熱能動力工程

1、哈爾濱工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）大型電廠鍋爐事故分析與處理能源科學與動力學院：王天昊 指導老師：不詳摘要：鍋爐，電站重要的主機之一。鍋爐設(shè)備能否安全，經(jīng)濟運行直接關(guān)系著整個機組的安全性和經(jīng)濟性。因此電站鍋爐安全是重中之重。 大型電站鍋爐事故分析與處理是電廠熱能動力工程的一個重要的研究課題，對電站鍋爐的事故分析與對策的探索，對鍋爐事故的預防與鍋爐改進有著重要意義。 本文首先對鍋爐作了總體的介紹，接著對事故分析的重要性單獨一章進行了說明。然后對鍋爐最重要最常見的鍋爐四管爆破進行分析，然后對其他系統(tǒng)分步進行一一說明，從故障現(xiàn)象到解決措施再到預防措施。最后介紹了一些案例，總結(jié)了電站鍋爐事故分析的一些

2、情況。關(guān)鍵詞：鍋爐；能量；事故；水冷壁Abstract：Externally pressurized gas bearing has been widely used in the field of aviation, semiconductor, weave, and measurement apparatus because of its advantage of high accuracy, little friction, low heat distortion, long life-span, and no pollution. In this thesis, based on th

3、e domestic and overseas researching.Thanks.Keywords：keyword 1, keyword 2, keyword 3,keyword 4- 8 -第一章 鍋爐概論- 3 -1 火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程- 3 -2 鍋爐在電廠中的地位- 3 -3 鍋爐的安全性和經(jīng)濟性指標- 4 -第二章 事故分析與處理的重要性- 4 -1 防止鍋爐事故的重要意義- 4 -2 當前鍋爐機組事故的特點- 4 -3 故障分析的目的、方法- 5 -4 一次抓住主要故障原因- 6 -5 搞好事故分析，防止重復性事故發(fā)生。- 6 -第三章 最常見鍋爐事故分析與處理- 6 -1

4、水冷壁管排泄漏常見故障- 6 -2 故障現(xiàn)象- 7 -3 原因分析- 7 -4 處理方法- 7 -5 防范措施- 7 -第四章 省煤器常見事故分析與處理- 8 -1 省煤器- 8 -2 故障現(xiàn)象- 8 -第一章 鍋爐概論§1-1 火力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程 火力發(fā)電廠是與風力發(fā)電，水力發(fā)電，核能等發(fā)電廠并存的一種發(fā)電廠基本形態(tài)之一。火力發(fā)電廠承擔著我國電力調(diào)峰等的重要角色。因為水力風力都不是很好人為控制，只有火力比較容易輕松地控制，通過調(diào)節(jié)鍋爐燃燒量，汽輪機蒸汽量即可實現(xiàn)調(diào)峰。 火力發(fā)電就是把燃料的化學能轉(zhuǎn)化為蒸汽的熱能，再把熱能在汽輪機里面轉(zhuǎn)化為動能，然后動能推動發(fā)電機轉(zhuǎn)子在勵磁系統(tǒng)中轉(zhuǎn)

5、動，最終轉(zhuǎn)化為國民經(jīng)濟中重要的一種能源-電能。圖 1：火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程示意圖通過上圖我們可以看出火力發(fā)電過程基本如下： 發(fā)電廠儲煤場的煤，經(jīng)過碎煤設(shè)備破碎后，由皮帶運輸機送入鍋爐房內(nèi)的原煤倉。煤從原煤倉落入給煤機，在其中研制成煤粉，同時送入熱空氣來干燥和輸送煤粉。磨制好的煤粉，經(jīng)粗粉分離器除去部分不合格的煤粉后進入旋風分離器，在其中空氣和煤粉得以分離，分離出來的細粉進入煤粉倉。煤粉由給煤機送入輸粉管，而旋風分離器中的空氣則由排粉機抽出。煤粉和空氣在輸粉管內(nèi)混合后，由噴燃器噴入爐膛內(nèi)進行燃燒。由送風機送來的空氣，在進入爐膛之前，先在空氣預熱器中接受排煙預熱，以減少排煙熱損失，并提高空氣溫度，改

6、善燃燒過程。爐膛內(nèi)的燃燒產(chǎn)物高溫煙氣，在引風機的拔風作用下，沿著鍋爐本體倒 U形煙道依次流過爐膛、過熱器、省煤器和空氣預熱器，將熱量逐步傳遞給水、蒸汽和空氣。降溫后的煙氣流入除塵器進行凈化，凈化除塵后的煙氣則被引風機抽出，排入大氣。將燃料的化學能裝換為熱能。 鍋爐產(chǎn)生的新蒸汽進入汽輪機后逐級進行膨脹，蒸汽部分熱能就轉(zhuǎn)變?yōu)槠鲃幽?；高速汽流施加作用力于汽輪機的葉片上，推動了葉輪連同整個轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，汽流的動能于是被轉(zhuǎn)換成汽輪機軸上的機械能。汽輪機帶動發(fā)電機，利用切割磁力線感應原理，將原動機的機械能變?yōu)殡娔茌敵觥?§1-2 鍋爐在電廠中的地位鍋爐概況：鍋爐類型基本上分為流化床，直流爐，汽包爐

7、。大型電站多采用直流爐，因為直流爐具有很多優(yōu)點，比如：它沒有汽包、并可采用小直徑蒸發(fā)管，使鋼材消耗量明顯下降。啟、停時間短。它沒有厚壁的汽包，在啟、停時，需要加熱、冷卻的時間短，從而縮短了啟、停時間。制造、運輸、安裝方便。受熱面布置靈活。工質(zhì)在管內(nèi)強制流動，受熱面可從有利于傳熱及適合爐膛形狀而靈活布置。 圖 2：直流鍋爐簡圖 圖 3：鍋爐縱剖圖 作為能源提供者，電站鍋爐作為舉足輕重，不容小覷。其安全性經(jīng)濟性是一個電站的命脈，是電力企業(yè)競爭核心所在。 同時，隨著我國電力事業(yè)的迅猛發(fā)展，裝機容量的不斷增加。電力，機械，冶金化工，制造食品均需要鍋爐供應蒸汽。只是根據(jù)不同需要鍋爐參數(shù)型號不同。 電站鍋

8、爐一般要求容量大參數(shù)高，性能好。 圖 4：鍋爐工作示意圖 §1-3 鍋爐的安全性和經(jīng)濟性指標 鍋爐的安全性關(guān)系著電站的安全，特別要注意事故的防止，因為電廠事故是國民經(jīng)濟建設(shè)，工業(yè)生產(chǎn)的一大災害，發(fā)電廠事故停電，不僅發(fā)電廠本身蒙受損失，而且對社會主義經(jīng)濟建設(shè)以及人民生活都有直接影響。 據(jù)統(tǒng)計，在發(fā)電廠事故中，大約有 60-70事故是鍋爐事故，所以鍋爐的安全性必須給予高度重視。同時在安全基礎(chǔ)上，還必須提高鍋爐經(jīng)濟效率， 提高能源利用率。鍋爐安全性的指標 鍋爐運行安全性指標，不能進行專門的測量，而是用下列指標間接來衡量。 (1) 鍋爐連續(xù)運行小時數(shù)：兩次被迫停爐進行檢修之間的運行小時數(shù)。

9、(2) 鍋爐的可用率：可用率（運行總小時數(shù)總備用小時數(shù)）/統(tǒng)計期間總小時數(shù) x100 (3) 鍋爐事故率： 事故率鍋爐停爐總小時數(shù)/（總運行小時數(shù)事故停爐總小時數(shù)）x100 目前，在我國，大中型電站，連續(xù)運行在 5000h 以上，事故率 1，可用 率90。 第二章 事故分析與處理的重要性1 防止鍋爐事故的重要意義 電力工業(yè)的安全生產(chǎn)關(guān)系國民經(jīng)濟發(fā)展與人民生活的安定，也是電力企業(yè)取得經(jīng)濟效益的基礎(chǔ)。鍋爐機組是火力發(fā)電廠三大主機之一?？煽啃越y(tǒng)計表明，100MW 及以上機組非計劃停用所造成的電量損失中，鍋爐機組故障停用損失占6065，1995 年 100MW 及以上鍋爐及其主要輔機故障停用損失電量近

10、 120億 Kwh。故障停用造成的啟停損失（啟動用燃料、電、汽、水）若每次以 3 萬元計，僅此一項全國每年直接經(jīng)濟損失就達 2400 萬元。與此同時每次啟停，鍋爐承壓部件必然發(fā)生一次溫度交變導致一次壽命損耗，其中直流鍋爐水冷壁與分離器可能發(fā)生幾百度溫度的變化，從而誘發(fā)疲勞破壞。因此，防止鍋爐機組的非計劃故障停用，歷來受到各級領(lǐng)導的重視。部防止電力生產(chǎn)重大事故的二十項重點要求中列出了防止大容量鍋爐承壓部件爆漏、防止鍋爐滅火放炮，防止制粉系統(tǒng)爆炸等三項反措要求，要求逐項續(xù)貫徹。 為減少鍋爐機組故障引起的直接與間接損失，減少故障停用帶來的緊張的搶修操作，發(fā)電廠的安全監(jiān)察、鍋爐監(jiān)察、技術(shù)監(jiān)督工作者及全

11、體檢修、運行、管理人員，必須認真貫徹“安全第一、預防為主”的方針，落實反事故措施，提高設(shè)備的可用率，防止鍋爐事故的發(fā)生。2 當前鍋爐機組事故的特點 鍋爐機組的事故特點是與鍋爐所用的燃燒、鍋爐結(jié)構(gòu)、控制手段與工藝水平密切相關(guān)的。1955 年發(fā)生在天津的田熊式鍋爐下泥包苛性脆性，死亡 77 人的事故，如今由于淘汰了鉚接、脹接工藝，此類事故已被消滅。由于給水品質(zhì)的提高及蒸汽參數(shù)的提高，出現(xiàn)在中小型鍋爐的水循環(huán)事故及表面式減溫器事故也趨于消滅。隨著自動控制水平的提高，鍋爐缺滿水及滅火放炮事故也逐步得到控制。與此同時，由于采用亞臨界、超臨界參數(shù)，采用懸吊式全密封結(jié)構(gòu)，以及實現(xiàn)計算機控制等等，也帶來了一些

12、新問題需要研究解決。鑒于各局、廠情況不同，防范措施理當有所區(qū)別，本文僅根據(jù)國內(nèi)電廠發(fā)生的鍋爐故障情況，按嚴重程度與分布頻率，提出以下分析意見： （1） 鍋爐承重結(jié)構(gòu)的變形、失穩(wěn)使懸吊式鍋爐坍塌是導致近年來鍋爐報廢的最終原因，必須高度重視支吊、承重結(jié)構(gòu)的安全。 （2） 爐外管道爆漏、受熱面腐蝕、轉(zhuǎn)動機械飛車、制粉系統(tǒng)爆炸、鍋爐尾部受熱面燒損是造成人員傷亡，設(shè)備嚴重損壞的主要原因。 （3） 鍋爐四管爆漏仍居當前鍋爐機組非計劃停用原因的首位。鍋爐四管因蠕變、磨損、腐蝕、疲勞損壞以及焊口泄漏，常?？梢砸蛘{(diào)度同意使用而不構(gòu)成事故，但因其停用時間較長，直接、間接損失大仍是鍋爐故障損失的主要因素，必須加以重

13、視。 （4） 鍋爐輔機故障，包括送風機、引風機、磨煤機、排粉機、一次鳳機、撈渣機、回轉(zhuǎn)式空氣預熱器等轉(zhuǎn)動機械卡轉(zhuǎn)、振動、燒瓦等，此類故障約占鍋爐機組故障停用次數(shù)的 10左右，常常是機組降出力的原因。 （5） 熱工保護裝置故障誤動引起機組跳閘，其次數(shù)隨保護裝置采用范圍的擴大而有所增加，這是當前新機組投產(chǎn)初期運行階段的常見故障。說明要解決如何進行設(shè)計、安裝，使控制手段與設(shè)備性能相匹配，并縮短磨合期等問題特別需要對基建工序的安排與配合問題加以研究。但當前主要應防止因耽心誤動而隨意退用保護裝置的傾向。預防事故發(fā)生與擴大的措施 綜合分析全國大型鍋爐故障停用的原因，可以明顯地發(fā)現(xiàn)，必須從設(shè)計標準、設(shè)計選型

14、、制造安裝、運行調(diào)試全過程努力，才能最有效地防止事故的發(fā)生。作為發(fā)電廠必須搞好檢查、修理，認真整治設(shè)備，嚴格各項規(guī)章制度的貫徹執(zhí)行，才能真正提高設(shè)備的可靠性。 同防止發(fā)電廠其他設(shè)備故障一樣，防止事故發(fā)生與擴大的措施是： （1）重視運行分析，推廣在線診斷技術(shù)，提高預防性檢修的質(zhì)量。 （2）重視熱工報警及自動保護裝置的投用，反對強撐硬拼，把事故消滅 8在萌芽狀態(tài)。 （3）事故后要認真分析事故原因，以便采取針對性的措施。同時要研究其他單位事故案例，分析潛在的不安全因素并采取相應措施。 （4）加強燃料、汽、水品質(zhì)、金屬焊接管理，做好防磨防爆工作。 （5）要認真審定事故處理規(guī)程及“防災預案”，運行人員要

15、訓練有素以正確判斷與處理事故，避免災難性事故的發(fā)生。3 故障分析的目的、方法控制電站鍋爐故障主要在于預防，在于把缺陷消滅在釀成事故前。但是一旦發(fā)生了故障，在組織搶修的同時，分析故障原因也是安監(jiān)人員與鍋爐專業(yè)人員義不容辭的責任，不可偏廢。成功的故障分析可以避免類似事故的重演，加速搶修恢復，工作不有利于分清責任，從而提高設(shè)計、制造、檢修、運行工作質(zhì)量，也有利于合同的執(zhí)行。不成功的故障分析往往導致事故的再次發(fā)生或?qū)е路创胭Y金的浪費。 例如 1984 年 10 月，一臺 300MW 機組的一臺風扇磨炸裂飛車，風扇磨葉輪碎裂成 23 塊，飛散在鍋爐房零米層，當場打死檢修班長李×，事故發(fā)生在檢修

16、后試轉(zhuǎn)時，迅速查明原因才能在避免人身事故的前提下解決電網(wǎng)用電的需要。事故調(diào)查組在記錄好葉輪碎塊分布狀況的基礎(chǔ)上，組織力量通過拼湊葉輪原貌，從分析斷口裂紋發(fā)展方向著手找出了原始裂紋及裂紋起源點，從而把疑點迅速集中到修復葉輪磨損所用鑲條的拼接點上。接著用著色探傷法逐臺檢查，發(fā)現(xiàn)只用此工藝修復的幾臺風扇磨葉輪的相應部位，都發(fā)現(xiàn)裂紋。由于很快找出了事故原因，從而可以有針對性地更換葉輪備件，使機組很快投入正常運行。 而如某廠屏式過熱器聯(lián)箱管座角焊縫泄漏事故，從焊接接頭斷口宏觀檢查看，焊縫焊接質(zhì)量確實存在缺陷，但由于沒有細致分析，即決定全部管座重新施焊，事隔不到一年該處又連續(xù)發(fā)生管座焊口泄漏。查明原因是：

17、該屏式過熱器用振動吹灰，為了使全屏都振動而達到除灰的目的，在管間加裝了固接棍，這樣屏式過熱器管上部由聯(lián)箱管座固定，中部由固接棍固定，由于管間不可避免地存在溫差膨脹不暢以及對接時存在的焊接殘余應力，導致焊口一再泄漏。當取消固接棍后，這部分焊口泄漏才能解決。說明第一次故障分析由于沒有找到事故根源，不僅多耗了返修的資金，也導致事故的重復發(fā)生。 4 一次抓住主要故障原因當然對于一些多因素、復雜的或不常見的事故，要求一次抓住主要故障原因，從而采取針對性的措施解決問題有一定的難度，但作為事故調(diào)查工作的目標與責任應該是：要找出事故根源防止重復性事故發(fā)生。 根據(jù)多數(shù)安監(jiān)工作者成功的經(jīng)驗，在事故調(diào)查方法方面應該

18、做到： （1 掌握故障第一手材料。包括故障前運行記錄，事故追憶打印記錄，損壞部位的宏觀狀況，部件損壞的起源點及擴大損壞面的狀況等。 （2）以事實及各項化驗，試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，避免主觀忄意斷或過多的推論。 （3） 在掌握各種損壞方式的特征及各種分析手段所能得出的結(jié)論的前提下，事故調(diào)查人員應當迅速組織取樣、化驗與測試。 （4）分析情況要有數(shù)量概念。在設(shè)計范圍內(nèi)超過設(shè)計范圍，保護正確動作或定值不當或誤動等都要用數(shù)據(jù)說明。 （5）根據(jù)部件失效的直接原因，查制造、安裝、檢修、運行歷史情況，以規(guī)程、標準的規(guī)定為依據(jù)判定是非。 （6）要分析故障的起因，也要分析事故處理過程，從中找出故障擴大的原因與對策。5 搞

19、好事故分析，防止重復性事故發(fā)生。發(fā)生了事故，分析原因、 “安全第一、預防為主”責任，目的還是為了預防。 目前，國內(nèi)發(fā)電廠采取并行進行安全統(tǒng)計與可靠性統(tǒng)計的做法。設(shè)備可靠性統(tǒng)計指標，可以提供一段時間范圍內(nèi)設(shè)備健康水平的綜合情況，也是對設(shè)計、制造與發(fā)電廠管理工作的評價。安全統(tǒng)計的特點著重于每一事件的描述，重點是分析事故原因及對策，即針對事故研究對策。二者相輔相成。 現(xiàn)代電站鍋爐普遍配備了事故追記裝置，使安全工作者的分析有了更確切的，更客觀的依據(jù)，但以預防為目的工作內(nèi)容沒有改變。 發(fā)電廠是一個技術(shù)密集型的工業(yè)企業(yè)，只有各專業(yè)，各部門密切配合，才能達到整體安全穩(wěn)定的目的。出了事同樣需要各方面吸取教訓，

20、共同努力。安全監(jiān)察從事事故調(diào)查可以彌補一個部門及個別人吸取教訓的片面性，避免只管搶修不問原因的弊病，使人們重視舉一反三進行預防，還有利于規(guī)章制度，特別是責任制的落實。而責任準確定是非與責任，調(diào)查析事故從而推動規(guī)章制度不斷完善，設(shè)備整治工作和人員素質(zhì)的不斷提高，最終達到防止事故重復發(fā)生是事故調(diào)查分析的目的。第三章 最常見鍋爐事故分析與處理1 水冷壁管排泄漏常見故障 圖 5： 內(nèi)螺紋管水冷壁示意圖 水冷壁是鍋爐的主要蒸發(fā)受熱面， 通過水冷壁吸收爐膛輻射熱將水或飽和水加熱成飽和 蒸汽，使爐膛出口煙氣溫度和爐墻溫度得以降低，保護爐墻，防止受熱面結(jié)垢。水冷壁有 光管和膜式水冷壁。2 故障現(xiàn)象 （1） 受

21、熱面積灰。 （2）受熱面腐蝕。 （3）水冷壁或尾部受熱面管子發(fā)生泄漏。 （4）受熱面結(jié)焦。 （5）管排變形。 （6）管子發(fā)生蠕脹現(xiàn)象。 （7）爐膛漏風。 3 原因分析 （1煙速過低。吹灰器吹灰效果不佳造成受熱面集灰。 （2由于積灰，吹灰蒸汽溫度低，尾部煙道漏風，造成腐蝕。 （3廠家焊口質(zhì)量不佳，內(nèi)外管壁腐蝕，管子磨損，管子焊口有附加應力，管材有缺陷 造成泄漏。 （4管排排列不均形成煙氣走廊，尾部煙道后墻防磨板損壞，煙氣流速過高，管夾子松 動發(fā)生碰撞，吹灰不當，造成管排人孔門處磨損嚴重。 （5沒有按設(shè)計煤種供應燃料，造成燃料中灰分的 ST 溫度過低，爐膛熱負荷過高，爐膛 出口煙道截面太小，噴燃器

22、調(diào)整不當，爐膛門孔關(guān)閉不嚴，墻式吹灰器失靈，爐膛出口受 熱面管排不平整，造成受熱面結(jié)焦。 （6管排支架或活動連接塊損壞或脫落。沒有按時吹灰，使管排大面積掛焦，造成管排 變形。 （7運行中嚴重超溫使管子過熱。汽水品質(zhì)有問題，管子內(nèi)壁大量結(jié)垢。換管子時管材 不對。管內(nèi)有異物。以上都會造成管子蠕脹。 （8各人孔門、看火孔關(guān)閉不嚴。內(nèi)護板加裝不合理，熱態(tài)時拉裂造成漏風，管子鰭片 沒有密封焊。水封槽缺水，爐頂穿墻管處膨脹節(jié)損壞。4 處理方法 （1）適當提高煙氣流速，檢修吹灰器使其正常工作，杜絕受熱面管子的泄漏。 （2）清除積灰加強吹灰，提高吹灰蒸汽溫度，消除尾部 煙道的不嚴密造成漏風。 （3）保證焊接質(zhì)量，采取有效措施防止腐蝕和外壁磨損，消除管子的附加應力，換新管 應做光譜分析，保證不用錯管子，并不準使用有缺陷的材料。換管 12時確保無異物落入管子 中，新管子必須通球，防止爐膛上部結(jié)焦，保證吹灰蒸汽溫度，加強吹灰管的疏水。 （4）校正管排，消除煙氣走廊修復修防磨護板，調(diào)整煙氣流速，減少對迎風面管子的沖