鍋爐間斷運(yùn)行對(duì)省煤器的影響

王進(jìn)

（南京市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京 210002）

前言

隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，鍋爐的應(yīng)用也越來越廣泛，目前主要應(yīng)用于電廠、石油化工、造紙等行業(yè)的動(dòng)力站，為企業(yè)提供生產(chǎn)和生活用蒸汽和熱力。而省煤器作為鍋爐的重要附屬設(shè)備之一，在運(yùn)行中很容易發(fā)生爆管、變形等事故，會(huì)嚴(yán)重影響鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于設(shè)計(jì)方面和生產(chǎn)方面等因素的影響，大多數(shù)鍋爐都是間斷運(yùn)行，而間斷運(yùn)行的鍋爐往往是遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)負(fù)荷的條件下運(yùn)行的。然而即使鍋爐內(nèi)部穩(wěn)燃問題能夠解決，鍋內(nèi)水動(dòng)力方面也可能出現(xiàn)停滯、倒流和傳熱惡化等問題，引起省煤器產(chǎn)生變形甚至爆管的事故發(fā)生，嚴(yán)重威脅了鍋爐的安全運(yùn)行。本文著重討論該單位鍋爐鋼管式省煤器在鍋爐低負(fù)荷、間斷運(yùn)行兩年后出現(xiàn)的問題以及解決措施。

1 鋼管式省煤器的概念和作用

圖1 鋼管式省煤器結(jié)構(gòu)圖

省煤器就是鍋爐尾部煙道中將鍋爐給水加熱成汽包壓力下的飽和水的受熱面，鋼管式省煤器結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由進(jìn)、出口聯(lián)箱和許多并列的蛇形管焊接而成。

1.1 省煤器的作用

它的作用是提高鍋爐進(jìn)水溫度，省煤器的位置在鍋爐的尾部煙道，鍋爐燃燒后的煙氣在通過尾部煙道時(shí)，經(jīng)過省煤器。鋼管式省煤器內(nèi)有蛇形管，蛇形管內(nèi)是鍋爐進(jìn)水，管內(nèi)的水吸收了煙氣中的熱量，冷水變?yōu)闊崴?，以此來達(dá)到省煤的作用，同時(shí)能夠、吸收低溫?zé)煔獾臒崃?，降低排煙溫度，減少排煙損失，節(jié)省燃料。

1.2 省煤器的節(jié)能原理

在鍋爐的啟動(dòng)過程中,由于其汽水管道的循環(huán)沒有建立，即鍋爐給水處于停滯狀態(tài)，此時(shí)省煤器內(nèi)的水處于不流動(dòng)的狀態(tài)，隨著鍋爐燃燒的加強(qiáng)，煙氣溫度的提高，省煤器內(nèi)的水容易產(chǎn)生汽化，使省煤器的局部處于超溫狀態(tài)。為了避免這個(gè)情況的出現(xiàn),從汽包的集中下降管再接一管道到省煤器的入口，作為再循環(huán)管道,使省煤器內(nèi)的水處于流動(dòng)狀態(tài).避免其汽化。

2 鍋爐間斷運(yùn)行對(duì)鋼管式省煤器的影響

2.1 省煤器有管段溫度過高，導(dǎo)致工質(zhì)汽化

由于鍋爐長(zhǎng)期間斷運(yùn)行，負(fù)荷不及正常負(fù)荷的80%，鍋爐經(jīng)運(yùn)行2年后，進(jìn)行停爐檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)省煤器管出現(xiàn)多處泄露，多次更換后還會(huì)出現(xiàn)同樣的泄露情況。測(cè)量省煤器出水溫度已達(dá)195℃，已經(jīng)是該處的工質(zhì)飽和溫度了。這就導(dǎo)致這部分的省煤器工質(zhì)已經(jīng)汽化。當(dāng)大部分工質(zhì)汽化時(shí)，省煤器里的蒸汽與未汽化的低溫水的溫差較大，當(dāng)蒸汽遇到低溫水時(shí)會(huì)發(fā)生熱交換，造成部分蒸汽體積突然縮小形成真空，當(dāng)周圍的低溫水來填充時(shí)就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的聲響和震動(dòng)，嚴(yán)重影響了鍋爐的安全運(yùn)行。

2.2 省煤器蛇形管段材質(zhì)劣化，導(dǎo)致變形

鍋爐檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)省煤器的變形部位和正常部位分別取樣進(jìn)行金相分析和拉力試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)正常部位省煤器的化學(xué)成分、抗拉強(qiáng)度以及屈服強(qiáng)度均在正常范圍內(nèi)，說明省煤器的材料是合格的；而發(fā)生變形的省煤器管子的抗拉強(qiáng)度明顯低于規(guī)定的范圍值，屈服強(qiáng)度無明顯降低，其金相分析后發(fā)現(xiàn)變形部位有明顯的珠光體球化現(xiàn)象，而且珠光體中的滲碳體也由片狀轉(zhuǎn)為點(diǎn)粒狀，說明過熱以及使珠光體中的滲碳體分化脫碳，造成材質(zhì)劣化，從到導(dǎo)致省煤器產(chǎn)生變形。

2.3 松結(jié)灰沉積

由于鍋爐經(jīng)常間斷運(yùn)行，且運(yùn)行負(fù)荷低，檢查鍋爐時(shí)發(fā)現(xiàn)管子上積滿了厚度達(dá)15mm的松結(jié)灰。該沉積屬于物理聚積，與煙氣的速度、灰顆粒大小、灰濃度以及省煤器受熱面的結(jié)構(gòu)都有關(guān)系，特別是和煙氣速度以及省煤器受熱面的結(jié)構(gòu)有關(guān)。據(jù)有關(guān)資料顯示，當(dāng)煙氣速度大于8～10m/s時(shí)，管子背風(fēng)面有少量的積灰，迎風(fēng)面基本沒有積灰，當(dāng)煙氣速度小于2.5～3m/s時(shí)，管子前后都會(huì)有大量積灰，而背風(fēng)面基本沒有氣流擾動(dòng)，只有旋流區(qū)，積灰會(huì)更多。同時(shí)，鋼管式省煤器是由許多蛇形管并列構(gòu)成，煙氣中的顆粒經(jīng)省煤器換熱后易結(jié)塊，堵塞了蛇形管間隙，造成煙道堵塞，引風(fēng)機(jī)會(huì)受損，或爐墻損壞。

3 原因分析

3.1 鍋爐長(zhǎng)期間斷、低負(fù)荷運(yùn)行，蒸汽對(duì)省煤器的冷卻能力降低，查看鍋爐的運(yùn)行記錄后發(fā)現(xiàn)大多時(shí)間鍋爐的負(fù)荷僅為額定負(fù)荷的55%～65%。

3.2 鍋爐頻繁的啟停，且工作人員在進(jìn)行操作時(shí)沒有在鍋爐升爐時(shí)對(duì)省煤器進(jìn)行排空保護(hù)，因?yàn)殄仩t升爐時(shí)負(fù)荷極低，假如不開排空閥，就會(huì)使得省煤器中的蒸汽量處于一個(gè)停滯的狀態(tài)，此時(shí)省煤器內(nèi)的水處于不流動(dòng)的狀態(tài),隨著鍋爐燃燒的加強(qiáng),煙氣溫度的提高,省煤器內(nèi)的水容易產(chǎn)生汽化,使省煤器的局部處于超溫狀態(tài)。這樣就造成省煤器管子干燒后材料金相組織改變，大大降低其抗拉強(qiáng)度。

3.3 如果爐膛內(nèi)煙氣短路或因燃燒不當(dāng)至使排煙溫度過高，省煤器內(nèi)介質(zhì)只能為水，因排煙溫度過高導(dǎo)致省煤器內(nèi)水蒸汽產(chǎn)生蒸汽，形成氣堵，鍋爐水進(jìn)不去，省煤器壓力升高；水垢也是一個(gè)重要原因，省煤器內(nèi)如果水垢過多也會(huì)引起堵塞，省煤器內(nèi)水蒸發(fā)，省煤器因得不到水的冷卻而燒壞，鍋爐還容易引起缺水事故。

3.4 管子有積灰，會(huì)使污染系數(shù)增大，這樣總傳熱熱阻會(huì)增大，熱有效系數(shù)顯著低于正常值，傳熱變差，會(huì)降低流管束區(qū)的吸熱量，溫降不到300℃，這就導(dǎo)致省煤器入口煙溫度接近500℃了，省煤器吸熱過多，就更容易產(chǎn)生工質(zhì)汽化。

4 解決措施

4.1 鍋爐運(yùn)行時(shí)，要在盡可能短時(shí)間里提高鍋爐出力接近滿負(fù)荷，加強(qiáng)煙氣流速，能夠快速的將省煤器管束上的積灰?guī)ё摺，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)，也要采取各種措施如打開煙道爐門，在除塵器前漏入冷風(fēng)，降低煙氣溫度，增大煙速等措施，將鍋爐運(yùn)行的負(fù)荷拉到額定負(fù)荷的80%以上；如果能預(yù)見鍋爐在今后運(yùn)行不能滿負(fù)荷工作，應(yīng)及時(shí)采取措施，重新訂購(gòu)適當(dāng)容量的鍋爐來保證省煤器安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

4.2 為避免出現(xiàn)省煤器內(nèi)水產(chǎn)生汽化，使其局部處于超溫狀態(tài)，從汽包的集中下水管再接一管道到省煤器的入口,作為再循環(huán)管道,使省煤器內(nèi)的水處于流動(dòng)狀態(tài)，避免其汽化。

4.3 要盡量采用連續(xù)上水裝置，若無此裝置，也要盡量增加上水和排污的次數(shù)，定期對(duì)鍋爐進(jìn)行清灰和除垢，對(duì)于大型鍋爐還可以設(shè)置吹灰裝置，運(yùn)行時(shí)定期進(jìn)行吹灰，防止過多的灰塵沉積而降低流管束區(qū)的吸熱量，也能保證鍋爐煙氣運(yùn)行暢通，同時(shí)也要定期對(duì)省煤器管道里的水垢進(jìn)行清理，保持省煤器內(nèi)水循環(huán)流動(dòng)。

4.4 為了避免鍋爐間斷運(yùn)行而重新啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)汽化或管壁燒壞的意外情況，該單位加裝了一套強(qiáng)制再循環(huán)裝置，再循環(huán)管不是從汽包引出，而是直接連接到下部聯(lián)箱，減少了再循環(huán)管中的流動(dòng)阻力。

5 小結(jié)

采取以上改善措施后，該單位鍋爐再次啟動(dòng)運(yùn)行半年后沒有發(fā)現(xiàn)省煤器出現(xiàn)任何異常，運(yùn)行良好，說明以上措施能夠解決鍋爐間斷運(yùn)行給省煤器帶來的影響。

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