锅炉水冷壁爆漏引起汽包壁温差过大的原因分析及解决方案

锅炉水冷壁爆漏引起汽包壁温差过大的原因分析及解决方案

陈梓斌

广东省粤泷发电有限责任公司

摘要：结合锅炉汽包壁温差产生的原因和有效的控制措施，针对粤泷发电厂一次因水冷壁爆漏而造成的非计划停运事故处理中，由于操作不当而引起汽包壁温差过大的原因进行分析，提出合理的处理方案，以实现对汽包的安全维护。

关键词：汽包；壁温差；原因；方法

粤泷发电厂总装机容量为270MW，拥有两台135MW汽轮发电机组，锅炉型号为DG420／13.7-Ⅱ2型，一次中间再热Π型布置、超高压自然循环汽包炉,单炉膛、燃烧器四角布置、切圆燃烧、平衡通风、固态排渣、采用管式空气预热器、钢筋混凝土构架(单排柱)。

1、问题的提出

2015年12月8日，粤泷发电厂#2炉因水冷壁爆漏而造成一次非计划停运事故。当时#2机组负荷89MW，主汽温536/537℃，主汽压9.52/9.50MPa，再热汽温542/539℃，再热汽压1.56/1.55MPa，汽包水位7mm，汽包压10.21MPa，给水流量281t/h，主汽流量274t/h，汽机补水率2.69%，机组运行正常。值班员监盘发现炉膛火焰监视器闪烁，准备投油助燃，突然炉膛火焰电视无火焰，炉膛压力最高升至1684Pa，同时事故喇叭响，“炉膛MFT”光字牌亮，机组负荷到“0”，锅炉灭火。从光子牌首次跳闸指示“炉膛压力高高保护动作”和就地检查捞渣机发现掉焦严重的迹象看，当班值长及值班员均判断是炉膛掉大焦引起炉膛负压高而保护动作跳闸。随后，当班值长要求值班员立即进行吹扫点火，吹扫完毕，进行点火，汽包壁温差分别为40、38、21、26、34℃。巡检员在就地检查油枪投入情况时发现A角下层火嘴上面有水滴下，此时汽包上下壁温差最大达到85℃，立即停止上水，熄火停炉。在随后的停炉过程中，汽包上下壁温差进一步拉大，最大偏差达129℃。

在多年的实际运行中，汽包壁温差问题一直是困扰锅炉运行的一个难题。汽包作为一个锅炉的重要组件，如果汽包壁温差过大，会使汽包机械应力和热应力的综合应力在局部区域的峰值可能接近或超过汽包金属的屈服强度，汽包壁容易形成裂纹，扩展到一定程度时会造成汽包损坏。这次粤泷发电厂#2炉非计划停运事故造成的汽包上下壁温差达到129℃已超出规程规定值＜40℃很大，在机组停运检修期间，粤泷发电厂联系东方锅炉厂对汽包的焊缝作了进一步的详细检查。

2、汽包壁温差产生的原因

锅炉在启动和停炉过程中，汽包壁内的温度场传热条件不断变化，汽包的上下壁和内外壁总是存在温差，容易引起汽包壁温差过大主要有以下几个原因：

2.1锅炉上水过程

在锅炉上水时，水进入汽包后先与下壁接触。当上水温度高于汽包壁温度时，汽包下内壁先受热，温度上升，汽包下内壁温度高于上内壁温度，形成温差。当水温度低于汽包壁温度时，汽包下内壁先冷却，温度下降，汽包下内壁温度低于上内壁温度，形成温差。所以在锅炉上水过程中，上水温度与汽包壁温之间差值或上水速度控制不当，出现上水温度与汽包壁温度差值过大或上水速度过快时，就会造成汽包壁温差过大甚至超过规定值。

2.2锅炉启动过程

锅炉在启动初期点火后投入炉内的燃料量很少，火焰在炉内的充满程度差，水冷壁受热不均，工质吸热量少，且在压力低时，工质的汽化潜热大，这时产生的蒸汽量很少，蒸发区内的自然循环尚未正常，汽包内的水流动很慢或局部停滞，对汽包壁的放热系数很小，所以汽包下壁温升小。汽包上壁与饱和蒸汽接触，当压力逐渐升高时，饱和蒸汽遇到较冷的汽包壁便会发生凝结放热。由于蒸汽进行凝结放热时的放热系数要比水的放热系数大2-3倍，所以汽包上壁要比下壁的受热剧烈得多，上壁温度很快达到对应压力下的饱和温度，汽包上壁温升比下壁快。随着压力的不断升高，工质的汽化潜热越来越小，蒸汽的产生量就越来越多，另外，汽包升压速度越快，饱和温度升高也越快，产生的温差就越大，这样由最初上水时上壁温度低于下壁温度很快变为高于下壁温度。

2.3锅炉停炉冷却过程

由于汽包壁厚较大，加上有良好的保温层，汽包有较好的储热能力，汽包向周围介质的散热很少，当锅炉进入降压和冷却阶段，汽包的冷却主要依靠内部工质。汽包水侧工质温度接近于饱和温度，而汽侧工质过热而使温度高于饱和温度，降压过程中，由于汽包内炉水压力及对应的饱和温度逐渐下降，汽包下壁对炉水放热，使汽包壁很快冷却，而汽包上壁与蒸汽接触，在降压过程中放热系数较低，金属冷却缓慢，所以出现上壁温大于下壁温，造成温差。

粤泷发电厂“12.8”#2炉水冷壁爆漏造成非计划停运后，维修人员进入炉膛检查，发现炉前右起第15根折焰角上方水冷壁鳍片焊口爆开，爆口长度约200mm。扩大范围检查，发现旁边的第14、16、17根也存在有焊缝咬边的现象，需要更换四根水冷壁管。根据上述运行人员操作和维修人员现场检修分析情况，并查阅DCS曲线记录等综合分析、判断，造成此次锅炉灭火的真正原因是：B角的折焰角上部水冷壁管道爆漏，喷出高压炉水，在炉膛中受热气化，造成锅炉燃烧不稳，压力波动较大，造成炉膛冒正压达1612Pa，触发“炉膛压力高保护”动作（规程整定值：±1470Pa），锅炉灭火MFT动作，联跳汽轮发电机组。而在灭火期间，又发生了炉内掉大焦的情况，这就进一步造成了运行人员误判断，认为是掉大焦造成锅炉灭火。锅炉灭火跳闸后，由于运行人员的分析判断、操作存在有不当之处，在汽包已经看不到水位且给水流量明显增大时仍然大幅度强行补水至正常水位，在没有确认灭火的真正原因后，较短时间内又下令锅炉重新点火，且点火时没有仔细观察汽包壁温差，当时汽包壁温差的拉大趋势已经非常明显，点着火时，有部分汽包壁温差已经超过40℃。强行补水、点火升炉等一系列不当操作造成汽包壁温差进一步拉大，最大偏差达129℃（规程规定值：＜40℃）。

所以综上所述，粤泷发电厂“12.8”#2炉水冷壁爆漏非计划停运后造成汽包壁温差大的原因是：（1）水冷壁爆漏后，锅炉汽压下降速度过快，在汽包压力下降过程中，饱和温度相应下降。汽包下壁和上壁的冷却条件差异增大，上壁仅靠导热给饱和蒸汽散热，壁温下降缓慢；下壁在汽包余水的冷却下，以对流换热的方式传热，壁温随饱和温度的下降快速下降，所以造成汽包壁温差拉大。（2）因水冷壁爆漏处大量漏水，为维持汽包水位而大量的向锅炉上水，虽然除氧器再沸腾已全开，但由于大量的补水，除氧器的水温达不到汽包上水温度，且锅炉灭火后省煤器余热有限，这样大量冷水进入汽包下壁，进一步冷却汽包下壁，使汽包上下壁和内外壁温差加大。（3）因为要急于对锅炉重新点火，维持引送风机运行对炉膛进行通风吹扫，使炉内温度迅速下降，加剧了炉水温度的下降，相应增强了汽包下壁的冷却条件，也在一定程度上增大了汽包壁温差。

附图：机组MFT后汽温变化趋势图

3、防止汽包壁温差过大的方法

3.1锅炉启动前上水，水温和上水速度是关键，应严格按规程要求把好关。锅炉上水水温应在60～100℃，与汽包壁的温差值不能超过40℃，而且要维持较高的上水温度；上水速度不能过快，因为汽包壁比较厚，温度传导有一定的时间，上水至点火水位时间的要求：夏季不少于2小时，冬季不少于4小时。同时注意向汽包上水时必须严密关闭省煤器再循环门，否则会出现水短路而直接进入汽包造成上下壁温差增大。

3.2在启动和停止的过程中，应严格按照厂内规程要求控制升温升压和降温降压速度。升炉过程中升压速度控制＜0.1MPa／min，饱和温度上升速度要求＜1.5℃／min，过热汽温度上升速度为2～2.5℃／min，而在停炉过程中温降速度应控制在1℃／分钟，其相应的平均降压速度在0.05～0.1MPa／分钟之间。

3.3锅炉启动时，加强水冷壁下联箱的放水，通过适当放水，用热水替换受热较少的水冷壁及不受热的联箱等部件内的冷水，促使各部位温升均匀，有利于建立正常的水循环，减小汽包壁温差。维持燃烧稳定和均匀，采用对称投油枪定期切换，或采用多油枪少油量等方法使炉膛热负荷均匀，确保水循环正常。

3.4停炉后应特别注意控制通风风量与通风时间，避免锅炉急剧冷却，通风量偏大或通风时间长都会导致汽水系统压力加速下降，汽包内压力同步下降，汽包内汽水饱和温度也随之下降。锅炉熄火后，保留一组引送风机运行，维持炉膛负压约-100Pa左右充分通风将受热面吹扫干净，吹扫3～5分钟后停止停止引送风机，锅炉负压维持以炉膛微冒正压为原则进行自然通风冷却。

3.5降压后期及停炉后要特别注意控制好汽包水位，避免大量放水、补水使汽包下壁急剧冷却，汽外上下壁温差增大。停炉后注意对汽包进行补水，在热炉放水前保持汽包+300mm水位，减少汽包汽侧筒体体积，将省煤器中较汽包内水温更低的水送入汽包，一方面使汽包内水温有所下降，另一方面平衡上下壁温差。在主汽压力降至0.5～0.8MPa时，后屏烟温≯400℃，汽包上、下壁温≯200℃，其上、下壁温差≯40℃时，才可进行热炉放水。热炉放水可开启定排下联箱排污门，利用定排进行放水，缓慢泄压，开启省煤器疏水门，严格控制泄压速度，一般主汽压0.8～0.3MPa所需时间一般为2～2.5小时，0.3～0MPa所需时间为3小时左右。

3.6提高设备的检修质量，确保阀门严密。省煤器再循环门不严密，给水可能直接经不严密的省煤器再循环门漏入汽包，使汽包壁局部温度下降；定期排污门不严密，会破坏水循环，同时停炉中漏流，需要补充更多的给水，造成上下壁温差增大。还要注意将汽包保温完善好，特别是下壁保温，防止出现外部气温对汽包壁温的影响。

在粤泷发电厂“12.8”#2炉水冷壁爆漏非计划停运事故中，要保证汽包壁温差在规定范围内，就要遵循锅炉保温保压，减慢锅炉泄压速度的原则进行停炉操作。在当时停炉后发现水冷壁爆漏并且锅炉上水量已较平时偏大许多时就应立即停止上水，防止因汽包大量补水，而水冷壁爆漏大量放水而加剧汽包下壁冷却。同时应保持汽水系统密闭，关闭定期排污和连续排污，关闭锅炉各疏水以及主蒸汽管道上的疏水，减缓锅炉泄漏的放水速度。另外，停止引送风机运行，关闭炉膛的进风门，不让炉膛进冷风，减缓炉内温度下降速度，从而保证炉水温度不致于快速下降。如要保证锅炉一定的负压，可打开一侧引风机进出口挡板，让水蒸汽自然排出。

结束语

无论是在机组正常运行中还是启停机、事故处理中，汽包壁温差一直是运行人员重点监视的参数之一，一旦发现汽包壁温差过大或温差有增大趋势，都要根据具体原因和设备情况，及时采取相应措施，控制壁温差在规定范围内。汽包壁温差的存在与客观设备原因有很大关系，但在实际运行操作中，只要我们加强管理，严格执行运行规程，冷静分析细心操作，认真贯彻好的措施，推广好的经验，把汽包壁温差控制在规定范围内是没有问题的。

参考文献

[1]杨迪黄海涛，关于自然循环锅炉在启动和停炉过程中允许汽包上下壁温差的探讨，电力技术，2010（19）

[2]姜宝双，锅炉汽包壁温差过大的原因分析及调整方法，热电技术，2006（4）

[3]刘涛，如何控制自然循环汽包锅炉汽包上下壁温差，中国高新技术企业，2012（30）