浅析如何防止锅炉受热面受损
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摘 要：本文主要探讨了如何避免锅炉受热面损坏的控制手段，期望能够在一定程度上防止受热面损坏情况的发生。
关键词：锅炉 受热面 升温 升压 措施
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2019）07-0-01
前言
受热面是火电厂锅炉热交换的主要介质，一般包括水冷壁、省煤器、再热器、过热器、空气预热器等设备。一般来讲，受热面管束受热不均、管束发生机械损伤或吹灰蒸汽长期侵蚀管壁都有可能导致爆管事故。而一旦受热面的管束出现损坏或爆管，造成工质大面积泄漏的严重事故，将会给发电厂造成较大经济损失，严重的还可能威胁现场工作人员的生命安全。根据某电厂数据，锅炉受热面受损的情况发生概率较高，在2013年锅炉投产后共发生15起受热面破裂事故。反观其原因，造成受热面损坏主要在于受热面管束所受的热应力超过管材所能承受的应力极限，从而导致断裂。这种断裂极易发生在锅炉启、停和堵管的情况下。在这些情况下，受热面管束温度变化梯度一般较大，极易造成管材所受的应力陡增的情况。而除去锅炉启停，锅炉日常运行时，若工质流动不畅、受热面结焦等也会导致受热面金属管壁超温从而爆管。基于以上所述，
一、锅炉介绍
本文主要以大唐集团托克托发电公司的超超临界锅炉作为研究对象。所研究的锅炉型号为DG2057/29.3-∏2，由东方锅炉公司制造的前后墙对冲燃烧、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、全悬吊结构、∏型布置的变压运行直流炉。锅炉设计压力29.3MPa，最大连续蒸发量为2057.1t/h，额定蒸发量1878.9t/h，额定过热蒸汽温度605℃，额定再热蒸汽温度623℃。
二、锅炉启停及锅炉正常运行的相关措施
锅炉在启停时，其高温承压部件也会经历加热和冷却。在此过程中若参数控制不当，将产生较大热应力，影响锅炉承压部件的使用寿命。此外，在锅炉正常运行期间，结焦等情况会容易造成受热面金属壁温超限，同样威胁受热面安全。一般来讲，防止受热面破损的措施根据锅炉状态不同而不同。因此本文将分锅炉启动、锅炉停运以及锅炉正常运行几种情况进行讨论。
1.锅炉启动升温升压的相关措施
在锅炉进行升温升压的相关操作时，应在一定程度上减小管材所受的热应力，进而将应力对管材的作用减小到最低，从而起到保护受热面的作用。因此，在对锅炉进行上水操作前应确认各放水门关闭，主、再热汽系统各疏水门开启，主、再热汽系统各放空气门开启，检查各疏水温度测点应显示正确，各取样门及加药门开启，以保证管内的空气排尽，防止因为管内含有空气导致受热面发生工质滞留。此外，上水前还需对水质进行化验，并对锅炉上水的水温和速度进行严格控制，锅炉冷态启动时，水温控制在21～70℃区间内；且另做规定，锅炉冬季启动时上水时间不小于4小时，夏季启动时上水时间不小于2小时。
在锅炉上水结束后，必须保证受热面受热幅度不能过大。因此还需对炉膛的燃烧情况和受热面的受热情况做出相关规定。一般来讲，我们要求等离子磨煤机启动后根据煤质及火检情况控制煤量在15～25t/h，以便能够保证锅炉受热面不会因为突然的热负荷增加而发生受热不均的情况。锅炉点火后，应密切注意各疏水门和放空气门后的材料温度变化，此时疏水门及放空气门后的温度应保证持续上升，否则必须对各个阀门进行检查确认阀门是否处于正确的状态。
最重要的一点，就是对于锅炉压力和温度升温率的控制。在整个启动过程中，运行人员必须控制汽水分离器进口温度升温率不超过2℃/min；在锅炉点火至汽轮机冲车阶段，汽水分离器进口温度温升率小于0.72℃/min，升压率小于0.02MPa/min；待机组并网至带额定负荷这段时间内，汽水分离器进口温度温升率应小于1.25℃/min。待汽水分离器压力升至0.2MPa后，运行人员须关闭所有的放空气门；待汽水分离器压力升至1.0MPa时，运行人员须关闭各疏水门。当再热器出口母管压力至0.2MPa，关闭再热器各放空气门。当再热器出口母管压力至0.5MPa，再关闭再热器各疏水门。汽水分离器出口压力至0.5MPa投入高低压旁路系统。
2. 锅炉停炉时的相关措施
与锅炉启动时一样，在执行停炉操作时，也需要对整个停炉过程中的参数进行控制。但其控制原则与锅炉启动过程相反。
2.1停炉后的通风冷却：
如果锅炉停炉后，没有对炉内受热面的相关检查工作或大、小修情况，在锅炉停炉后对其进行通风吹扫，持续时间不得少于10分钟。在吹扫工作结束后停止所有引、送风机并关闭引送风机出入口挡板，锅炉保持焖炉状态。若安排有针对受热面的检查、检修工作，在完成上述工作并焖炉48小时后，且高温过热器与高温再热器的壁温均降到300℃以下时，再进行自然通风冷却；在锅炉灭火72小时并且高温过热器与高温再热器壁温均降到200℃以下时，启动相应台数的引风机及送风机，以维持合适风量对锅炉继续通风冷却。在冷却期间必须保证低温过热器和低温再热器入口烟气温度的降低速率不高于2℃/min；屏式过热器、末级过热器和高温再热器管壁金属温度降温速率不超过1℃/min。只有当烟温测点显示数值符合相应的要求时，此时才可以结束强制通风冷却。
2.2锅炉放水的相关操作：
如机组计划停运一周以上，锅炉采用帶压放水方式（相当于余热烘干防腐），分离器入口压力降低至0.8MPa，开启锅炉所有疏放水门进行带压放水，当分离器入口压力降低至0.2MPa，打开锅炉所有放空气门；如机组计划停运不到一周时，分离器入口压力降至0.5MPa时，打开过热器疏水门；分离器入口压力降至0.2MPa时，打开锅炉所有放空气门。当分离器入口压力降至0.1MPa时，开启全部疏水门和放空气门进行彻底放水。待锅炉内部水排尽之后，锅炉放水操作结束。
3.锅炉正常运行时的相关措施 除保证锅炉的启停阶段外，在锅炉正常运行时应尽量避免锅炉结焦，同时对受热面壁温进行严格把控，防止由于金属壁温超限造成受热面损伤甚至爆管。因此，在运行人员进行锅炉运行情况的调整时，应着重从以下几个方面进行：
首先，对燃煤及配煤掺烧加强管理，同时做好煤质化验工作。包括煤的工业分析、灰熔点测量等。当燃用煤种变化时及时化验煤质，当燃用煤种灰熔点小于其软化温度时及时调整配煤方式，坚持合理掺烧，保证燃煤来源稳定，避免燃用煤种频繁变化。
其次，在运行调整方面，需严格控制锅炉出口氧量在规定范围内。100%负荷时锅炉出口氧量不小于3.21%，50%负荷时锅炉出口氧量不小于5.67%，并保证两侧氧量偏差小于0.5%。运行时若锅炉两侧氧量出现较大偏差大时应及时校核表计，确认表计无误后通过调节锅炉配风来保证氧量在正常范围内。
再次，运行人员应加强对汽温的调整及锅炉结焦情况的监视，必须对受热面进行及时吹灰，防止汽温过高造成壁温超限。合理控制锅炉炉膛火焰中心高度，避免锅炉的对流受热面区域发生结焦等现象。为避免由于传热不均导致的受热面爆管，在锅炉日常运行时必须严格执行锅炉吹灰规定。在吹灰之前，必须保证吹灰蒸汽参数符合要求，若发现排烟温度异常时应增加水冷壁燃烧器区域的吹灰频次。
除上述方面以外，在锅炉运行时，应设置自动调整炉膛负压，并且密切监视炉膛压力变化。当引风机出力受限导致无法控制炉膛负压时应酌情考虑降低机组负荷。另外，还需保证进入炉膛参与燃烧的煤粉细度合适，并密切关注磨煤机的煤粉细度，发现问题及时进行调整。此外，还需要密切关注磨煤机的出口温度。尤其对于某些易结焦的煤种，在运行适当降低磨煤机的出口温度，防止燃烧器区域结焦的情况发生。
最后，还应对锅炉设备进行定期维护和检修。在鍋炉日常运行时，运行人员应密切关注锅炉参数，发现表计指示不准，及时通知相关人员检修处理。相关部门还应定期对锅炉的测量装置（如氧量表、一氧化碳装置、风量测量装置等）进行检验和维护工作，确保测量值指示正确。在锅炉停炉检修期间，结合防磨防爆工作清理炉膛受热面的积灰，确保锅炉启动前炉膛受热面的清洁。
结语
燃煤电厂每年都会发生由于受热面破损导致的事故，因此我们应该对受热面破损引起足够的重视。而反观电力系统的同行们对于防止锅炉受热面破损这一事故都能够提出足够多的措施和方法。但正如本文所描述的那样，无论采取哪种措施，究其根本都是为了避免受热面管材所受的热应力超过其材料对应的应力极限。相信在科技更加成熟的未来，如果能有承受更大的热应力材料投入使用，对于减小锅炉受热面破损将会做出巨大的贡献。但是基于目前的情况，我们应该着眼于制定更合理的措施，来避免材料所受的热应力超过其应力极限而造成的不可逆的形变，进而避免锅炉受热面破损的情况发生。
参考文献
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