ＣＦＢ锅炉顶棚过热器爆管问题原因分析及解决方法

摘要:本文论述了在调试YG-220/9.8-MQ循环流化床锅炉（CFB）过程中发生的多起顶棚过热器管爆管事故，并对发现的问题进行分析，找出问题的实质，对不合理的设计及安装进行有效的改造，使锅炉不断得到完善，杜绝了顶棚过热器管爆管事故，进而使锅炉能满足其正常、安全使用的要求。

关键词:顶棚过热器管拉薄;变形;爆管。

前言：

韶钢热电厂#1、#2锅炉在整套调试过程中发生多次顶棚过热器管爆管事故，锅炉无法连续正常运行，究其原因是锅炉设计上存在的缺陷，在调试期间对其进行有效的改进，目前已经解决设计上存在的大的缺陷，锅炉现投入生产，生产状况正常。

一、设备概括

韶钢热电厂三台220 T/H循环流化床锅炉，是某锅炉集团有限公司生产的，采用循环流化床洁净燃烧技术的高温高压蒸汽锅炉，并按照引进技术所确定的原则和结构进行设计、制造的单炉膛、单锅筒、自然循环、平衡通风、掺烧20%的高炉煤气、支吊结构、固态排渣、全露天布置的循环流化床锅炉，与60MW汽轮发电机相匹配，可结合汽轮机定（滑）压启动和运行。

锅炉技术参数

型号YG-220/9.8-MQ

过热蒸汽流量220t/h

过热蒸汽出口压力9.8MPa

过热蒸汽出口温度540℃

给水温度215℃

汽包压力11.4 MPa

保证热效率87.69％

锅炉排烟温度140℃

过热器系统由顶棚包覆管过热器、低温蛇形管系，屏式过热器、高温蛇形管系组成，在低温过热器和屏式过热器之间、屏式过热器和高温过热器之间，分别布置有一、二级喷水减温器。

二、调试过程中发现顶棚过热器管现象

220t/h循环流化床锅炉掺烧高炉煤气在某锅炉厂属首次设计、制造，设计和制造难免会存在一些缺陷，在调试过程中出现了很多问题，顶棚过热器管变形、拉薄及爆管是很严重问题。

#1循环流化床锅炉在整个调试过程中于7月25日和7月31日发生两次顶棚管爆管事故，每次都有两根管爆管，其余的顶棚过热器管均有不同程度的变形和拉薄，#2锅炉也于8月16日第一次启动时发生顶棚过热器管爆管。两台锅炉运行时顶棚管璧温最高达到480℃，超过了20g钢的许用温度（20g钢许用温度不超过435℃），整个顶棚过热器管都发生了不同程度的变形和拉薄（如图1，图2）。

三、问题原因分析

过热器顶棚管爆管的原因分析：本锅炉过热器分四级，分别由顶棚包覆管过热器、低温蛇形管系，屏式过热器，高温蛇形管系组成，饱和蒸汽由锅筒上的饱和蒸汽连接管引入顶棚包覆管，再进入悬吊管进口联箱，由悬吊管引入尾部烟道低温过热器，低温过热器通过连接管引入到炉前，经过第一级喷水减温器后引入屏式过热器，受热后经第二级减温进入高温过热器热段，最后进入高过出口集箱。过热蒸汽由高温过热器出口集箱引入炉顶集汽箱，最后经主汽阀送往汽轮机。在额定工况下，锅炉厂设计从锅筒引出来的饱和蒸汽温度为319℃，经过顶棚过热器后的蒸汽温度也是319℃，也就是说设计的原则是顶棚过热器是处于绝热状态的。低温过热器出口温度为375℃，屏式过热器出口温度为450℃，高温过热器冷段出口温度为508℃，高温过热器热段出口温度为540℃。设计的烟气温度为：锅炉炉膛出口温度为900℃，屏式过热器出口温度900℃（屏式过热器装于炉膛内，温度与炉膛出口一样），高温过热器入口温度为888℃，出口温度715℃，低温过热器出口温度535℃。在顶棚过热器爆管之前运行参数如下：锅炉蒸发量148t/h，主蒸汽温度522℃，主蒸汽压力9.08MPa，过热器两级减温水全开，减温水总量达24t/h。锅筒引出来的饱和蒸汽温度304℃，经过顶棚过热器后进入低温过热器，低温过热器进口集箱没有温度测点，从而不能直观地得出蒸汽经过顶棚过热器后温度提高了多少。当时的低温过热器出口温度为398℃，屏式过热器出口温度为476℃，高温过热器出口温度为522℃；各级过热器烟气温度如下：炉膛出口温度920℃，高温过热器入口温度868℃，出口温度703℃，低温过热器出口温度492℃。实际运行的数据与设计数据相比较：低温过热器出口蒸汽温度提高了23℃，理论设计炉膛出口烟气与高温过热器烟气温差为12℃，实际运行炉膛出口烟气与高温过热器烟气温差为52℃，因此可知顶棚过热器不是绝热的，而是吸收了大量的热量。顶棚过热器壁温最高点达到480℃，超过了顶棚过热器金属温度许用值。设计上，饱和蒸汽通过8根φ108×10的连接管进入顶棚过热器进口集箱之前有像“U”形的弯头，而从顶棚过热器进口集箱经过顶棚管（98根φ51×5）进入低温过热器进口集箱之前又有两个像”V”形的弯头。在这些弯头处容易积水和增加蒸汽流通阻力，可以判断蒸汽通过顶棚过热器流速不快，蒸汽流量不足，不能很好地冷却顶棚管。设计上，为了防止顶棚管在烟气中受冲刷，减少磨损，延长其使用寿命，顶棚管埋在浇注料内。由于顶棚管大量吸热，管壁温度远远超过设计温度（设计中顶棚管是不吸热的），顶棚管的实际膨胀量远大于设计膨胀量。按设计施工预留的间隙不足以满足实际膨胀量。因此，顶棚管只能从浇注料薄弱处膨胀，加之超温使管子金属强度降低，从而造成顶棚管严重变形、拉薄，最终导致爆管。

四、处理方法

过热器顶棚管爆管处理：由于爆管原因是顶棚过热器结构不合理，我们对顶棚管进行改造（如图3），由于原顶棚过热器管都有明显的变形，因此我们采取将＃1、＃2、锅炉的顶棚过热器管道全部更换成新管，＃3锅炉的顶棚过热器管道保留，但改变顶棚过热器的结构。

（一）对顶棚管过多的弯头进行改造：将顶棚过热器进口集箱旋转一个角度（20°左右），取消进口集箱至低温过热器进口集箱第一处“V”弯头，使整个顶棚管处于水平位置，减少了蒸汽流通弯头阻力及局部阻力。

（二）锅炉设计时顶棚过热器是不吸热的，因此我们采取的原则是减少顶棚管的数量，提高蒸汽的流速，降低顶棚过热器管壁的温度，经过计算，在保证锅炉额定负荷和锅筒在原工作压力的前提下将原98根φ51×5顶棚管去掉24根，保留74根，蒸汽流速比改造前提高了32％。为了保证每根顶棚管蒸汽流量的均匀性，采取每三根之间去掉一根顶棚管，使每根顶棚管流速加快，流量增加，提高了蒸汽的冷却效果。

（三）为保证顶棚过热器绝热的良好性和良好的膨胀，减少顶棚过热器管吸热，在原来的基础上将顶棚管下部的浇注料加厚50mm，同时将顶棚管与浇注料之间的膨胀间隙扩大一倍，增加顶棚管的绝热性的同时又有利于管道均匀膨胀，防止顶棚过热器管温度升高而产生膨胀不均匀，造成管道局部拉薄。

（四）由于循环流化床锅炉浇注料较多，在锅炉操作上，锅炉停炉后，锅炉的烟气温度较高，为保证顶棚过热器管不在停炉过程中超温，我们要求在停炉后及时打开顶棚过热器出口集箱上的疏水，同时应注意汽包壁的温度差不超过35℃。

五、改造后的效果

改造后，重新启动#1、#2锅炉，在额定负荷情况下，顶棚过热器璧温最高为324℃，远低于20g钢的允许使用温度（435℃），顶棚管没有发现变形，到目前为止没有再发生顶棚爆管现象。

参考文献：

1.《循环流化床锅炉理论设计与运行》岑可法等 中国电力出版社

2.《锅炉安装和使用说明书》某锅炉责任有限公司

3.《循环流化床锅炉调试方案》广东火电工程总公司调试所

4.广东电力设计院有关技术资料

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