亚临界压力锅炉的运行特点及常见故障分析

亚临界压力锅炉的运行特点及常见故障分析

杨波

（兖矿集团南屯电力公司273515）

摘要：为进一步降低每千瓦的设备投资、金属消耗、运行管理费用，提高机组运行的经济性和安全性，高参数、大容量、高自动控制技术的大型电站锅炉及低污染燃烧技术已成为当今电站锅炉的发展趋势。本文对亚临界锅炉的技术进行了分析，介绍了亚临界与超临界锅炉的主要技术特点，并对亚临界锅炉运行过程中的常见故障进行了分析。

关键词：亚临界压力锅炉；运行特点；故障分析

一、亚临界压力锅炉的分类及特点

锅炉的型式主要取决于蒸汽参数和容量，有自然循环锅炉、控制循环锅炉、直流锅炉、复合循环锅炉四种。在亚临界压力参数下运行的有自然循环锅炉，控制循环锅炉和直流锅炉。

1、自然循环锅炉的循环特性

自然循环锅炉的主要特点是有一个直径较大的汽包，由于有汽包，使自然循环锅炉有以下主要特点：

（1）汽包是锅炉中省煤器、过热器和蒸发受热面的分隔容器。有了汽包，给水的加热、蒸发和过热等相应的各个受热面有明显的分界，因而汽水流动特性相应比较简单，较容易掌握。

（2）自然循环锅炉的主要受热面就是有许多垂直管子组成的水冷壁，并且尽量减少弯头，以减少流动阻力，保证水循环的安全。

（3）锅炉的水容量及其相应的蓄热能力较大，因此，当负荷变化时，汽包水位及蒸汽压力的变化速度较慢，对机组的调节要求可以低一些；但由于水容量大，加上大直径汽包的直径比较厚，因此，加热、冷却不易均匀，使锅炉的启、停速度受到限制。

2、控制循环锅炉的特点

控制循环锅炉的循环回路中工质的循环是靠下降管内汽水混合物的密度差产生的压力差以及循环泵的压头来推动的，这样控制循环锅炉的循环回路能克服较大的流动阻力，并由此带来了控制循环的一些特点。

（1）水冷壁布置较自由，可根据锅炉形状采用较好的方案。

（2）水冷壁可采用较小的管径，管径小、厚度薄，因而可减少锅炉的金属消耗量。

（3）水冷壁管内工质质量流速较大，对管子的冷却较好，因而循环倍率较小，一般K=3～4（若在热负荷高的区域水冷壁管采用内螺纹管，循环倍率可减小至2左右）。但工质质量流速大，使流动阻力较大。

（4）水冷壁下联箱的直径较大，在联箱里装置有滤网并在水冷壁的进口装置有不同管径的节流圈。装置滤网的作用是防止杂物进入水冷壁管内；水冷壁进口装置的节流圈是合理分配并联管的工质流量，以减小水冷壁的热偏差。

3、亚临界压力直流锅炉特点

直流锅炉的特点是没有汽包，整台锅炉有许多管子并联，然后用联箱连接串联组成。在给水泵压头的作用下，工质依顺序依次通过加热、蒸发和过热等受热面，进口工质是水，出口工质则为符合设计要求的过热蒸汽。

直流锅炉由于没有汽包，其工作过程有如下的特点：

（1）由于没有汽包进行汽水分离，因此水的加热、蒸发和过热的受热面没有固定的分界，而是随着锅炉负荷和工况的变动而变动，过热汽温往往也随着负荷的变化而有较大的波动。

（2）由于没有汽包，直流锅炉蒸发受热面内的工质不构成循环，也无汽水分离问题，因此当工作压力增高，汽水密度差减小，以致在超临界压力时，直流锅炉仍能可靠地工作。

（3）由于没有汽包，直流锅炉中的水容量及相应的蓄热能力小，因此，直流锅炉对负荷变化较敏感，锅炉工作压力也变化得比较快。如果燃料、给水等比例失调，就会严重影响锅炉的出力及蒸汽参数，这就要求直流锅炉有更灵敏可靠的调节控制手段。

二、亚临界压力锅炉的常见故障分析

1、过热器、再热器超温爆管的原因

目前，亚临界锅炉爆管事故已成为当前威胁发电设备稳定运行的突出矛盾。在锅炉爆管事故中因过热器和再热器爆管造成的事故损失最大，是影响安全运行的主要因素。因此，研究和防止过热器和再热器爆管已成为保证火电厂安全经济运行和提高经济效益的关键课题。造成过热器和再热器超温爆管的直接原因很多，主要有以下几个方面：

（1）给水水质不合格造成超温爆管

锅炉给水水质不合格，在汽水系统的换热管中聚积大量的水垢，严重影响了炉内和水平烟道的换热。水垢的聚集使得水冷壁外壁温度升高，炉内辐射换热量降低，炉膛出口烟气温度升高。同样，在过热器和再热器的管内壁上也聚集大量的水垢，加之管外烟气温度升高，长期运行会造成管壁超温爆管。如果运行中水平烟道的吹灰器投入不及时，管外会粘附大量的煤灰和粉尘，进一步恶化了换热环境，加剧了管壁超温爆管。

（2）煤质变化

燃料特性的变化对锅炉热力工况有很大影响，其中灰分和水分最为明显。当水分和灰分增加时，一方面由于燃料发热量降低而必须增加燃料量，使得水平烟道对流受热面的烟气流速增大，对流换热量增大；另一方面，水分和灰分的增大，降低了炉内气体的温度，炉内的辐射换热量减少，使得炉膛出口烟温升高，从而进一步增大了水平烟道的对流换热量，这样就会造成炉膛出口烟温升高，引起受热面的超温爆管。

（3）三通效应引起的爆管

蒸汽高速进入集箱后向两边分流，会在三通区域产生一个涡流区，从而影响到三通区域的压力分布，在某一个部分压降降低，从而使得该处的过热器管两端压差减小，流量降低而使得管壁温度升高导致过热器超温爆管。

（4）负荷变化过快引起的过热器和再热器超温

由于电网调度的需要，机组经常进行大幅度负荷变化，如果调整不当，会引起过热器和再热器短期的超温现象。负荷升高要求更多的燃料量，烟风系统具有灵敏的动态特性，在几秒内整个系统的烟气温度都会发生改变，但汽水系统具有滞后性，因此造成管外烟气温度已升高而管内流体质量流速尚未改变的不利传热情况，从而可能造成换热管的短时超温现象。此外，在升负荷时涉及到燃烧器和磨煤机的投入调整，如果调整不当，会造成煤粉着火推迟和火焰中心上移等问题，造成炉膛出口烟温升高。

2、水冷壁高温腐蚀原因分析

水冷壁腐蚀爆破是一种复杂的物理化学变化过程，其原因很复杂。水冷壁不仅在水汽侧会发生腐蚀，而且在烟气侧也会发生腐蚀。由于腐蚀引起的水冷壁爆破具有突发性，一旦发生腐蚀，后果较为严重。亚临界锅炉水冷壁腐蚀爆破通常发生在燃烧器中心线位置标高附近，涉及范围较大，严重危及机组的安全经济运行。水冷壁管的爆破常和腐蚀相伴发生，而且，两者互相诱导和促进。因此，解决水冷壁腐蚀问题，防止水冷壁爆破成为刻不容缓的课题。

防止高温腐蚀的措施：

（1）防止水汽系统腐蚀，除保证水汽质量外，还应加强热力除氧器的运行管理；保证除氧效率以外，还应保证水中除氧剂联氨的过剩量，以防止氧腐蚀，加强水汽质量监督，及时对锅炉进行化学清洗，除去水冷壁管内附着物。

（2）防止火焰偏斜。锅炉火焰偏斜会造成局部热负荷过高，使结垢和腐蚀速度提高。

（3）控制煤粉细度。煤粉细度对高温腐蚀的影响也是不可忽视的。细度大时，火焰易冲墙，煤粉不易燃烧完全，为高温腐蚀造成条件，故应严格按规定控制煤粉细度。

参考文献：

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[2]范从振.锅炉原理.北京：水利电力出版社.2014：133

[3]李义成.HG2008/186–M型锅炉再热器爆管原因分析及对策.热能动力工程2015：689