貫流式鍋爐運行特點及檢驗方法研究

江 華 周智龍 程 林

（1.撫州市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗中心 撫州 344000）

（2.景德鎮(zhèn)市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗中心 景德鎮(zhèn) 333000）

鍋爐作為一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備,一般適用于火電站、船舶、機車和工礦企業(yè)[1]。伴隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展,工業(yè)鍋爐制造取得了長足進(jìn)步。燃?xì)忮仩t與傳統(tǒng)燃煤鍋爐相比較,燃?xì)忮仩t更環(huán)保清潔,操作智能化程度更高,SO2、NOx、碳化合物等排放物較少,隨著煙氣再循環(huán)等低氮燃燒技術(shù)的發(fā)展,清潔環(huán)保的燃?xì)忮仩t受到了企業(yè)的歡迎。同時周圍燃?xì)鈨r格成本較燃煤鍋爐成本高出2倍以上。很多企業(yè)將燃?xì)忮仩t作為備用鍋爐使用。

1 貫流式鍋爐的特點

燃?xì)忮仩t結(jié)構(gòu)比較單一,中小參數(shù)鍋爐一般以內(nèi)燃鍋爐為主,直到貫流式鍋爐的出現(xiàn)。貫流式鍋爐是一種小容量、低循環(huán)倍率的外燃式燃?xì)忮仩t,一般為立式布置。其典型結(jié)構(gòu)為：上下2個環(huán)形集箱,通過中間的直水管連接,環(huán)形集箱以及直水管在爐體中間形成一個容腔,該容腔就是燃燒器火焰燃燒的位置。下集箱為水介質(zhì),通過加熱直水管中的水介質(zhì)產(chǎn)生蒸汽匯集于上集箱。

貫流式鍋爐的結(jié)構(gòu)特點決定了它的優(yōu)勢和缺點。貫流式鍋爐因結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、點火升壓快（有的3～5 min即上滿壓）、使用方便等優(yōu)點,特別適合小型賓館、招待所洗澡、蒸飯等用途[2]。貫流式鍋爐的缺點：1）貫流式鍋爐反應(yīng)速度快,其控制系統(tǒng)精度要求高,控制系統(tǒng)拉高了整體造價；2）貫流式鍋爐單機運行時優(yōu)勢并不明顯,一般要配置2臺以上；3）因循環(huán)倍率低,內(nèi)外圈直水管熱力場不均衡,存在傳熱惡化,對水質(zhì)要求也很高,鍋爐一旦發(fā)生損壞,一般無法進(jìn)行修理。

2 貫流式鍋爐內(nèi)外部檢驗的難點

綜合上述特點,為保證貫流式鍋爐安全、高效的運行,應(yīng)加強日常的維護(hù)保養(yǎng)以及定期的檢驗檢測。但是,由于貫流式鍋爐控制系統(tǒng)復(fù)雜以及結(jié)構(gòu)緊湊,在外部檢驗中,極易引起控制及安全裝置聯(lián)動造成鍋爐損傷；在內(nèi)部檢驗中,檢驗人員無法進(jìn)入內(nèi)部甚至檢驗用設(shè)備儀器也無法進(jìn)入,致使漏檢等現(xiàn)象。針對這一現(xiàn)象,研究貫流式鍋爐內(nèi)外部檢驗方法,對鍋爐運行狀態(tài)和早期故障研判以及為維護(hù)保養(yǎng)提供方向起著非常重要的作用。

貫流式鍋爐的檢驗難點主要在于：在外部檢驗過程中,由于貫流式鍋爐蓄能能力小,運行參數(shù)隨負(fù)荷變化而變化,加之其控制系統(tǒng)精度高、反應(yīng)靈敏,在進(jìn)行安全閥起跳、水位表清洗等模擬試驗時,極易造成控制系統(tǒng)誤判,特別是2臺以上并機運行時,也會引起相鄰鍋爐聯(lián)動,嚴(yán)重時會造成事故。在內(nèi)部檢驗中,貫流式鍋爐由于結(jié)構(gòu)緊湊,只在上下集箱各留有1個檢查孔,爐膛部分只能通過拆除燃燒器,對其檢驗也只限于肉眼觀察,由于孔洞過于狹小,也很難通過儀器進(jìn)行檢測。

針對上述特點,在日常的維護(hù)和定期檢驗過程中,應(yīng)綜合各方面因素,制定相應(yīng)的方案。這樣既能完成檢驗,發(fā)現(xiàn)問題,又能避免因檢驗不當(dāng)造成鍋爐損傷甚至引發(fā)事故。

3 貫流式鍋爐外部檢驗方法的研究

對鍋爐定期檢驗而言,外部檢驗的風(fēng)險高于內(nèi)部檢驗,具備一定的過程風(fēng)險。目前燃?xì)忮仩t的控制系統(tǒng)大多采用電子、DCS程控系統(tǒng)。而貫流式鍋爐要求高精度及高效率,大多采用DCS系統(tǒng)或基于PLC、DCS系統(tǒng)的FCS聯(lián)控系統(tǒng),并機運行時,各鍋爐通過并聯(lián)線與系統(tǒng)相連。在外部檢驗時,應(yīng)拔出并聯(lián)線,使被檢鍋爐脫離控制系統(tǒng),由并機運行轉(zhuǎn)為單機運行,單臺鍋爐自帶一套控制系統(tǒng),檢驗時需密切觀察鍋爐參數(shù)變化。本著先汽水側(cè)后煙風(fēng)側(cè)的原則,先對汽水系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的檢驗操作。首先在穩(wěn)定負(fù)荷的前提下,進(jìn)行安全閥的手動試驗,在試驗的過程中,應(yīng)盡量短促,此時壓力下降的同時,水位也會發(fā)生變化,密切注意水位及壓力變化。水位或壓力的波動一旦超過設(shè)定值可能會引起燃燒器大小火轉(zhuǎn)換以及高低水位聯(lián)鎖。因此,壓力和水位的變化應(yīng)在設(shè)定值范圍之內(nèi),同時應(yīng)觀察相鄰鍋爐參數(shù)變化,確保受檢鍋爐脫離主控制系統(tǒng)。

而對于壓力表和水位表的檢驗,2019年2月發(fā)布的《市場監(jiān)管總局辦公廳關(guān)于貫流式鍋爐相關(guān)技術(shù)問題的意見》中規(guī)定,針對壓力表安裝在蒸汽空間容易損壞的實際情況,允許將壓力表安裝在水側(cè)。但在鍋爐使用說明書中應(yīng)明確對壓力表連通管路的沖洗要求,確保其暢通[3]。在實際檢驗中如說明書有關(guān)于壓力表連管的沖洗方法,應(yīng)嚴(yán)格按說明書操作。但筆者認(rèn)為,總的原則應(yīng)不同于傳統(tǒng)的沖洗,壓力表安裝在水側(cè),主要是因為蒸汽空間壓力變化過于頻繁,利用水的阻隔緩沖,防止表針劇烈跳動。沖洗過程中應(yīng)控制三通旋塞開度及時間,防止引起震動。

TSG 11—2020《鍋爐安全技術(shù)規(guī)程》中5.3.1.1條規(guī)定,對于有可靠壁溫聯(lián)鎖保護(hù)裝置的貫流式工業(yè)鍋爐允許采用1個直讀式水位表[4]。沖洗閥門可裝設(shè)在水位表和水位控制筒之間,允許采用1個給水泵,鍋爐可在高于最高安全水位狀態(tài)下啟動[3]。在傳統(tǒng)鍋爐中,水位表的沖洗閥門裝設(shè)在水位表的下方,水位示控裝置裝設(shè)在水位表與鍋筒（殼）之間。這種設(shè)置的目的是在沖洗水位表的過程中,利用水（汽）的沖擊力對水位表內(nèi)表面進(jìn)行清洗。大多數(shù)情況下,水位表和水位示控裝置下方各有1個沖洗閥門。在依次沖洗的過程中,水位表的顯示和水位示控裝置的反應(yīng)并不同步,這在傳統(tǒng)的鍋殼式鍋爐或水管鍋爐中影響并不明顯,但對于貫流式鍋爐,這種微小的差異或許會產(chǎn)生嚴(yán)重后果,因此將沖洗閥門裝設(shè)在水位表和水位控制筒之間,其目的也是盡量清除這種差異,保持同步。同時,由于貫流式鍋爐存水量小、蓄能能力弱,為保證貫流式鍋爐在點火成功后不致因水位急劇下降而出現(xiàn)受熱面干燒的情況,而程控器及各控制單元還處于自適應(yīng)過程,導(dǎo)致產(chǎn)生不安全因素。因此,在高于最高安全水位狀態(tài)下啟動是相對安全的。

在貫流式鍋爐外部檢驗清洗水位表的操作過程中,清洗水位表也應(yīng)盡量在高水位狀態(tài)下進(jìn)行。清洗手法也應(yīng)和傳統(tǒng)方法有所不同。汽水連管應(yīng)分開進(jìn)行,過程盡量短促,這樣做的目的在于,貫流式鍋爐對水質(zhì)要求異常嚴(yán)格,并且水位波動很大,出現(xiàn)假水位的概率很低。水位表清洗的作用主要是驗證汽水連管的連通性,同時高水位、短促的排放也是為了避免水位低于設(shè)定值下限后燃燒程控器保護(hù)并故障鎖定。最后是貫流式鍋爐的排污試驗,在排污試驗過程中,應(yīng)密切關(guān)注水位,排污時短促、少量,只要驗證排污管（閥）的連通性即可。小型貫流式鍋爐,由于水容積很小,蒸發(fā)速率很高,所以必須定期對鍋水進(jìn)行全排放處理[5]。

在上述貫流式鍋爐的外檢項目中,幾乎每個項目均有可能觸發(fā)燃燒程控器保護(hù)及故障鎖定裝置。如果檢驗過程中出現(xiàn)這種情況,應(yīng)通知司爐人員進(jìn)行故障復(fù)位及二次點火,若二次點火失敗,則必須由燃燒器調(diào)試人員進(jìn)行故障排除后再進(jìn)行啟動。

綜上所述,在貫流式鍋爐的外部檢驗過程中,具有一定的危險性,特別是因檢驗引起的意外熄火。這就要求檢驗人員對鍋爐的運行特點、控制系統(tǒng)、燃燒器等有一定的了解。只有了解這些特點,才能保證檢驗過程控制及意外有效處置。

4 貫流式鍋爐內(nèi)部檢驗方法的研究

貫流式鍋爐的汽水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,上下2個環(huán)形集箱,中間由兩圈直管相連,在整個結(jié)構(gòu)體系中,只有上下2個集箱外側(cè)各開有1個觀察孔。而煙風(fēng)系統(tǒng)則是火焰由上向下噴射,高溫?zé)煔庖话闶怯蔂t膛進(jìn)入內(nèi)外圈水管之間,然后從外圈水管后側(cè)排出,大部分爐膛人員無法進(jìn)入。貫流式鍋爐這些結(jié)構(gòu)特點,造成鍋爐的內(nèi)部檢驗極其困難。汽水側(cè)的檢驗大多數(shù)情況下只能借助內(nèi)窺鏡進(jìn)行觀察,而煙風(fēng)側(cè)要進(jìn)入爐膛內(nèi)部檢驗,只能通過拆除燃燒器才能觀察到爐膛。貫流式鍋爐的燃燒器為分體式燃燒器,集成度較低,各部件可能分散布置,因此一般司爐或工程人員不具備拆解的技術(shù)條件以及權(quán)限,必須由燃燒器調(diào)試或維保人員拆解。

在檢驗過程中,汽水側(cè)的結(jié)構(gòu)形式是對稱的,原則上通過內(nèi)窺鏡觀察內(nèi)部水垢情況及表面宏觀也能夠滿足檢驗要求。而煙風(fēng)側(cè)由于采用上進(jìn)上側(cè)出,其溫度場是不均衡的,管板接頭及管子的檢驗,必須進(jìn)入爐膛內(nèi)進(jìn)行觀察,以及運用設(shè)備儀器進(jìn)行檢測。因此,貫流式鍋爐的內(nèi)部檢驗應(yīng)解決看得到、進(jìn)得去的問題,建議鍋爐生產(chǎn)廠家及燃燒器生產(chǎn)廠家設(shè)計出能進(jìn)入貫流式鍋爐爐膛內(nèi)更加安全便攜的方法。

5 結(jié)束語

貫流式鍋爐定期的內(nèi)外部檢驗關(guān)系其運行的安全與穩(wěn)定,只有充分了解貫流式鍋爐的結(jié)構(gòu)原理和運行特點,制定切實科學(xué)有效的檢驗方案,才能更好地在檢驗中發(fā)現(xiàn)問題以及防范貫流式鍋爐內(nèi)外部檢驗的風(fēng)險,杜絕其在檢驗過程中事故的發(fā)生。同時,根據(jù)現(xiàn)代鍋爐小型化、大型化兩極發(fā)展的趨勢,檢驗部門應(yīng)積極探索開展非接觸式檢驗新方法,以滿足現(xiàn)代設(shè)備檢驗的要求。