［摘 要］：本文针对火力发电厂1000MW机组前后墙对冲燃烧方式超超临界参数直流锅炉吹灰孔让位管鳍片焊缝、燃烧器稳燃齿环、低温再热器等设备异常失效问题进行对比、剖析，总结、梳理了相应处理、防范措施，指出了超超临界锅炉深度防磨防爆检查及隐患排查的方向，为同类型机组、同类型电厂防微杜渐、举一反三开展工作提供了借鉴及案例。
［关键词］超超临界锅炉；鳍片焊缝裂纹；稳燃齿烧损；防磨浇注料挂焦；低温再热器氧化皮脱落
0 引言
火力发电厂中，控制机制非计划停运次数是企业经营目标责任书中的重要内容，也是企业安全管理、设备可靠性管理的重要抓手。在各类非计划停运不安全事件中，锅炉受热面管失效造成的非计划停运事件占比达60%左右，严重影响安全经济运行。各个电力集团、火力发电厂都非常重视锅炉受热面管失效防治工作，均能利用机组检修时机开展锅炉受热面防磨防爆检查,检查对象一般侧重于吹灰器区域炉管吹损减薄、管座角焊缝裂纹等情况，对保障安全生产具有积极促进作用。但对于1000MW机组超超临界锅炉而言，锅炉受热面失效方式、失效部位具有不同于超临界、亚临界锅炉的独特特点，依靠惯性和经验对1000MW机组超超临界锅炉进行防磨防爆检查，往往会顾此失彼、被动挨打。因此，1000MW机组超超临界锅炉深度防磨防磨检查上，特别要关注吹灰孔区域鳍片焊缝裂纹、燃烧器稳燃齿损坏、防磨浇注料挂焦、低温再热器氧化皮脱落等问题。
1 关注吹灰孔鳍片焊缝，检查消除裂纹隐患
设备结构特性 某厂1000MW机组配置超超临界参数、∏型布置、前后墙对冲燃烧、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、露天布置、全钢构架、变压运行直流锅炉，型号为DG2910/29.15-Ⅱ3 型。为保持锅炉各级受热面的清洁，炉膛设计V04 吹灰器82只、吹扫半径2500mm、吹扫角度360°、吹灰枪行程255mm，屏过、高过、高再、低再及低过区域设计RL-SL吹灰器46只、 吹扫半径2500mm、吹扫角度360° 、吹灰枪行程17700mm，省煤器区域设计RK-SB 吹灰器6只、吹扫半径1200-1500mm、吹扫角度360°、吹灰枪行程8500mm。吹灰器的吹灰孔由两侧对称的3根让位管围成，呈椭圆状，高273mm，宽219mm。
裂纹产生原因 吹灰孔上下让位管构成的三角区间隙由较宽的鳍片密封，鳍片与让位管焊接在一起，鳍片与鳍片间留有2mm左右的膨胀间隙，机组运行过程中，受热面管内流动着冷却介质，鳍片受高温烟气左右，与受热面管表面温度不一致，膨胀量不一致。长期运行及在锅炉启停、深度调峰或吹灰过程中温度变化较快，在鳍片膨胀空隙处及鳍片与让位管焊缝处反复产生较大的交变温差应力，导致鳍片焊缝出现裂纹，裂纹逐渐延伸至炉管（多表现为横向裂纹），造成炉管泄漏。尤其是吹灰过程中，吹灰蒸汽温度远低于炉管温度，鳍片处炉管更容易受温差应力影响产生裂纹。300MW机组吹灰器吹灰孔处让位管因鳍片表面温度、宽度、受热面管节距较小，很少发生鳍片焊缝泄漏现象。1000MW机组吹灰器吹灰孔等特殊结构部位的鳍片宽度远比300MW机组鳍片宽度大。鳍片中心表面温度与鳍片宽度的平方成正比，与鳍片厚度成反比，即在鳍片厚度不变的情况下，鳍片越宽，其中心表面温度越高，鳍片区域的温差应力越大，由热疲劳导致的开裂情况就越严重。因此，1000MW机组吹灰孔鳍片焊缝产生裂纹的概率、案例远远比300MW机组多，特别要重点关注。
案例处置方案 某厂1000MW机组，2019年2月14日停运后检查发现SL13长吹灰器吹灰孔处让位管鳍片焊缝泄漏，8月10日运行中检查发现SL29吹灰器吹灰孔处让位管鳍片焊缝泄漏，2020年2月13日水压时检查发现SL21吹灰器吹灰孔让位管处鳍片焊缝泄漏。采取的处置措施为：利用检修时机，对所有吹灰器孔鳍片焊缝进行打磨、切割、100%着色检查，发现问题及时处理；利用C修进行水压严密性试验，排查隐蔽性及微裂纹缺陷；取消原设计预留的吹灰器孔并更换为直管，有效地保证了机组的安全运行。
2 关注燃烧器烧损情况，检查修复稳燃齿环
设备设计特性 1000MW机组每台锅炉配 6 台ZGM123型中速磨煤机（5 台运行，1 台备用），燃 烧方式为前后墙对冲燃烧，采用 48只新型的HT-NR3低NOx燃烧器，风、粉气流从煤粉燃烧器、燃尽风喷进炉膛后各只燃烧器在炉膛内形成一个独立的火焰。前、后墙各布置3 层 燃烧器，每层8只。煤粉燃烧器主要由一次风弯头、文丘里管、煤粉浓缩器、燃烧器喷嘴、稳焰环、内二次风装置、外二次风装置（含调风器、执行器）及燃烧器壳体等零部件组成。为了提高燃烧器的低负荷稳燃、防止结渣及降低NOx排放，采用了煤粉浓缩器、火焰稳焰环及稳焰齿。
烧损原因分析 运行中的高温烟气对近火侧的一次风扩锥炙烤，会在该扩锥内形成巨大的热应力并且导致焊缝金属强度降低，热应力造成扩锥变形并将根部焊缝拉开而最终脱落。一次风扩锥脱落后，二次风扩锥及稳燃齿环最近火侧，同样的原因导致稳燃齿及环脱落，严重时导致带有筋板的二次风扩锥脱落。一旦一二次风扩锥脱落，则一二次风管直接与高温烟气接触，其材质为Q235型钢，耐热温度仅为400℃。磨煤机运行时，燃烧器区域温度为400℃左右。磨煤机停运后，机组满负荷时燃烧器区域温度700℃左右，超过一次风筒耐火极限，会造成碳化烧损。上层燃烧器位置较高，炉膛内火焰温度及烟气温度也较高，始终与高温火焰和烟气接触；中下层燃烧器位置相对低，对应的炉膛火焰及烟气温度也较低。这也是上层燃烧器损坏最严重、中层次之、下层最轻的原因。
案例处置方案 某厂1000MW机组检修期间发现，燃烧器喷口均存在不同程度的二次风扩锥变形、稳焰齿脱落，多个燃烧器最外圈扩流锥存在变形，最窄处小至1cm（正常状态约为10cm）。缺陷分布规律为下层最轻，中层次之，上层最严重。上层的两侧问题较小，中间严重。对损坏的稳燃齿进行更换处理，对变形的稳燃环、二次风扩锥进行校正、修复处理。燃烧器稳燃齿、稳燃环检修处理后，炉膛出口NOX浓度平均下降60mg/Nm3 ，降低尿素单耗约11.37吨/亿kWh，结焦现象明显改善，对安全经济运行影响极大。
3 关注炉膛清洁状况，消除浇注料凸起隐患
机组检修状况 某厂1000MW机组锅炉顶棚管中心线标高约 68 m，炉膛宽33.9734m，深16828.4 m。炉膛断面积为571.7 m2，炉膛容积为32957.6m3，燃烧器区域壁面面积1487.4m2，炉膛有效投影辐射受热面9889.6 m2。机组C修期间，在炉膛冷渣斗上部区域增加了刚玉耐磨浇注料，其中前、后墙与冷渣斗斜坡拐角处区域浇注料高度0.5m×锅炉宽度34m×厚度0.07m;左、右侧墙与冷渣斗斜坡拐角处区域浇注料高度0.5m×锅炉冷渣斗斜坡长度15m×厚度0.07m，面积合计130m2。
浇注料凸起影响 燃用的神混煤种灰熔点在1150-1200℃之间，该锅炉屏式过热器底部烟气温度设计志为1309℃，炉膛燃烧区域的火焰温度达1800-2200℃，燃料器区域回流的烟气温度也很高。煤粉燃烧后，熔融的渣下落到浇筑料与前后墙水冷壁之间，浇筑料凸出于冷渣斗平面，阻碍了灰渣沿冷渣斗斜坡滑落，灰渣堆积增厚。浇筑料传热特性差，削弱了冷渣斗水冷壁的冷渣效果，熔融灰渣未充分冷却，形成致密的厚大焦块，且逐渐向水冷壁上方延伸。焦块积聚一定厚度后，因自身重量沿着冷渣斗斜坡滑落，卡跳捞渣机。初期最大焦块尺寸长200cm×宽100cm×厚40cm，形态平整、厚、大、致密、难破碎，含炭量68%，造成机组被迫限负荷。采取有效的运行管控措施后，最大焦块尺寸长100cm×宽50cm×厚30cm，比初期焦块尺寸减小一半，运行安全风险明显降低。
隐患控制措施 合理控制上煤、掺烧方式，原则上只上神混2煤及高灰熔点煤；磨煤机动态分离器转速控制在70-71rpm，保证煤粉细度、总风量，做好燃烧调整，预防锅炉结焦、提高锅炉热效率。逐步增大总风量、增加燃烧器区域风量、全开贴壁风，提高燃烧效果和燃烬率，减缓侧墙水冷壁和燃烧器区域结焦现象。防止二次风速过低造成燃烧区氧不足，产生还原性气氛造成结焦，要求各负荷下各运行层燃烧器二次风箱压差力不得低于0.3kPa。每班至少切换一次制粉系统，各制粉系统轮流停运，防止燃烧器喷口结大焦块。每天从800MW至500MW进行两次升降负荷扰动，每次扰动间隔约12小时。吹灰频次由每天一次增加到每班一次，减少焦块聚集时间或较大焦块生成概率，必要时单吹吹灰器。利用调停时机检查清理冷渣斗浇注料至下层（A、D层）燃烧器之间、炉膛四角浇注料至中层（B、E层）贴壁风之间挂满的焦块及燃烧器喷口、屏式过热器屏底的焦块，消除了安全隐患，保证了可靠运行。
4 关注低温再热器，消除氧化皮堆积隐患
系统布置状况 某厂1000MW机组锅炉低温再热器设计共四组，自下而上设计材质分别为SA-210C，15CrMoG，12Cr1MoVG，SA-213T91，SA-213TP347H，SA-213T91。垂直段共148排，每排12根，规格φ57×4.5mm，垂直管段为SA-213TP347H材质，水平管段为SA-213T91材质，其中背烟气侧第1、2根管水平段为SA-213TP347H材质。
低再氧化皮脱落 对于600MW机组、再热蒸汽设计温度605℃的超超临界锅炉，投入商业运行初期，高温再热蒸汽、高温过热蒸汽出口段出现过氧化皮大量脱落、堆积，造成爆管及机组非停事件，随后各集团、各电厂、各锅炉厂在设计上、工程应用上均进行了材质升级，已彻底治理。低温再热器出口段氧化皮脱落堆积问题，未在600MW级超超临界锅炉上发生过。
2013年以来，对于再热蒸汽出口设计温度 623℃、一次再热、1000MW机组，高温再热蒸汽出口管排设计上采用了抗氧化性很好的HR3C钢材，避免了高温再热器氧化皮脱落、堆积问题。锅炉低温再热器垂直管段设计材质为SA-213TP347H，属于粗晶奥氏体耐热不锈钢，锅炉厂在机组设计基建安装中没有进行喷丸工艺处理。该管材长期在580℃以上运行时抗氧化性差，易快速产生氧化皮，运行20000小时以后是氧化皮脱落的高发期。某厂1000MW机组超超临界锅炉实际运行已超31000小时，部分管壁温度达到590℃-610℃，机组启停及深度调峰频繁升降负荷次数多，对氧化皮的生成和脱落有促进作用。
案例处置方案 某厂在2019年10月13日，#3机组锅炉水压试验时，发现低再迎烟气面固定端第31排第2个弯头泄漏。割管检查发现，弯头有明显超温涨粗现象并积累了大量的氧化皮。对管道弯头水平方向射线检查发现，管道内有明显氧化皮堆积，氧化皮沉积厚度均达管道内径30%以上（φ57×4.5mm）。现场对低温再热器出口段148排1766根管子全部割管清理，利用吸尘器清理弯头处氧化皮并经内窥镜确认干净后重新焊接；低温再热器壁温测点由10个增加到148个，全面检测低温再热器运行超温情况。同时，积极联系锅炉厂及电科院，对材质升级进行全面可行性研究。经调研，重庆同类型机组也发生过低温再热器氧化皮脱落、堵塞问题，通过材质升级得到根本治理。
5结论
1000MW机组超超临界锅炉，其设备特性、运行方式具有独特的特点，在锅炉防磨防爆检查、治理上，除依据传统的经验，还要研究应用新技术。吹灰孔鳍片焊缝裂纹、燃烧器稳燃齿烧损带来的影响是长期的、深远的，要高度重视、封停必查。对涉及到炉内换热面积、炉内空气动力场改变的项目，必须与锅炉和设备厂进行充分分析、论证，深入开展调研和差异化分析，严禁盲目实施。低温再热器出口段采用TP347粗晶材质的机组，尽快进行升级改造才是王道，也建议新建机组初步设计阶段，对低温再热器出口段材质的选择上要谨慎，避免给电厂方带来困惑。
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作者简介：
姜保米，高级工程师，高级技师，长期从事电力锅炉监察工作。
工作单位：安徽安庆皖江发电有限责任公司。
单位地址：安徽省安庆市迎江区老峰镇皖江大道皖江北路1号。
邮编：246008
男，生于1967年12月10日，本科学历，神皖能源公司、神皖安庆公司首席锅炉检修工程师