選材問題造成過熱器爆管案例分析

    選材檔次偏低而設計溫度高.造成許多管子長期超溫過熱

某發電廠2號鍋爐累計運行9萬余h，近幾年多次發生高溫過熱器超溫過熱爆管現象，僅1998年高溫過熱器因超溫過熱爆管就有三次，全部發生在高溫過熱器出口西數第24排北數第1根管子上，位置在大包內聯箱下。為找出高溫過熱器超溫爆管原因，對高溫過熱器出口、入口蒸汽溫度及煙溫分布進行了全面測試。

一、概述

某發電廠4x300MW鍋爐是東方鍋爐廠設計制造的DG1000/7.o-I型亞臨界、自然循環煤粉爐，采用直流式煤粉燃燒器四角切向然燒，每角6只一次風噴口相間布置8只二次風口，均勻配風，鍋爐制粉系統采用球磨中間儲倉式，乏氣送粉。   

過熱器按煙氣流向可分為全大屏、后屏、高過、低過，高溫過熱器蛇形管布置在入口煙溫約800℃區域，Φ51X8、12Cr1MoV與鋼研102管各半，12Cr1MoV的管子主要布置在高溫過熱器入口段及出口段頂棚之上，s₁=171.45mm、s₈=100rnm，高溫過熱器的結構參見圖3-4。

二、試驗方案

1.試驗測點布置

1999年2月利用2號鍋爐小修的機會，進行了熱電偶現場安裝，在爐頂大包內裝高溫過熱器管壁上加裝熱電偶，安裝在高溫過熱器集箱前彎頭的下方，測點主要集中在三通區域及爆破位置，測點安裝位置為:高溫過熱器入口，東數第9排、第36排最外圈，西數第8排、第36排最外圈，共4點;高溫過熱器出口，東數第2排、第6排、第10排、第14排、第16排、第17排、第18排、第19排、第20排、第21排、第22排、第23排、第24排、第25排、第26排、第30排、第35排、第40(全部6根)排最外圈，出口母管1點，共24點;西數第2排、第6排、第10排、第14排、第16排、第17排、第18排、第19排、第20排、第21排、第22排、第23排、第24(全部6根)排、第25排、第26排、第30排、第35排、第40排最外圈，出口母管1點，共24點。

2.試驗工況

試驗共進行了6個工況，主汽溫度545℃，機組電負荷分別為150MW、240MW、300MW，主汽溫度550℃，機組電負荷分別為150MW、240MW、300MW，對高溫過熱器出、入口管壁溫度及煙溫偏差進行測試。

試驗期間煤質特性見表3-6。

試驗期間，飛灰含碳量為1.3%~1.7%，甲乙兩側空氣預熱器漏風率為10%-12%。

三、測試結果分析

1.高溫過熱器蒸汽溫度分布規律

高溫過熱器出口東西兩側的三通區域蒸汽溫度偏差較為明顯，這主要是由于高溫過熱器入口聯箱三通內壓力分布與出口聯箱匯流壓力分布不一致所致，西側的偏差更大一些(這和此處爐頂密封不嚴煙氣泄漏有一定關系)，而總的來講東側超溫的范圍較大，這和燃燒工況有很大關系。四角切圓燃燒的鍋爐爐膛出口煙氣溫度沿爐寬分布接近于“M”形，有兩個高煙溫區，從爐前看，通常由于旋轉氣流右側(東)煙溫比較高。

2.機組負荷及主汽溫度對管壁溫度的影響

按東方鍋爐廠提供的12Cr1MoV管材允許壁溫為556℃ ,這樣根據試驗爐外壁溫即管內汽溫超溫的數量如表3-7所示。

    在各種負荷下主汽溫度550℃時，超溫的管子數量遠大于主汽溫度545℃時的數量，即使主汽溫度545℃，仍有部分管子超溫;超溫部位主要集中于三通區域，從545℃到550℃主汽溫度提高5℃，超溫的管子數量約增加一倍。

    從圖3-5可知高溫過熱器最外圈管內蒸汽溫度隨主汽溫度的提高而增加，負荷在150~250MW時，主汽溫度每升高1℃，外圈管壁平均溫度升高1.5℃;當負荷超過270MW時，這種影響明顯減少，主汽溫度每升高1℃，外圈管平均溫度升高0.5℃。機組負荷在240MW左右，主汽溫度在550℃以上時，外圈管平均溫度最高，超溫的管子數量也最多(見表3-7、圖3-6)。

3.同屏各管間溫度分布

當機組負荷在240MW以上時，同屏各管內溫度偏差加大，在150Mw負荷時，溫度

偏差明顯減小，見圖3-6。這是由于總蒸汽流量變化后，聯箱內沿圓周方向壓力分布發生了變化，造成同屏各管流量發生了變化，在機組負荷240MW左右時，同屏各管流量偏差已達到最大。

    四、高溫過熱器爆管原因分析

    機組設計主汽溫度為555℃，以往機組一直帶300MW負荷在555℃運行，有20%-30%的管子長期處于超溫狀態，由于當時條件所限，選材檔次偏低(爐外12Cr1MoV、爐內12Cr1MoWVTiB)而設計溫度高，造成許多管子長期超溫過熱，是過熱器爆管的主要原因。

    在機組帶230~260MW負荷550℃運行時，高過管壁溫度最高，流量偏差最大，超溫的管子數量也最多，是最危險的工況。最近幾年長期在這一負荷范圍運行，加重了高溫過熱器的超溫損壞。三通區域流量偏差較大，加上煙氣側存在傳熱偏差，使部分管子工作條件惡劣，這些管子爆管的可能性最大。

    為保證主再熱汽溫，長期采用大氧量(大風量)運行，受熱面的傳熱狀態偏離設計值，對流吸熱量增加，高溫過熱器負荷較重，也是造成爆管的原因之一。