循环流化床锅炉在机组甩负荷情况下的薄弱点和防范措施

      关键词：甩负荷膨胀循环硫化床

      摘要　本文以华能济宁电厂＃5 机组在发生甩负荷异常情况下，锅炉尾部
受热面出现了因膨胀热应力造成的受热面损坏泄漏为范例，通过对泄漏原因的分
析，指出了该型流化床锅炉异常膨胀状况下的薄弱点，并有针对性地提出了相应
的防范措施。

      关键词　循环硫化床　甩负荷　膨胀　损坏

      0 　概述

      华能济宁电厂#5炉为上海锅炉厂产循环流化床锅炉，型号为SG-440/13.7-M563，
于2003年7 月份投产，锅炉主要有炉膛、旋风分离器、后烟井尾部受热面三个部
分组成，其中后烟井受热面包括包覆墙过热器、隔墙过热器、末级过热器、两级
省煤器和再热器，饱和汽由后烟井顶部进入包覆墙过热器的两侧墙受热面，并通
过由包覆墙过热器的前墙过热器、炉顶过热器、后墙过热器组成的“Π”受热面
完成包覆墙过热器的吸热，在后墙过热器通过6 个管道将蒸汽引至布置在后烟井
中部的隔墙过热器，隔墙过热器将后烟井分为前后两个受热烟道，前烟道布置了
五组再热器受热面，后烟道至烟道向下布置了三组末级过热器和二组二级省煤器。
在后烟井前后烟道的底部分别布置了过热器、再热器的烟气挡板，根据负荷的变
化调节烟气挡板的开度分配烟气的传热分额。后烟井内部受热面的介质有：给水、
饱和汽、过热汽、汽机中间抽汽。锅炉部件产生的热膨胀是在膨胀设施控制下沿
着一定的方向膨胀，膨胀力主要依据机组的负荷变化而变化，锅炉必须能机组在
满负荷运行中的热膨胀，而足够的膨胀冷态余量设定是确保不出现膨胀抵触重要
一点。每个单一的设备膨胀方向、膨胀余量、膨胀零点不同，而出现膨胀异常会
产生相互之间连接处膨胀应力交叉、相互抵触作用，当出现膨胀过量、膨胀受限、
膨胀抵触、机组异常下的膨胀紊乱，就会造成受热面的部件损坏，这是循环硫化
床锅炉不同于其他锅炉存在的问题，这与锅炉的设计、安装、检修、运行、机组
启停次数、异常情况各个方面是紧密相联的，单方面或多方面出现问题就会造成
受热面的损坏。

      1 　锅炉膨胀设置及受力分析：

      1.1 　水冷壁膨胀设置情况：为增加整个炉膛的刚性和抵抗炉内正压燃烧
引起的水冷壁变形，沿炉膛水冷壁高度方向上布置多层刚性梁，并在炉膛刚性梁
设置了三层膨胀中心，分别为标高为EL.16700、EL.31700和EL.40360的刚性梁，
每层刚性梁都以膨胀中心点为起点按预定方向、膨胀量向两侧膨胀。为保持膨胀
中心位置不变，在每层刚性梁膨胀中心点设置了膨胀导向装置。在上下梁之间设
置了平衡杆装置从而保证上下刚性梁之间的膨胀平衡。为化解每层刚性梁主梁之
间的膨胀差与连接，在刚性梁四角处设置了角向装置。整体的刚性梁使水冷壁能
够有规律的自由膨胀，并整体向下膨胀，且能承受一定炉膛压力的变化。

      水冷壁受热面的膨胀受力分析：水冷壁采用悬挂方式通过上集箱的吊杆将
力量集中在炉顶刚性梁上，炉体整体向下膨胀。

      1.2 　后烟井受热面膨胀设置情况：后烟井包复墙上设置二层膨胀中心
（标高为EL.32500和EL.41800），保证锅炉受热部件在运行状态下能够定向有序
地自由膨胀，每一处的密封结构都有确定的膨胀方向和膨胀量，为密封设计提供
明确的参考量，使密封设计建立在可靠的基础上。后烟井四周包覆墙采用光管加
扁钢焊接的膜式壁结构，因全部采用汽冷式包覆墙，各处的膨胀量相同，可简化
密封设计。后烟井炉顶管与包覆前墙、包覆后墙的连接处不设集箱，而是采用管
子直接相连，使密封在结构上得到保证，炉顶管与包覆侧墙直接焊接，中间无膨
胀节。包覆前墙环形集箱的管座处采用折边板进行密封。高温过热器进出口、再
热器进出口与包覆前后墙穿管处采用密封盒结构，密封盒的上下部分布置金属膨
胀节，可吸收宽度方向上的热位移。

      后烟井受热面的膨胀受力分析：后烟井受热面与水冷壁膨胀情况有较大不
同，包覆墙过热器与其内的二级省煤器、再热器、末级过热器之间由于设置了密
封装置，密封装置有足够的膨胀余量，在不出现异常的情况下不会发生受热面管
子之间膨胀不均造成的相互的摩擦，而包墙过热器与隔墙过热器之间为鳍片连接，
二者存在当膨胀不一致损伤管子的可能。

      2006年2 月＃5 机组发生了一次甩负荷故障，恢复运行后不久发现包覆墙
过热器右侧43米，末级过热器人孔门前上角部过热器管泄漏，现场检查发现包覆
墙过热器前数第25根与隔墙过热器连接鳍片末端由于膨胀应力，致使两受热面管
屏之间的连接撕开，造成包覆墙过热器前数第25根从鳍片焊口开始出现裂纹，裂
纹贯穿到管子，造成受热面泄漏。由以上受热面损坏情况和过热器温度的变化，
受热面损坏的部位是在包覆墙过热器的内部，没有出现在包墙与其他受热面之间
的衔接处，损坏的受热面是前后烟道中间的隔墙过热器与包覆墙的侧墙，隔墙过
热器是膜式受热面，蒸汽流向与其连接的包墙左右墙受热面相反，虽然在管屏底
部两侧有弯管消除相互之间的膨胀余量和交叉热应力，但在隔墙过热器的上部膜
式壁的末端两侧的连接点，光管，烟气温度在隔墙过热器同时又是饱和汽向干蒸
汽过渡的受热点受热，在出现甩负荷异常下炉内的受热面温度出现短时的温度交
变，温度的交变直接对过热器受热面的特殊连接处出现短时的疲劳损坏，而此处
位置由于是鳍片末端焊接强度无法承受温度交变损坏，造成温度交变疲劳损坏，
损坏部位的长时间泄漏造成损坏的扩大形成泄漏。

      1.3 　后烟井受热面与旋风分离器之间的膨胀分析：

      后烟井受热面内部主要是过热器受热面，整体的膨胀方向是向下侧，而旋
风分离器的两端连接着水冷壁炉膛和后烟井受热面，向两端都有膨胀趋势，故其
两端都设有非金属膨胀节，吸收膨胀量。

      2007年4 月，＃5 机组在间隔较短的2 次启动后发生包墙过热器前墙左右
侧第一根管与后烟井环形集箱根部焊口裂纹泄漏的故障。分析为由于机组2 次启
动的间隔较短，旋风分离器出口底部斜烟道膨胀异常，作用在后烟井环形集箱上
的膨胀应力使得联箱上左右侧第一根管根部焊口发生裂纹。

      2 　受热面在机组出现异常情况下预防和措施

      2.1 　运行人员的预防

      运行人员在机组启动、滑停、出现异常时应加强对锅炉受热面膨胀的监督、
巡查。有些运行人员往往对锅炉膨胀指示器的作用重视不够，启动过程中操作人
员很少注意锅炉的膨胀情况，也不做膨胀记录，殊不知锅炉膨胀指示器不仅反映
了锅炉受热面膨胀是否受阻，而且还反映了锅炉各受热面的水循环情况。膨胀情
况是指导锅炉安全运行的重要依据。运行人员还应在机组的启动前和冷炉后检查
膨胀指示器是否归零位，在检修后监督检修人员将膨胀指示器全部校至零位以便
于启动过程中的膨胀监督。

      2.2 　检修人员需要做的措施

      2.2.1 　检修人员应在机组检修前全面记录膨胀指示器的刻度，受热面膨
胀的方向，根据膨胀数据分析受热面的受热膨胀状况，并将发现的问题结合实际
待停炉后对内部进行细致的检查。

      2.3 　本次受热面受到膨胀损坏制定的措施

      结合出现损坏的机理，防止受热面因膨胀而受到的损坏主要有以下三个方
面：

      （A ）只要将膨胀交变的应力消除即可达到受热面的膨胀有足够的适应正
常及异常情况下

      （B ）消除受热面膨胀节点的焊接缺陷，防止由于膨胀热应力的变化，造
成缺陷变为部件损坏泄漏。

      （C ）无特别设置膨胀余量的特殊部位，根据实际情况可人为的设置膨胀
余量。

      参考文献

      [1] 华中理工大学刘德昌；华北电力大学阎维平；《流化床燃烧技术》中
国电力出版社 1995 年。

      [2] 《华能济宁电厂5 、6 号机组检修规程》 2004 年