锅炉过热器过热减薄原因分析及解决方案

锅炉过热器过热减薄原因分析及解决方案

张泰祯

准东五彩湾经济开发区彩北片区华电北一电厂

新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州吉木萨尔县

摘要：锅炉过热器减薄，是指在锅炉运行过程中，过热器受热面由于温度过高而出现金属壁温升高，金属强度降低，金属的磨损和腐蚀等现象。对锅炉过热器减薄的原因和解决方案进行有效的分析，可以大大提升锅炉的运行效率与质量，促进其运行能力提升。

关键词：锅炉；过热器；解决方案

1.锅炉过热器减薄表现形式：

1.1高温减薄

当锅炉运行时，由于汽水混合物温度过高，导致烟气中的水分汽化，使烟气温度升高。烟气中的水分汽化后与管壁金属接触，造成管壁减薄。当锅炉运行时，由于燃料的燃烧过程产生的烟气中含有大量水分和未完全燃烧产物，使烟气温度降低。烟气中氨、硫化氢等酸性气体含量增加，导致管子表面形成结垢或腐蚀产物。当锅炉运行时，由于温度过高导致管壁金属膨胀过度而出现超温现象，使管子产生裂纹或管子表面磨损等现象。

过热器受热面壁温过高，造成过热器受热面壁温过高的原因有：过热器受热面的管壁温度超出正常范围；过热器管壁温度超过材料允许的最高温度；过热器受热面吹灰或清洗不及时，导致吹灰或清洗后的管子管壁温度过高；过热器受热面壁温在整个运行过程中一直偏高；由于检修质量不好，造成锅炉点火初期和停炉检修时的受热面管壁温度偏高。

在锅炉运行中，应定期对过热器进行吹灰和清洗，防止烟气中的水分汽化与管壁接触造成管壁减薄。定期对过热器进行吹灰和清洗，可以减少烟气中的水分对管壁的影响，防止出现高温腐蚀或因受热面积灰而出现管壁超温现象。

过热器烟气侧存在氧化膜炉膛吹灰时，未完全燃尽的煤粉颗粒掉落在水冷壁和过热器表面，会形成氧化膜，从而使过热器管壁减薄。如果锅炉燃烧工况不稳定，或炉膛吹灰强度过大，炉膛温度场分布不均匀，就会造成锅炉过热器管内结焦，导致过热器管壁减薄。

1.2汽水混合物温度较高

蒸汽侧高温过热器管表面与高温烟气接触时，会形成一层薄锈层。这层薄锈层是由多种金属氧化物组成的氧化物薄膜。在锅炉运行时，蒸汽温度较高时，这层氧化膜会与高温烟气发生反应而溶解在其中；而当蒸汽温度较低时，这层氧化膜又会阻碍蒸汽的流动和传热，从而使蒸汽侧的温度降低。另外，在过热器管内的金属表面上，也可能会形成一层均匀致密的氧化膜。如果这层氧化膜增厚或被破坏了，就会造成过热器管严重结焦或金属壁减薄。

1.3锅炉炉膛负压波动较大

锅炉运行中，炉膛负压波动过大，会使过热器管壁温下降。

管内积灰或结渣

1.锅炉水冷壁或过热器受热面上结垢，使管壁温度升高，导致管子壁厚减薄。

2.炉膛温度过高，超过受热面积灰或结渣的熔点，使锅炉灭火时管内的过热蒸汽温度迅速升高，而蒸汽冷凝水又使管子表面结渣或腐蚀。

3.锅炉的负荷增加时，由于烟气流量增加，会使烟气中的水分蒸发成为水蒸气；同时由于负荷增加，锅炉给水温度提高，也会使给水中的水分蒸发成为水蒸气。以上两种因素都会导致炉膛出口烟温升高而使过热器受热面上结垢或结渣。

4.锅炉负荷增加时，由于烟气流速增加，也会导致烟气中水分蒸发成为水蒸气。上述两种因素都会使烟气流速增加和烟温升高。烟气流速或烟温升高后，在管壁上就会形成结渣或磨损。

受热面管屏有裂纹

锅炉在运行过程中，受热面管屏上可能会出现裂纹，对机组的安全稳定运行造成威胁。而影响管屏裂纹产生的主要原因有：

（1）锅炉低负荷下运行，蒸汽温度偏低，影响了管子的正常膨胀。

（2）在锅炉低负荷下，煤粉细度较高，会降低锅炉燃烧效率，进而影响到受热面的散热和受热面管壁温度。

（3）过热器超温运行时，由于过热器管屏内壁温过高，导致过热器管屏上产生裂纹。

（4）由于锅炉给水量不足或给水泵故障导致锅炉水位太低时，锅炉无法正常运行。如果给水泵不能及时启动，将会导致炉水循环中断。

（5）当锅炉发生燃烧不稳定或炉膛负压大时，炉水循环将会遭到破坏。由于炉水无法正常循环，也会导致过热器管屏上产生裂纹。

（6）在锅炉运行中出现的其他问题也会导致过热器管屏上出现裂纹。如在锅炉点火过程中出现的油或空气预热器出口联箱泄漏；在启动过程中由于阀门泄漏；在燃烧过程中由于煤粉细度发生变化导致火焰中心上移；在启动过程中由于给水泵故障或者给水流量不足等原因导致的炉水循环中断。

管屏壁温偏差较大，在实际运行中，由于受锅炉设计、制造、安装和锅炉负荷等因素的影响，特别是在高温烟气区域内，管屏的壁温存在较大偏差。当锅炉负荷变化较大时，管子受热不均，管屏内的水冷壁及过热器和再热器就会产生较大的温度偏差，这种偏差称为管屏壁温偏差。

1.4过热器管爆管

当锅炉负荷突然增大或减温水量增加太快时，管内汽水混合物的温度和压力将发生变化，使过热器管产生膨胀与收缩不均匀现象。由于膨胀差的存在，管屏内水冷壁和过热器管壁间会发生一定程度的位移，当位移超出正常范围时，就会出现过热器管壁减薄现象。

1.5炉膛负压过大或过小

当炉膛负压过大或过小时，也会导致烟气量增加、烟气中含氧量增加，从而引起锅炉高温腐蚀。

炉膛火焰中心偏斜

原因：（1）因炉膛出口烟气温度偏高，造成火焰中心偏斜。

（2）燃料量太大，造成火焰中心偏斜。

（3）燃烧器的数量和布置不当，或燃烧方式不合理，使火焰中心偏斜。

省煤器出口烟道烟气侧存在高温腐蚀，在烟气侧的高温区域，由于烟气中的SO3与 NOx共同作用，可引起硫酸蒸汽发生还原性气体SO3的形成，硫酸蒸汽中SO3含量的增加，导致高温烟气侧存在高温腐蚀。在锅炉运行中，由于锅炉效率降低、过剩空气系数增大、炉膛漏风增大、尾部烟道漏风等原因，导致烟气中的SO3含量增加，并与 NOx发生反应形成硫酸蒸汽。

锅炉过热器是指将蒸汽在汽轮机中的过热蒸汽（主蒸汽）与其所吸收的热量，通过再热汽温调节装置（过热器减温水）后，分配到各受热面中的再热蒸汽。由于汽轮机中的主蒸汽与其所吸收的热量相等，所以不需要再循环，主要起到冷却作用。锅炉过热器是锅炉中必不可少的部分，它为高温过热蒸汽提供了足够的能量，使其温度能达到100℃以上，以保证锅炉能正常运行。由于锅炉过热器是由一个或多个弯头与管束组成，因此在长时间运行过程中容易造成管束中产生结焦现象。根据统计资料显示，因过热器管减薄造成管束泄漏的事故占锅炉事故的70%以上。因此过热器减薄问题是锅炉运行中必须解决的重要问题。

2.解决方案

2.1锅炉工作原理

当锅炉正常运行时，锅炉中的主蒸汽（即高压），通过过热器系统，进入汽轮机。在汽轮机中，高压蒸汽（即过热蒸汽）所吸收的热量与主蒸汽（即主蒸汽）所吸收的热量相等。所以过热器系统不需要再循环。

当锅炉超压运行时，锅炉中的高温高压的过热蒸汽会进入过热器系统，通过过热器系统内部的减温水管道进入减温器，将热量释放给再热系统中的再热器，使再热器中的温度能达到一定标准，再由再热器出口排出。如果锅炉压力或温度降得不够时，高温高压的过热蒸汽会被排出或从过热器系统中进入再热系统。

2.2过热器结构

过热器结构与锅炉其他受热面有很大的不同，它的主要结构为：由数根管子组成一个管束，每根管子都有一个或多个弯头，弯头的方向与烟气流动方向相反。过热器有一套自动控制系统，可对弯头及管束进行调节。根据对过热器特性的分析，我们得出以下结论：

1、过热器管的平均温度随负荷的变化而变化，且负荷越高，其变化幅度越大。

2、过热器管束出口温度不是过热蒸汽温度，而是与过热器出口烟气温度成正比。

3、过热器管束的平均温度随给水温度的降低而下降。

4、过热器管内蒸汽的流动状态可分为饱和流动和过饱和流动两种。

5、在过热器进出口烟道处分别设有烟温调节阀及烟气流量调节阀。

6、当主蒸汽流量较小时，可关闭主蒸汽流量调节阀，改由过热器减温水来调节主蒸汽流量；当主蒸汽流量较大时，可关闭主蒸汽流量调节阀，改由过热器减温水来调节主蒸汽流量。

2.3过热器管束减薄的原因

管子制造时，管壁的厚度为设计厚度，但由于管子在生产过程中存在一些缺陷，如焊口位置不平整、管子本身有裂纹或管壁有沙眼等，这些缺陷造成管子在运行过程中膨胀后会在管壁上形成缝隙，从而形成了泄漏的通道。

在锅炉运行过程中，由于负荷变化，燃烧不稳定等原因造成燃烧室内燃烧状况恶化，进而造成锅炉过热器出口烟温上升，管子受热膨胀量增加，在管壁中形成了缝隙。

烟气冲刷。烟气冲刷造成管子之间的间隙变小。

烟气温度过高时，可使管壁温度升高达50~100℃。这是因为烟气流速增大，使烟气流速增大。流速增加后可使烟气流速升高的温度增加了。在高温烟气的冲刷下管子可能发生变形、减薄甚至破裂等事故。

2.4过热器减薄对锅炉运行的危害

（1）过热器减薄后，烟气流量会相应减少，燃料的不完全燃烧损失将会增加，从而造成排烟损失的增加。

（2）锅炉炉膛出口烟温下降，炉膛出口烟温过低，会引起锅炉各受热面管的超温。

（3）锅炉给水温度下降，燃料的不完全燃烧损失增加，进而导致锅炉燃烧效率降低。

（4）锅炉给水温度下降将会使工质中的溶解氧量增加，从而影响锅炉运行时的安全和经济性。

（5）过热器减薄还将影响机组负荷的变化，从而导致机组运行经济性降低。

（6）当过热器减薄严重时，还将会导致锅炉发生受热面超温。

2.4应对措施

（1）在电厂实际运行中应注意以下几点：

1)在机组运行过程中应加强监视和分析，及时掌握过热器管壁温度变化情况；

2)加强对过热器减薄的检查；

3)必要时可进行换管作业；

（2）机组停炉后的维护，机组停运后，应对过热器进行全面检查，重点检查过热器管和再热器管，及时发现由于腐蚀、磨损、结焦造成的管壁减薄现象，以便及早进行处理。加强对过热器减温水系统的维护工作，防止因减温水系统不正常运行而导致过热器管壁严重结焦。当锅炉停运后，应将过热器管道内的水放空，以免管内存有空气造成炉膛负压波动过大而造成爆管。锅炉停用后，应加强对过热器管的检查工作，尤其是在寒冷季节时，要重点检查是否有结焦现象发生。如发现有结焦现象，应及时进行处理。若发现管子严重结焦时，应进行爆破清除。

（3）检修方法及工艺要求

1、在检修前必须对管子进行清理，保证管内无杂物，以避免在焊接时出现杂物进入焊缝的情况。

2、焊接前必须对管子进行探伤检查，一般应做两次检验，第一次为100%射线探伤，第二次为10%超声波探伤。如果管子的焊缝存在裂纹或气孔等缺陷时，可采用射线探伤和超声波探伤进行补焊，补焊后必须进行100%超声波探伤检验。当发现管子存在严重的内部缺陷时，可采用超声检测法对其进行检验。

3、为保证焊接质量，尽量使用与管径相配套的焊条。焊接材料要选用与管子外径相匹配的焊条。

4、根据管子材质选择合适的焊接电流和电压值。对于低合金钢材质的管子，一般采用直流电作为焊接电流，而对铜和铝合金材质的管子，则采用交流电作为焊接电流。

2.5检修维护新技术

锅炉过热器管束减薄是锅炉运行中的一个重要问题，特别是在频繁的启停过程中，造成过热器减薄的原因较多，因此采取一定的措施对过热器管束进行改造很有必要。锅炉过热器超高温耐磨涂料采用先进的无机高分子聚合物技术、金属表面原位固化技术、以及表面处理技术等多种高新技术开发而成。该涂料具有强度高、耐磨损、耐腐蚀、耐磨、抗氧化等特性，在300℃的高温下能够连续运行，使用寿命长达3年以上。该产品能有效解决过热器管束超高温磨损问题，有效降低检修费用。锅炉过热器超高温耐磨涂料为非破坏性修复，可避免因大面积停炉造成的损失。使用后不影响锅炉正常运行，不影响锅炉吹灰工作；有效防止因磨损、结焦造成的锅炉爆管现象；现场施工便捷、维护简单，无需停机检修；可大大减少因停炉造成的经济损失及环境污染；在解决过热器管束减薄问题方面是一种革命性的技术。

结论

在实际应用过程中锅炉过热器过热减薄的原因由很多，还需要从每个使用的工艺和技术方法出发，全面分析，提升解决方案和维护方案的精细化程度，保证锅炉过热器的稳定运行。

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