鍋爐受熱面管水塞問題的分析研究

康科偉

摘 要：鍋爐受熱面爆管對電廠安全性和經(jīng)濟性有著重大的影響，水塞是受熱面超溫爆管的一個重要原因。本文對水塞現(xiàn)象進行了分析研究，同時對電廠實際水塞問題進行了分析并提出了解決措施。

關(guān)鍵詞：水塞；爆管；鍋爐啟動；低負荷；減溫水

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.035

1 前言

鍋爐受熱面管由于其工作條件比較惡劣，受汽水品質(zhì)、工況、安裝工藝、煙氣溫度等的影響，爆漏事故較多，嚴重影響了機組的經(jīng)濟安全運行，如何防止鍋爐受熱面爆管已成為提高電廠安全性和經(jīng)濟性的關(guān)鍵。經(jīng)過對爆管現(xiàn)象進行分析，發(fā)現(xiàn)水塞對于爆管有著很大的影響。因各種原因造成受熱面管內(nèi)積水，形成水封，阻礙受熱面管內(nèi)蒸汽流通的現(xiàn)象叫做水塞。水塞主要集中在受熱面U型管路內(nèi)，水塞多發(fā)生在鍋爐點火啟動的初始階段。管路由于發(fā)生水塞，阻礙管內(nèi)蒸汽流通，煙氣溫度較高時，受熱面得不到足夠的冷卻，處于干燒狀態(tài)，就會造成受熱面壁溫超過其材料極限溫度而發(fā)生爆管。

2 水塞現(xiàn)象的研究

鍋爐點火初期，部分蒸汽進入過熱器管束后冷凝[2]；鍋爐停爐時，受熱面管內(nèi)因殘存的蒸汽冷凝形成凝結(jié)水積存在管內(nèi)[3]；當鍋爐大修后都進行水壓試驗，如果發(fā)生爆管，修完后也要進行水壓試驗。水壓試驗后立式受熱面內(nèi)的水未完全放出[4-6]；鍋爐點火啟動初期，負荷較低時，減溫水量過大；減溫器噴水孔故障；減溫水霧化不良等[1，7]。停爐前爐內(nèi)受熱面積灰或結(jié)焦嚴重，造成該區(qū)域受熱面吸熱下降，蒸發(fā)量下降也會引起局部水塞。這些都是造成水塞現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，下面就具體分析水塞形成的機理和特征。

2.1 水塞的形成機理[1， 8]

水塞現(xiàn)象形成的原理可以用式（1）表示，示意圖見圖2。

受熱面進、出口聯(lián)箱內(nèi)的壓差Δp為：

Δp隨著蒸汽流量的增加而增大，直至大于水塞靜壓（pj）時，水塞才會被排除，見式（2）、（3）：

鍋爐啟動或者低負荷運行時，此時蒸汽在管內(nèi)流速很低，受熱面進出口聯(lián)箱壓差很小，僅以此壓差無法排除管內(nèi)積水，因而會產(chǎn)生較長時間的水塞。

2.2 水塞的特征

（1）水塞的產(chǎn)生大多出現(xiàn)在鍋爐點火啟動、機組低負荷階段以及鍋爐水壓試驗后的啟動過程中，水塞產(chǎn)生的積水需經(jīng)過相當長的時間才會逐漸蒸發(fā)完，可以通過受熱面的壁溫進行判斷[1，9]；

（2）受熱面出口溫度接近或低于同壓力下的飽和蒸汽溫度；

（3）大部分的壁溫測點均安裝在爐頂或者大罩內(nèi)，水塞形成后金屬壁溫初期測量的數(shù)據(jù)不具代表性，水塞被排除的瞬間，蒸汽帶水現(xiàn)象使得受熱面管壁金屬溫度瞬時下降，又很快上升，幾分鐘后恢復正常；

（4）未充分汽化的減溫水會流入較近管束內(nèi)，在此易形成水塞，且爆管的破口形狀、顏色及其金屬組織具有短期大幅度超溫特征。

3 電廠鍋爐水塞案例及解決措施

鍋爐在高負荷工況下一般不會產(chǎn)生水塞現(xiàn)象，本文選取超臨界鍋爐水壓試驗后工況進行案例分析。

鍋爐水壓試驗后，由于金屬壁溫不高，立式受熱面內(nèi)水無法自然烘干蒸發(fā)，且無底部疏水門，導致該工況下，U型管內(nèi)留有大量積水，屬于典型大面積水塞現(xiàn)象。另因受熱面位置布置關(guān)系，金屬壁溫測點基本集中于爐頂大罩內(nèi)，水塞部分受熱面升爐初期無蒸汽流動，受熱面溫度監(jiān)視僅靠熱傳導，難以直觀監(jiān)視該受熱面實際溫度水平。

針對以上大面積水塞現(xiàn)象，在鍋爐啟動過程中，可采取以下措施：

A.可利用回熱系統(tǒng)或建立爐水循環(huán)提高鍋爐上水溫度，對鍋爐進行預暖，減少汽水冷凝。

B.點火初期以最小穩(wěn)燃燃料量緩慢升爐，通過集中配風方式，合理控制兩側(cè)煙氣均勻性且嚴格控制煙氣溫度，亦可利用油槍穩(wěn)燃，提高點火初期燃料燃盡率。

C.利用待鍋爐一次系統(tǒng)起壓后，關(guān)閉放空氣門，逐漸開大高低壓旁路，結(jié)合凝汽器真空對系統(tǒng)水塞處進行抽吸。

D.汽水系統(tǒng)起壓后適度增加燃料量，待鍋爐汽壓抵消水塞處差壓時（如圖2所示），即可逐漸消除水塞現(xiàn)象。

E.增加汽水系統(tǒng)擾動，利用快開快關(guān)高低壓旁路進行沖管。

F.升爐初期嚴格控制減溫水，禁止減溫水的使用，并要求關(guān)嚴減溫水系統(tǒng)相關(guān)閥門。

G.停爐后利用鍋爐余壓余熱通過及時開啟疏放爐水，對鍋爐進行烘干（水壓試驗后不適用）。

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