所谓锅炉”四管”是指锅炉水冷壁、过热器、再热器和省煤器,传统意义上防止锅炉四管泄漏,是指防止以上部位炉内金属管子的泄漏。锅炉四管涵盖了锅炉的全部受热面,它们内部承受着工质的压力和一些化学成分的作用,外部承受着高温、侵蚀和磨损的环境,在水与火之间进行调和,是能量传递集中的所在,所以很容易发生失效和泄漏问题。锅炉一旦发生”四管”爆漏,增加非计划停运损失,增大检修工作量,有时还可能酿成事故,严重影响火力发电厂安全、经济运行。可见,防止锅炉四管漏泄是提高火力发电机组可靠性的需要,是提高发电设备经济效益的需要,也是创建一流火力发电厂的需要。引起锅炉”四管”泄漏的原因较多,其中磨损、腐蚀、过热、拉裂是导致四管泄漏的主要原因。运行人员如何从参数上变化准确地判断具体泄漏部位,是提高事故处理效果的前提。
一、四管泄漏的相同点:
首先都是汽机补水量增大,给水流量不正常地大于蒸汽流量、给水泵转速增大。其次炉膛负压都会变小,引风机调整投自动时,静叶开度会自动开大。引风机电流增大,电除尘电压、电流不正常。现场检查都会有泄漏声。
二、四管泄漏的不同点:
1、水冷壁泄漏特征主要表现在最直观的就是炉膛负压正负波动。炉膛燃烧会有明显扰动,而且两侧过、再热汽温,烟道烟温,排烟温度会有明显升高。这是因为水冷壁泄漏大量水迅速汽化为过热蒸汽,增强了对流换热所致。
2、省煤器是泄漏特征主要表现在省煤器进、出口烟温差增大,热风温度及排烟温度降低,对锅炉燃烧影响不大,最直观的就是排烟温度的降低,两侧排烟温度偏差。
3、 过热器泄漏特征主要表现在炉膛负压先正后负,水位先涨后降,最直观的就是主汽压力降低明显,过热器管壁温度偏高。
4.、再热器泄漏特征主要表现在主汽压、水位不变化,最直观的就是再热汽压降低,两侧排烟温度偏差大。
三,现象:
1.“四管漏泄检测装置” 警(水冷壁范围内侧点), 警点处有明显的泄漏声;
2.漏点后烟温不正常下降,两侧烟温差值不正常增大,排烟温度下降;引风机出力不正常增大(投自动时),引风机电流增加;
3.炉膛负压变小或变正压,不严密处向外喷烟气和水蒸气;
4.汽包水位下降,给水流量不正常地大于蒸汽流量;
5.主汽压力、主汽温度及再热汽温度下降;
6.水冷壁泄露燃烧不稳定火焰发暗,严重时引起锅炉灭火;
7.爆破处有响声,在燃烧室内有蒸汽喷出的声音;
四,处理:
1.若泄漏轻微,如能维持汽包水位,可降低主汽压力、负荷,短时间运行;
①根据燃烧情况,投油枪稳定锅炉燃烧,控制炉膛负压正常;
②加强对汽包水位和故障点的监视,请示停炉。
2.若泄漏严重或发生爆破,无法维持正常水位或炉膛燃烧时,应进行下列处理:
①立即停炉,维持引风机运行,排除炉内蒸汽和烟气,待不冒汽水时可停用引风机。停炉后加强通风,待蒸汽消除后停止引风机。
②汽包壁温差不大可打开烟风挡板自然冷却,同时停止除尘器运行,防止积灰,并将电除尘器、省煤器灰斗的灰放尽,防止堵灰。
③停炉后,继续上水,尽可能维持汽包水位,若不能维持水位时应停止上水防止汽包上、下壁温差过大并关闭省煤器再循环。
3.停炉后,立即停止静电除尘器的运行,并及时清理省煤器及除尘器灰斗中的积灰。
4.查明故障点,通知检修处理。
5.停炉后尽可能维持进水,维持汽包高水位,如无法维持,停止给水,关闭省煤器再循环门
“四管”泄漏的原因浅析:
“四管”泄漏是指锅炉热交换受热面中的水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤器管四种受热面管由于过热、腐蚀、磨损等各种原因发生破裂的泄漏,导致炉管失效,引起锅炉事故停机。
造成锅炉”四管”泄漏、爆管的原因主要有以下几方面:
①长期运行中振动与磨损,主要是飞灰磨损,其次是机械磨损
②制造、安装与焊接的影响
③超温运行
④运行环境影响
⑤人为因素的影响
①材料和安装本身有缺陷
简单说就是管子质量不行,电建安装不可靠。
②飞灰磨损
磨损主要是由于灰粒对管壁撞击和磨削引起。其影响因素主要是烟气速度、飞灰浓度、粒度半径的大小、灰粒的物理化学性质以及受热面的布置与结构特性。当前,多数厂实际燃煤普遍掺烧偏离设计煤种严重,特别时燃用灰分高的燃料时,磨损问题更为严重。此外,局部区域飞灰集中,最明显的就是烟气走廊,也会加重磨损。由于制粉过程中,钢球等设备的自然磨损导致烟气中含有大量铁晶粒等硬性物质加之灰分中的大颗粒,往往有着明显的棱角,会加强磨损,特别是在尾部烟道,受热面所处烟温较低而使灰粒变硬,磨损性也加大。烟气流速对于磨损的影响最为严重,因为磨损量与速度成三次方关系。因此,布置受热面时,应使烟气流速不太大,更应避免局部地区流速过大。
③腐蚀
这里的腐蚀分两部分,一部分是由于给水品质不达标造成的管内化学腐蚀;另一部分是由于炉膛内积灰造成的高温腐蚀和尾部烟道的低温腐蚀。
化学腐蚀多数发生在水冷壁中,由于给水结垢,在水冷壁内壁形成酸性或者碱性的沉积盐,对管壁内的氧化膜产生腐蚀,导致管壁变薄,承压能力变弱。化学腐蚀同样可能发生在过热器和再热器,由于减温水使用不当,使过热蒸汽品质恶化时,过热器、再热器就可能发生结垢,造成化学腐蚀。停炉时管内存水也有可能造成管道腐蚀,所以,经常采用带压放水。
高温腐蚀发生的部位主要是高温高压热负荷区域。其原因主要是煤中含硫,主要是以硫酸为主要成分的熔盐腐蚀和硫化氢及硫氧化物造成的气态腐蚀。在煤燃烧过程中,煤中的硫化合物与氧发生反应,同时在高温燃烧中,煤中的K、Na盐类转化为它们的高价氧化物氧化钾和氧化钠,这些氧化物会与生成的三氧化硫反应,生成它们的硫酸盐,硫酸盐进一步与三氧化二铁、三氧化硫发生反应而生成复合硫酸盐。这些复合硫酸盐在550—580℃的温度范围内呈熔融状态粘附在管壁上与Fe发生反应从而加快了炉管的腐蚀。
低温腐蚀是指,尾部烟道主要是省煤器和空预器管壁温度低于烟气中SO2的露点温度时,凝结形成强酸直接对管壁造成的腐蚀。
④管壁超温
管壁超温时,会造成金属蠕变速度加快,强度急剧下降,大大降低使用寿命,长期以往,使得相应管壁破损的几率大大提升,这称之为长期超温爆管。
有时由于运行方式变化,由于工质冷却条件恶化、火焰偏移等原因,管壁温度在短时间内突然升高,使钢材的抗拉强度急剧下降。在工质压力的作用下,温度最高的向火侧,首先发生塑性变形,管径胀粗,管壁变薄,最后发生剪切断裂而爆破。这种爆管称为短时超温爆管。
磨损是锅炉”四管”泄漏的主要原因之一磨损泄漏爆管主要发生在省煤器、低温过热器、低温再热器等烟温较低的尾部受热器上及喷燃器火嘴附近的水冷壁弯管。省煤器是很密集的管排,烟气在其中有较高的流速。如果炉烟中含有较多的灰粒,或在启动锅炉的过程中由于燃烧不完全而使大量煤粉随炉烟跑向尾部,都会加剧对省煤器的磨损速度。低温过热器、低温再热器的磨损一般发生在局部位置,对Π型布置的锅炉来说,靠炉坡墙的管子、管子的穿墙部位、管子弯头、管子与梳形卡的接触部位等处都可能存在磨损现象。引起磨损的原因有:
1,防磨盖板脱落尾部受热器的前几排管子直接地受到烟气灰粒的冲刷,因此前几排管子的磨损较后面管排严重;局部位置的防磨盖板因固定方式不正确(直接点焊于管子上),防磨盖板与管子的膨胀量不一致,在运行中易发生变形、脱落,未得到及时的恢复完善,受热面管子受烟气的直接冲刷磨损(称飞灰磨损)而减薄管壁,及至发生爆管。
2,局部烟速过高在安装和检修受热面管排时,受热面管子的节距以及受热面管排与炉墙之间距离不符合设计要求,在管排与管排之间或管排与炉墙之间形成局部”烟气走廊”,或局部管子出列造成受热面管子积灰搭桥,引起局部烟速过高,从而加大该部位管子的磨损。
3,炉墙密封不严炉墙密封不严而漏风,特别是穿墙管在穿墙处密封不严,漏风形成涡流,这样会也造成管子的局部磨损。而漏风也会使后面的烟气流速增加,从而加大后面管排的磨损。
4,实际燃用煤质的变化为降低发电成本和充分利用能源,煤粉炉广泛燃用劣质无烟煤。实际燃用煤种因多种原因与设计煤种不完全一致,偏离设计煤种,发热量低、灰分增加、挥发分降低,造成烟气中的飞灰浓度增加,同样也会加剧受热面管排的磨损。
5,锅炉炉型的影响我厂锅炉均采用Π型布置。这种型号的锅炉烟气在进入尾部烟道时要转弯,造成烟气气流分层,灰粒离析,从而加大了后墙处的磨损。
6,吹灰磨损的影响吹灰器的投入,会造成吹灰器区域的管壁磨损。我厂曾因吹灰器运行中机械卡涩,致使吹灰器汽源只往一处吹刷,使管子磨损爆破的事故。因此对吹灰器的正常维护检修尤为重要。
7,机械磨损管排固定装置的松动、脱落也会造成”四管”泄漏。如固定受热面管子的拉钩、管卡、管夹管松动脱落,使管子与管子之间、管子与管夹管之间互相碰撞、磨擦而磨损。当管壁减薄到一定程度时,在内压的作用下,管子发生爆破。1998年,黄桷庄电厂一起前大屏管夹管爆管事故。在检查时发现前大屏所有管夹管及与之接触的前大屏管都存在磨损。分析为管子与管夹管之间互相碰撞、磨擦而磨损。后将管夹管改道,至今前大屏管和管夹管都无磨损。
8,管子制造、安装、检修焊缝的质量是锅炉”四管”爆漏的第二大原因安装、检修焊接质量问题造成焊接部位产生应力集中和接头机械性能下降等,如焊口的咬边、满溢、焊瘤、内凹(塌腰)、未焊透、夹渣、气孔、裂缝(包括热裂缝、冷裂缝和再热裂纹等),致使焊口处成为薄弱部位而造成爆管。异种钢焊接部位也是易造成爆管的部位,会在焊接接头处因热胀差发生环向的破裂。水冷壁管的泄漏部位主要就发生在焊口位置。
9,管子的超温运行也是锅炉”四管”泄漏的重要原因过热超温爆管是由于管子在超温的情况下力学性能下降。管子在压力的作用下发生塑性变形(粗大的蠕变裂纹),以至爆破。存在左右烟温偏差大和烟气流量偏差大的问题,炉膛出口左右烟气温度偏差最高达80~100℃。烟气温度高和流量大的一侧管子容易超温过热,管子因热应力的增大而缩短使用寿命或直接发生损坏。屏式过热器就因过热超温出现了”球化”现象,这都造成锅炉”四管”泄漏的隐患。炉膛上方及屏过间的顶棚管在吊点间的管段下沉严重。在屏式过热器间搭架检查,发现甲往乙数第6屏过热器的甲侧第一根顶棚管向火面有一裂纹,裂纹周围有许多纵向皱裂,且管子胀粗严重;并且此管屏乙侧第一根顶棚管也有明显胀粗,表面有皱裂现象,侧得此管外径为42.3mm(此处管材为20Gφ38×4)。管子具有粗糙裂纹物征,减薄不多呈钝边,外壁有较多的受烟气腐蚀的短而粗的丝状应力腐蚀。金相分析表明:管子严重过热球化(向火面完全球化,背火面球化达6级),机械性能下降超标(抗拉强度实测为313.6MPa,标准为441MPa)。顶棚管过热器大面积超温过热胀粗,分析原因如下:热态启动并汽是造成顶棚超温的主要因素。开疏水时间短也是造成顶棚管超温的可能因素。
10,运行环境的影响也促使锅炉”四管”易泄漏
①机组的频繁启停、负荷率低,造成机组炉管和焊口金属疲劳,增加锅炉的爆漏几率。
②火焰中心调整不恰当。一、三次风冲刷水冷壁管炉墙,管子减薄而发生爆管泄漏;火焰中心偏低,造成炉底温度高,一方面容易过热,另一方面也易产生炉底漏渣,从炉内漏出的高温炉渣包覆在底部水冷壁管与定排管上,使水冷壁炉底管、定排管形成短期超温过热,从而引起水冷壁炉底管和定排管的爆管泄漏。
③停炉后快速冷却的影响。因目前电力形势的紧张,锅炉发生”四管”泄漏后均要求进行抢修,有时为了抢检修时间,不得不在停炉后进行快速冷却,造成对锅炉炉管的材质性能下降,有些虽然现在还没有显出来,但也给锅炉”四管”留下了隐患。
11,检修工艺的影响停炉检修中更换水冷壁管,一般对管子的焊口比较重视。但对鳍片管的焊接质量容易忽视,认为鳍片单面焊接就可以。更换水冷壁管后,对鳍片仅进行单面焊接,在锅炉运行后,由于水冷壁管与鳍片的膨胀系数不一样,容易造成水冷壁拉裂。
12,其它原因1,腐蚀爆管由于燃用煤种含硫量高、炉内燃烧工况差,燃烧区域内水冷壁管贴壁处煤粉缺氧,燃烧产生的还原性气体与受热面管子发生化学作用或电化学作用,造成管子减薄特别是焊口处凹陷(称高温腐蚀)而引起爆管泄漏;由于蒸汽含有杂质与受热面管子发生电化学作用,在管子内壁形成凹坑(称内腐蚀),该点管壁减薄,当不能承受蒸汽压力时就发生爆管。
2,设备老化受热面管子受持续应力和热变应力的作用,管子已达使用寿命。过热器管插座、包墙管插座等处多次发生泄漏。
3,锅炉发生爆管后,有时因种种原因未能及时停炉,泄漏出来的高速介质冲刷临近的管子而引起损坏,更进一步扩大了”四管”泄漏的范围。
4,管子本身存在的缺陷引起锅炉”四管”的爆管泄漏
5,锅炉给水中含有杂质使受热面结垢引发爆管泄漏因为水中含有能结垢的物质-钙、镁盐类。产生了一系列的物理、化学变化。某些钙、镁盐类受热生成难溶的沉淀物;水温升高后,某些具有负溶解度的盐溶解度下降达到一定程度-过饱和状态后能从水中直接析出;水不断蒸发、浓缩,含盐浓度增大,超过饱和浓度后,也将沉淀析出。所析出的沉淀物可能有两种形式:一种是牢固地粘结在受热面内壁上,形成质地密实的沉积物-水垢;一种是悬浮在水中的松散沉淀物-水渣。某些水渣极容易粘附在水流缓慢或停滞的管子内壁上,经高温烘焙后,常转变成水垢。由于水垢的导热系数比钢材小几十到几百倍。所以管壁结垢会严重地阻碍传热。使受热面金属壁温升高而过热,以至烧坏爆管。
6,其它附属出现故障引起受热面爆管泄漏
四管泄露的现象:
1.爆管时有明显的爆破声和喷汽声。
2.水位迅速下降,水位计上可以看出来,还会有低水位 警。
3.蒸汽气压可能明显降低,压力表读数上体现。
4.锅炉外可能见到大量水雾蒸汽。
锅炉爆管现象:
1)爆管时可听到汽水喷射的响声,严重时有明显的爆破声。
2)炉膛由负压燃烧变为正压燃烧,并且有炉烟和蒸汽从炉墙的门孔及漏风处大量喷出。
3)给水流量不正常大于蒸汽流量。
4)虽然加大给水,但水位常常难于维持,且汽压降低。
5)排烟温度降低,烟气颜色变白。
6)炉膛温度降低,甚至灭火。
7)引风机负荷加大,电流增高。
8)锅炉底部有水流出,灰渣增多。
锅炉爆管处理:
1)炉管爆裂泄露不严重且能保持水位,事故不至扩大时,可以短时间降低负荷维持运行,待备用炉启动后再停炉。
2)炉管破裂不能保持水位时,应紧急停炉,但引风机不应停止,还应继续给锅炉上水,降低管壁温度,使事故不致再扩大。
3)如因锅炉缺水,管壁过热而爆管时,应紧急停炉,且严禁向锅炉给水,这时应尽快撤出炉内余火,降低炉膛温度,减少锅炉过热的程度。
4)如有几台锅炉并列供汽,应将事故锅炉的主蒸汽管与蒸汽母管隔断。
过热器管爆破事故
过热器管爆破事故现象
1)过热器附近有蒸汽喷出的响声或爆破声。
2)蒸汽流量不正常地下降,且流量不正常地小于给水流量。
3)炉膛负压减少或变为正压,严重时从炉门、看火孔向外喷汽和冒烟。
4)过热器后的烟气温度不正常地降低或过热器前后烟气温差增大。
5)损坏严重时,锅炉蒸汽压力下降。
6)排烟温度显著下降,烟囱排出烟气颜色变成灰白色或白色。
7)引风机负荷加大,电流增高。
过热器管爆破事故处理
1)过热器管轻微破裂,可适当降低负荷,在短时间内维持运行,此时应严密监视泄露情况,与此同时,迅速启动备用锅炉。若监视过程中故障情况恶化,则应尽快停炉。
2)过热器管爆裂严重时,必须紧急停炉。
过热器泄露:
主要表现在炉堂负压先正后负,水位先涨后降,最直观的就是主汽压力降低明显,过热器管壁温度偏高。
a.过热器部位有泄漏声。
b.炉膛负压变小或变正,严重时向炉外喷烟气,过热器泄漏侧烟气温度下降,两侧烟温差、汽温差增大。
c.给水流量不正常地大于蒸汽流量,机组负荷降低。
d.泄漏点后沿程工质温度及壁温升高或减温水调节门不正常开大。
e.泄露侧空预器出入口差压增大。
f.引风机动叶开度及电流不正常增大。
再热器泄露:
主要表现在主气压、水位不变化,最直观的就是再热气压降低,两侧排烟温度偏差大。
a.再热器部位有泄漏声。
b.引风机动叶开度与电流不正常增大,再热器出口压力下降。蒸汽压力下降,主汽温度发生变化,机组负荷降低。
c.机组补水量不正常增大,机组负荷降低。
d.泄漏点后沿程温度壁温超温升高或烟气挡板开度不正常。
e.再热器泄漏侧烟气温度下降,两侧烟温差、汽温差增大。
f.泄露侧空预器出入口差压增大。锅炉排放的烟气中含有一定量的水分,虽然烟气中水汽本身的结露温度(水露点)很低,一般在30~60℃,但只要烟气中有0.005%的硫,烟气结露温度(酸露点)即可提高到150℃以上,此时,空气预热器的低温段就可能有硫酸溶液凝结在换热元件上,造成空气预热器的低温腐蚀。
省煤器泄露:
主要表现在省煤器进出口烟温差增大,热风温度及排烟温度降低;对锅炉燃烧影响不大,最直观的就是排烟温度的降低,两侧排烟温度偏差。
a.省煤器部位有泄漏声,如泄漏严重省煤器灰斗不严密处冒汽、冒水。
b.尾部烟道两侧烟温差增大,泄漏侧省煤器出口烟温下降。
c.炉膛负压变小或变正,引风机电流不正常增大。
d.给水流量不正常地大于蒸汽流量,机组负荷降低。
e.泄漏点后沿程蒸汽温度升高,减温水调门不正常开大;泄露严重可能造成金属管壁超温。
f.泄露侧空预器出入口差压增大。
g.引风机动叶开度及电流不正常增大。
水冷壁泄露:
a.锅炉燃烧不稳,炉膛负压变正。严重时锅炉可能灭火,从炉膛不严密处喷出烟气或蒸汽。
b.炉膛内有泄漏声。
c.锅炉两侧烟温差增大,泄漏侧烟温降低。
d.泄漏点后沿程工质温度升高,受热面壁温高、过热器减温水调节门不正常开大。
e.给水流量不正常地大于蒸汽流量,机组负荷降低。
f.泄露侧空预器出入口差压增大。
g.引风机动叶开度及电流不正常增大。
防止锅炉四管泄漏,提高锅炉运行的可靠性,减少锅炉非计划停运,是我们运行的主要任务!
①控制燃料灰分:
由于燃料变化较大,锅炉运行中偏离设计煤种较大,烟气含灰量较大,造成各部受热面磨损严重。针对燃料的变化,运行人员根据掺烧方式,保持燃料发热量及燃料输入量的相对稳定,避免发生急剧磨损。
②控制飞灰浓度:
锅炉负荷增加,烟气流速也就增加,飞灰磨损就加快。烟道漏风增加,也将使烟气流速增高而加快磨损,运行中燃烧不良,飞灰含碳量大量增加时,因焦碳粒比灰粒硬而加快磨损。因此在锅炉运行中,应保证合格的煤粉细度,注意调整燃烧,减少飞灰中的含碳量,同时要严格控制锅炉本体、空气预热器和制粉系统的漏风量,尤其是炉底漏风。
③加强化学监督提高给水品质:
尽量减少给水中的铜、铁含量,降低给水的碳酸盐碱度,减少炉水中游离的氢氧化钠。为此,必须防止凝汽器泄漏,对于直流锅炉,更应当加强对炉水品质的监督。控制炉膛局部热负荷不要过高,过于新投运和运行一段时间后的锅炉,应按规定进行化学清洗等以防止水冷壁管的垢下腐蚀。
④严禁锅炉超温、超压运行:
任何时候均应严格控制升温升压速度在规定范围内,运行期间保证各受热面的温度在规定范围内,变工况下或机组发生异常时,及时调整汽温,防止汽温大幅度变化和长时间超温。同时密切监视锅炉蒸汽参数、蒸发量及分离器水位,主要指标要求压红线运行,防止超温超压。注意高加运行情况,尽量维持较高的给水温度,防止过热器超温,由于高加故障需要退出运行时,应适当控制机组负荷,以保证过热器、再热器不超温为原则。定期进行安全门试验,保证安全门动作可靠,防止锅炉超压运行。
⑤严格按启停曲线进行:
控制锅炉参数和各受热面的管壁温度在允许范围内,并严密监视,及时调整,防止锅炉各参数大起大落。在启、停炉操作中,严格控制升温、升压速度,按规定进行冲洗工作,及时切换油枪,保证受热面受热均匀,杜绝半侧燃烧,消除热偏差。锅炉启动时,及时投入温水减温水,以增加省煤器的通流量,尤其是热态启动时,但要注意减温水量的控制,尽量不要用冷水减温,以防造成水塞。
⑥启停机日常保养:
锅炉启动前或打水压时,要控制好水温和上水速度,一般水温保持在50~70℃,上水速度30~60t/h,夏季≮2小时,冬季≮4小时;停炉后严格按规定进行停炉冷却,以防锅炉快速冷却造成管壁、联箱等处温差变化过大。注意停炉保护,根据停运时间长短,做好锅炉停运后的保养工作,一般情况下应进行热炉带压放水,防止空气中的氧和水分对管内壁的腐蚀。
⑦控制火焰位置:
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