：长期的机械振动和热膨胀收缩循环可能导致保温材料出现裂纹或剥落。循环流化床锅炉在运行过程中，由于燃料的不断投人和床料的循环流动，会产生较大的机械振动，这种振动对保温材料构成物理损伤。（2)化学腐蚀：锅炉燃烧过程中产生的化学物质（如SOx、NO x 等）可能与保温材料发生化学反应,导致材料结构破坏或性能下降。此外,锅炉内部的高温环境也可能加速化学腐蚀过程。(3）热应力：锅炉在启动和停止过程中，保温材料会经历快速的温度变化，这会产生热应力。如果材料的热膨胀系数与其他结构材料不匹配，或者保温材料本身的耐温性不足，都可能导致材料因热应力而损坏。(3)水分渗人：如果保温材料的防水性能不佳,水分可能会渗透进材料内部。水分的存在不仅会降低保温性能，还可能在冻融循环中引起物理损伤,或者与材料中的化学成分反应,加速材料的化学腐蚀。(4)老化：随着时间的推移,保温材料可能会因为长期暴露在高温、化学物质和机械应力下而逐渐老化,其物理和化学性能会逐渐下降。为了延长保温材料的使用寿命，需要选择适合循环流化床锅炉工作环境的高性能保温材料，应用能源技术并定期对锅炉进行检查和维护，及时修复或更换受损的保温材料。2密封浇注料失效引起水冷壁管泄漏案例2.1设备概述某2 40 t/hCFB锅炉型号为DGJ240/9.8-II2由东方锅炉工业集团有限公司设计的单汽包、自然循环、循环流化床燃烧方式，全封闭布置锅炉8 。该锅炉由一个膜式水冷壁炉膛，两台汽冷式旋风分离器和一个由汽冷包墙包覆的尾部竖井（H R A）三部分组成。锅炉炉膛内布置四片屏式过热器管屏和四片水冷蒸发屏有屏式受热面。锅炉共设有四台给煤装置和两个石灰石给料口，给煤装置全部置于炉前，在前墙水冷壁下部收缩段沿宽度方向均匀布置。两个石灰石给料口与前墙下两支二次风共用两个风口。炉膛底部是由后水冷壁管向前弯制围成的水冷风室，水冷风室后布置两个风道点火器，其中各布置有一个高能点火油燃烧器。风室底部沿宽度方向布置有4根219排渣管分别对应三台冷渣机和一根事故渣管。其锅炉主要设计参数见表1。表1锅炉主要设计参数项目设计数据锅炉蒸发量/h-1240汽包额定工作压力/MPa11.11过热蒸汽出口压力/MPa9.81过热蒸汽温度/540给水温度/220饱和蒸汽温度/319省煤器出口温度/290型式膜式水冷壁允许壁温/450管数/根440水冷壁外径及壁厚/mm管距/mm面积/m分隔屏片数/片允许壁温水冷蒸发屏分隔屏管数/根外径及壁厚/mm2023年第9 期（总第30 9 期）51576.21 379444502960 62023年第9 期（总第30 9 期）2.2事件概述某年1 1 月1 9 日运行监盘人员发现锅炉炉膛左侧出口温度8 49，右侧出口温度8 0 8，且右侧出口温度有持续下降趋势，给水流量在此前基础上有所增加，炉膛也向正压方向急剧增加,随后锅炉主给水流量持续增大，难以维持运行，打开人孔门后发现炉膛内有大量水流下，经综合判断为水冷壁管泄漏，立即按照紧急停炉事件执行。2.3泄漏点检查11月1 9 日锅炉放完床料后次日开展了对炉膛内搭设好检修平台后对炉膛内所有受热面进行应用能源技术全面检查，检查结果如图1 所示。检查发现炉膛内右侧第一片水冷蒸发屏第一根管子顶棚穿墙根部有一约30 mm的破口,同时在破口正前方的顶棚有4根水冷壁管有漏点（中间2 根为让管）,其旁边有1 1 根水冷壁管已磨损严重，管壁减薄。水冷蒸发屏管子材质：2 0 G,规格：p606mm,水冷壁管材质：2 0 G,规格：515mm。后续再次检查又发现，在第一片水冷蒸发屏第一根管子破口正前方的顶棚水冷壁管鳍片有一处大的裂缝,其他水冷蒸发屏和屏过顶棚穿墙周围也有大量细小裂纹，如图2 所示。31水冷蒸发屏破口售减薄区域图1 炉膛内受热面情况页棚穿墙管鳍片裂纹顶棚管鳍片裂纹导致泄露，吹漏水冷屏管，又回吹至顶棚管。首爆口图2 顶棚水冷壁管鳍片泄漏检查情况2.4泄漏点处理经检查确认后共有1 6 根管子泄漏和减薄情况,其中有漏点管子5根（1 根为水冷蒸发屏管,4根为水冷壁管），管壁减薄管子1 1 根（均为水冷壁管）。由于此次泄漏位置位于炉膛顶棚，泄漏部位包含顶棚让管和水冷蒸发屏穿墙密封处，顶棚外部穿墙处有密封盒，膨胀节和水冷蒸发屏集箱,若要换管,施工难度大,工期时间长,为了保证冬季矿区供热，经该公司相关技术人员商议，拟决定采用对8 块管屏顶棚周围鳍片裂纹进行补焊和打磨。修复处理完后情况如图3所示。32应用能源技术2023年第9 期（总第30 9 期）图3修复后的8 块管屏顶棚周围鳍片2.5原因分析经过停炉后全面检查发现，炉膛内8 片吊屏（4片屏过和4片水冷屏）顶棚穿墙处密封材料为轻质保温浇注料，轻质保温料已超过使用寿命，存在失效、局部脱落，造成8 片吊屏穿墙处均存在漏风现象,其中此次泄漏部位漏风较为严重,第一片水冷蒸发屏第一根管子破口正前方的顶棚水冷壁管鳍片断裂正是因为外部密封材料空虚造成的。第一片水冷蒸发屏第一根管子破口正前方的顶棚水冷壁管鳍片裂缝长期漏风吹向水冷屏管，造成水冷屏管泄露，继续延伸顶棚水冷壁管，最后造成水冷壁管泄露和管壁减薄，也是造成此次泄露的直接原因。3防范对策3.1加强燃烧调整加强燃烧调整，合理配风，减少磨损，控制合适的炉膛差压、料层差压。防止在锅炉启动、运行及负荷调整时燃烧工况的恶化，烟气偏斜、热负荷偏差和受热面管子超温是防止循环流化床锅炉水冷壁管泄漏的重要措施之一。在此次事件中,炉膛内的泄漏问题间接与燃烧调整有关。因此,对燃烧进行合理的调整可以有效减少或避免锅炉受热面超温或者磨损泄漏。首先对燃烧系统进行全面检查，包括燃烧器、燃烧风机、燃烧控制系统等。检查燃烧器是否正常工作，燃烧风机是否有异常噪音或振动，燃烧控制系统是否存在故障或误操作等情况。通过全面检查，可以及时发现燃烧系统存在的问题,及时进行维修和调整,确保燃烧系统的正常运行。其次对燃烧参数进行调整。包括燃烧温度、燃烧风量、燃烧压力等参数的调整。通过合理的调整，可以使燃烧过程更加稳定，减少燃烧产生的高温和高压对水冷壁管的冲击,降低水冷壁管的磨损和腐蚀,延长水冷壁管的使用寿命。另外还需要对燃烧过程进行监控和调节。通过实时监测燃烧过程中的温度、压力、氧含量等参数，及时调节燃烧系统，保持燃烧过程的稳定性和安全性。同时，对燃烧过程中产生的烟气进行监测，及时发现燃烧不完全或烟气中存在的有害物质，采取相应的措施，保证燃烧过程的环保性。3.2入炉水质监督控制人炉水质是影响锅炉水冷壁管泄漏的重要因素之一。水质不合格会导致水冷壁管腐蚀加剧，从而加速管壁减薄和泄漏的发生。因此,对人炉水质进行做好日常水质监督、化验及停炉保养。首先，需要对入炉水的水质进行严格监测，包括水中溶解氧、碱度、硬度、盐度等指标的监测。通过定期取样检测,及时发现水质异常情况,采取相应的处理措施，确保人炉水质符合要求。其次,加强对水处理设备的维护和管理，保证水处理设备的正常运行。定期对水处理设备进行检查和维护，及时清理设备内的污垢和沉积物，确保水质处理的有效性。另外,建立健全的水质管理制度,明确责任部门和人员，加强对水质监督控制工作的组织和管理。制定水质监督控制的操作规程和标准,确保水质监督控制工作的科学性和规范性。最后,加强对水质监督控制工作的宣传和培训,提高相关人员对水质监督控制工作的重视和认识。2023年第9 期（总第30 9 期）通过培训，提高操作人员对水质监督控制工作的技能和水平，确保水质监督控制工作的有效开展。通过以上措施的实施，可以有效提高人炉水质的监督控制水平，减少水冷壁管泄漏的发生，保障锅炉的安全稳定运行。3.3更换失效密保温封浇注料密封浇注料在循环流化床锅炉中可以有效地密封炉膛内部,还可以起到保温隔热的作用。然而，密封浇注料一旦失效，就会导致炉膛内部的温度和压力失控，从而引起水冷壁管泄漏等严重问题。因此，需要定期对密保温封浇注料进行检查和更换。一是对密封浇注料的失效原因进行深入分析。密封浇注料失效的主要原因包括长期高温作用、机械振动、化学侵蚀等。在实际操作中，我们需要对密封浇注料的使用寿命进行严格地监控和管理，一旦发现失效迹象，就需要及时更换。二是制定一套科学的更换失效的密保温封浇注料方案和操作流程。在更换过程中,需要确保炉膛内部的清洁和干燥，以免影响新密封浇注料的黏结效果。同时,还需要选择高质量的密封浇注料,并严格按照操作规程进行施工,确保密封浇注料的质量和效果。三是更换失效的密保温封浇注料需要与其他防范对策相结合,形成一个完整的防护体系。比如,在更换密封浇注料的同时,还需要对燃烧调整、人炉水质监督控制、防磨防爆工作等方面进行细化和加强，以确保循环流化床锅炉的安全稳定运行。综上所述，更换失效的密保温封浇注料是保障循环流化床锅炉安全运行的重要举措。只有加强对密封浇注料的监控和管理，及时发现并更换失效的密封浇注料,才能有效预防水冷壁管泄漏等问题的发生，确保锅炉的安全稳定运行。因此，应该高度重视密封浇注料的管理工作，确保其始终处于良好的状态。应用能源技术3.4细化防磨防爆工作为了防止类似泄漏事件再次发生，需要对防磨防爆工作进行细化和加强。首先，需要对密封浇注料进行定期检查和维护，确保其使用寿命不超过规定期限，一旦发现失效或局部脱落，应立即更换。其次,对于炉膛内受热面的检查也需要加强，特别是对于水冷壁管和水冷蒸发屏管的检查，发现磨损严重或管壁减薄的情况应及时处理或更换。此外，对于炉膛内的漏风现象也需要高度重视,及时修补漏风部位，防止漏风对受热面的影响。另外，对于燃烧调整和入炉水质监督控制也需要加强，确保燃烧稳定，人炉水质符合要求，减少对受热面的腐蚀和磨损。最后,加强员工的安全意识培训,提高他们对防磨防爆工作的重视程度,确保每位员工都能够严格执行相关操作规程，做到安全第一。通过细化防磨防爆工作,可以有效地预防类似泄漏事件的再次发生，保障锅炉的安全稳定运行。参考文献1徐徐顺智，王孝全，杨凤玲，等.某30 0 MW循环流化床煤电机组灵活性运行技术探讨J.电力学报，2023,38(1):1-13.2赵小兵，张伟，于季鹏.2 40 VhCFB锅炉布袋除尘器升级改造J.锅炉制造,2 0 2 3（3）:2 3-2 5,42.3鄢晓忠，何旭，马琪顺，等.2 6 0 t/h循环流化床锅炉燃烧优化调整试验研究J.浙江工业大学学报，2022,50(5):553-558.4张乾.浅析锅炉水冷壁泄漏的成因及应对措施J.橡塑技术与装备,2 0 2 3,49(1 2):59-6 3.5张志达，张炜，许龙发，等.锅炉水冷壁腐蚀爆管原因J.理化检验物理分册,2 0 2 3,59(4):1 9-22,28.6李晓琴，苏建.330 MW亚临界燃煤锅炉炉顶密封改造J.工业锅炉,2 0 2 3(2)：46-50.7徐成兴.循环流化床锅炉炉膛受热面的磨损分析J.当代化工研究,2 0 2 3(1 4:52-54.8于季鹏.黄陵矿业电厂2 2 40 t/hCFB锅炉脱硝系统优化改造分析与应用J.流体测量与控制，2022,3(4):12 14.33