燃?xì)忮仩t省煤器爆管處理探討

張春田

1.事故概況

鶴崗某公司購(gòu)買的一臺(tái)燃燒高爐煤氣的鍋爐,鍋爐型號(hào)為XX-20/3.82-Q,鍋爐參數(shù):額定蒸發(fā)量20t/h,過熱蒸汽溫度450℃,過熱蒸汽壓力3.82MPa。鍋爐于1997年下半年開始安裝,1998年2月份開始點(diǎn)火試運(yùn)行。經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后,發(fā)現(xiàn)省煤器第二流程管子漲粗,原先∮28mm的管子已經(jīng)漲粗到∮32～36mm不等。最上部正中間有3根管子已爆管。破口呈核桃形,破口附近管壁有明顯減薄現(xiàn)象。

2. 鍋爐基本情況

這臺(tái)鍋爐的高爐煤氣一 低熱值氣體燃料,低位發(fā)熱量為3553J/m3。為了防止?fàn)t頂泄露爐煙,采用全膜式壁結(jié)構(gòu)。

高爐煤氣燃燒的火焰為不發(fā)光焰,又是低熱值,理論燃燒溫度低,爐膛吸熱份額較少,與傳統(tǒng)的中壓燃煤鍋爐受熱面布置不同之處在于把省煤器布置在高溫?zé)煔舛?入口煙溫為675℃,目的是為了增加爐膛吸熱份額,省煤器設(shè)計(jì)為沸騰式省煤器,設(shè)計(jì)沸騰率為18%。

3.省煤器爆管的原因分析

這臺(tái)鍋爐的省煤器具體布置于由膜式爐膛后墻上部收縮到爐膛中間位置而分成前后兩個(gè)煙道的后煙道中,近似正方形的爐膛一分為二,后煙道變成近似呈1:2的長(zhǎng)方形截面,后側(cè)長(zhǎng)方形作為省煤器管束引入,引出集箱安裝的位置。在長(zhǎng)邊全側(cè)面布置省煤器,又要保證一定的流動(dòng)速度,如果采用一次全部上升可能達(dá)不到設(shè)計(jì)最小流速,制造廠采用清華大學(xué)出版的《鍋爐原理及計(jì)算》一書中省煤器三流程的布置方案。但在具體設(shè)計(jì)中,簡(jiǎn)化為在上下兩集箱中設(shè)置隔板,使三級(jí)受熱面實(shí)踐內(nèi)串聯(lián)流程,出現(xiàn)了第二流程中省煤器管內(nèi)工質(zhì)向下流動(dòng)。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),這臺(tái)鍋爐在試運(yùn)行中就發(fā)生爆管事故,原因有以下三個(gè)方面。

(1)省煤器在設(shè)計(jì)時(shí)存在較大的問題

這臺(tái)鍋爐爐膛內(nèi)吸熱量份額較小,為增加爐膛吸熱量,采用在爐膛出口上,部分煙道布置省煤器,但有二點(diǎn)制造廠沒有充分考慮到,即省煤器入口煙溫高達(dá)675℃,比一般中壓鍋爐省煤器入口煙溫高出200℃左右;另一方面采用這種三流程布置,第二流程為向下流動(dòng),要保證省煤器正常可靠運(yùn)行,達(dá)到設(shè)計(jì)的沸騰率,一定要保證一定的流速,否則,很有可能出現(xiàn)汽化沸騰,氣泡結(jié)聚而形成氣塞,在高溫?zé)煔獾淖饔孟?管壁溫度很快地超過允許使用溫度,管子會(huì)因過熱而漲粗,強(qiáng)度降低,在內(nèi)壓力的作用下,在受熱最強(qiáng)的部位爆破。

(2)制造時(shí)隔板安裝工藝不當(dāng)

制造廠在集箱內(nèi)隔板安裝時(shí),沒有采用封焊的方法,只是在隔板放入集箱后,在集箱設(shè)定位置四周打幾個(gè)孔,用螺栓頂住已放入在內(nèi)的隔板,這種制造工藝造成內(nèi)泄露量是較大的,約達(dá)30%左右,造成第一、二流程短路,第二流程缺水。在高溫?zé)煔獾淖饔孟?第二流程管子內(nèi)工質(zhì)汽化,然后出現(xiàn)汽塞現(xiàn)象,直至發(fā)生過熱、漲粗、爆管事故。可見隔板安裝工藝不當(dāng)是引發(fā)事故的主要原因之一。

(3)省煤器再循環(huán)高度偏低

在點(diǎn)火升壓時(shí),省煤器的保護(hù)是通過打開再循環(huán)管,使省煤器管內(nèi)的工質(zhì)與再循環(huán)管之間形成一個(gè)自然循環(huán)回路。如果循環(huán)管高度偏低,循環(huán)流量就小,流速也低。這臺(tái)鍋爐省煤器布置在爐膛煙氣出口的后煙道中,比一般中壓鍋爐的省煤器布置位置高出2Mduo,即點(diǎn)火時(shí)循環(huán)壓頭比一般中壓鍋爐低0.02MPa,相應(yīng)的流速也低。因此,在點(diǎn)火升壓時(shí),即使不考慮其他因素的影響,也極可能在第二流程中汽化,出現(xiàn)汽塞現(xiàn)象,使管壁過熱、漲粗,甚至發(fā)生爆管事故。

4.處理方法

處理方法原則上取消工質(zhì)向下流動(dòng)情況,以防止工況變化或在點(diǎn)火升壓時(shí),在向下流動(dòng)中出現(xiàn)工質(zhì)汽化現(xiàn)象?，F(xiàn)把省煤器設(shè)計(jì)成上下兩級(jí),中間再加一集箱。下級(jí)省煤器設(shè)計(jì)采用40根水管,每根先水平繞四次再上升。上級(jí)省煤器為20根進(jìn)水管,每根先水平繞四次再上升。這種設(shè)計(jì)消除了受熱面管子內(nèi)工質(zhì)向下流動(dòng),使下級(jí)工質(zhì)流速降低(原設(shè)計(jì)每流程均為22根管子)。一方面可以減小阻力,另一方面下級(jí)設(shè)計(jì)成非沸騰式。經(jīng)計(jì)算下級(jí)省煤器的平均流速為0.49m/s,大于推薦的流速0.3m/s,阻力為0.19MPa。上級(jí)為沸騰式省煤器,沸騰點(diǎn)均在上級(jí)的中間,在飽和溫度下40℃水速度達(dá)到1.085m/s,大于推薦值1m/s,阻力為0.36MPa,沸騰點(diǎn)后平均汽水流速達(dá)到8.12m/s,阻力為0.14MPa,現(xiàn)省煤器設(shè)計(jì)水流速都超過熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)推薦值。包括省煤器出口集箱至鍋筒連接管內(nèi)的總阻力0.21MPa,比常規(guī)省煤器設(shè)計(jì)總阻力值0.392MPa還要小。

省煤器采用錯(cuò)排,提高了熱效率,減少了受熱面,熱力計(jì)算的排煙溫度從215℃降低到200℃,保持了與原鍋爐設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的性能。 經(jīng)重新改造后,省煤器運(yùn)行狀況良好,達(dá)到新設(shè)計(jì)的要求。

(編輯/李舶)