楊群峰,胡冠群,王 振
(山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院濟(jì)寧分院,山東濟(jì)寧 272000)
一臺(tái)新型高效煤粉鍋爐使用不到1 年時(shí)間,過(guò)熱器、省煤器頻繁爆管,過(guò)熱器共封堵了5 根,省煤器封堵了12 根,爐膛內(nèi)煙氣與低溫省煤器出口處壓差由最初的2000 Pa 升到3500 Pa,尾部煙道風(fēng)阻明顯增大。
該鍋爐型號(hào)為DHS20-1.6/250-AII,屬于新型高效煤粉鍋爐,燃燒器布置在爐頂,下部爐膛煙氣出口處,折轉(zhuǎn)向上的區(qū)域布置有過(guò)熱器,沒(méi)有設(shè)計(jì)空氣預(yù)熱器,煙氣經(jīng)過(guò)低溫省煤器后,經(jīng)煙道進(jìn)入脫硫塔,最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送入煙囪。
(1)鍋爐運(yùn)行中水位波動(dòng)較大,過(guò)熱器入口集箱存在疏水較多的現(xiàn)象。
(2)鍋爐開始運(yùn)行后,未投用除氧器,給水溫度為水箱水溫(15~20 ℃);運(yùn)行8 個(gè)月后投用除氧設(shè)備,投用后,出水溫度(進(jìn)省煤器水溫)70~90 ℃。
(3)鍋爐燃燒嚴(yán)重正壓,爐頂燃燒器附近澆注料損壞頻繁。
(4)給水、鍋水經(jīng)分析符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
(5)損壞的過(guò)熱器管內(nèi)有積垢現(xiàn)象,損壞的低溫省煤器管外壁積灰、腐蝕嚴(yán)重(圖1)。
圖1 低溫省煤器管外壁積灰、腐蝕嚴(yán)重
該鍋爐過(guò)熱器處在爐膛出口冷渣管后,運(yùn)行時(shí)過(guò)熱器煙氣溫度700~750 ℃,過(guò)熱蒸汽出口溫度230 ℃左右,材料為15Cr-Mo。損壞的過(guò)熱器管內(nèi)有積垢現(xiàn)象,積垢不僅導(dǎo)致熱阻增大,也使管內(nèi)蒸汽流量減少,冷卻變差,使傳熱惡化,容易引起過(guò)熱器爆管;嚴(yán)重時(shí)造成管內(nèi)堵塞,過(guò)熱器管干燒爆管。
由于過(guò)熱器入口集箱運(yùn)行中疏水較多,因此懷疑鍋筒內(nèi)汽水分離裝置出現(xiàn)問(wèn)題,導(dǎo)致蒸汽帶水較多,使過(guò)熱器介質(zhì)側(cè)結(jié)垢,影響傳熱,造成過(guò)熱器過(guò)熱爆管。
停爐后,對(duì)鍋內(nèi)裝置進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)鍋內(nèi)裝置設(shè)置不合理,其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。
圖2 鍋內(nèi)裝置設(shè)置
鍋爐汽水引入管全部布置在一側(cè),同時(shí)用汽水擋板進(jìn)行了遮擋,蒸汽從鍋筒引出前有一級(jí)百葉窗(波形板)分離器,屬于套用電站鍋爐帶旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)??紤]到工業(yè)鍋爐僅有簡(jiǎn)單的一級(jí)過(guò)熱器,且溫度要求較低,未按照安裝汽水旋風(fēng)分離器的要求進(jìn)行全部布置,僅保留下部的汽水擋板,導(dǎo)致蒸汽帶水較多,僅經(jīng)過(guò)一級(jí)分離裝置不能將蒸汽帶水控制在合理范圍內(nèi)。
過(guò)熱器結(jié)垢的原因是蒸汽中攜帶雜質(zhì),蒸汽中的雜質(zhì)主要是溶解攜帶和機(jī)械攜帶造成的。在低壓鍋爐當(dāng)中,蒸汽溶解鹽的能力較低,一般可以忽略,主要是機(jī)械攜帶,也就是常說(shuō)的蒸汽帶水。蒸汽中攜帶的水滴在過(guò)熱器中被加熱變成過(guò)熱蒸汽,水滴中的雜質(zhì)析出,沉積在管壁內(nèi)側(cè),形成垢層。
蒸汽的帶水量與蒸汽空間水滴的大小和數(shù)量,汽水分離器的效率有關(guān)。該鍋爐汽空間的小水滴主要有2 個(gè)來(lái)源:①由上升管來(lái)的汽水混合物具有很大的動(dòng)能,由于該鍋爐汽水擋板的設(shè)計(jì),使得汽水混合物撞擊、折轉(zhuǎn)后沖向汽空間,從汽空間回落的水流、大水滴與蒸發(fā)面、鍋筒壁、擋板相碰撞或汽流相互沖擊時(shí),水流、大水滴被打碎。汽水混合物的動(dòng)能越大,被打碎水滴的直徑就越小。該鍋爐采用8 根直徑159 mm 的上升管,按自然循環(huán)倍率40 計(jì)算,其上升管出口流速5.8 m/s。在沒(méi)有擋板的情況下,按與水平夾角向上30°角度計(jì)算,可以向上沖高到0.4 m 的高度,即使在有擋板的情況下,汽水混合物仍然會(huì)大量沖向汽空間;②汽泡在蒸發(fā)面破裂時(shí)形成的水滴,當(dāng)汽泡從水室上浮到蒸發(fā)表面時(shí),汽泡的上半部分突出于汽空間,水膜減薄以至于破裂,破裂的水膜形成一些細(xì)小的水滴。
綜上所述,過(guò)熱器爆管的直接原因是蒸汽帶水,造成過(guò)熱器管結(jié)垢過(guò)熱。而根源在于汽水分離裝置設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單,不能滿足要求,蒸汽帶水較多。
由于鍋爐在開始使用時(shí)未投用除氧器,導(dǎo)致給水溫度過(guò)低,約為20 ℃。由于鋼管省煤器導(dǎo)熱系數(shù)高,其表面壁溫與給水溫差較小,根據(jù)傳熱計(jì)算在低溫?zé)煔鈪^(qū),鋼管的表面壁溫與管內(nèi)水溫≤10 ℃。這使鋼管表面溫度大大低于煙氣的結(jié)露溫度,造成低溫省煤器表面凝結(jié)酸液。一方面導(dǎo)致低溫腐蝕,使低溫省煤器管出現(xiàn)腐蝕減薄,導(dǎo)致泄漏;另一方面使煙灰粘結(jié),堵塞煙道,導(dǎo)致煙氣流動(dòng)阻力增大,出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)抽不動(dòng)的現(xiàn)象,也造成爐膛出現(xiàn)正壓,爐頂燃燒器附近澆注料損壞頻繁。
為了減少蒸汽帶水量,也為了使加裝工作簡(jiǎn)單有效,增加水下孔板作為一次汽水分離裝置,見圖3。通過(guò)在孔板下面形成蒸汽墊層,均勻蒸發(fā)面負(fù)荷,降低汽水混合物動(dòng)能,避免汽水混合物直沖蒸汽空間。汽水孔板均固定在已經(jīng)和筒體焊接牢固的汽水擋板和其肋板上,避免和筒體進(jìn)行焊接,采用4000 mm×450 mm×6 mm 的鋼板,小孔直徑10 mm。根據(jù)計(jì)算,滿足形成蒸汽墊層的最低穿孔速度為2 m/s,推薦速度一般為4.5 m/s,考慮到加裝的孔板位于水位線附近,為避免汽水混合物對(duì)孔板沖擊過(guò)大,選取4000 個(gè)小孔,計(jì)算得到穿孔速度為2.3 m/s,滿足其形成蒸汽墊層的最低要求。為了形成蒸汽墊層和避免水位表波動(dòng)過(guò)大,孔板一側(cè)緊貼鍋筒壁面,另一側(cè)在450 mm 處向下扳邊80 mm;兩側(cè)同樣采用≥80 mm 的擋板,使蒸汽墊層在孔板下面不能從四周溢出。
圖3 增加水下孔板
對(duì)封堵的5 根過(guò)熱器管進(jìn)行更換,以保證運(yùn)行時(shí)的過(guò)熱蒸汽出口溫度。由于低溫省煤器堵灰嚴(yán)重,且因?yàn)楦g泄漏已封堵了12 根,因此對(duì)低溫省煤器全部更換。省煤器更換后,嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求,控制除氧水箱溫度,避免低溫水直接進(jìn)入省煤器。
經(jīng)過(guò)上述處理后,鍋爐水位計(jì)水位波動(dòng)幅度明顯減小,過(guò)熱器入口集箱運(yùn)行中基本上沒(méi)有疏水排出,爐膛內(nèi)煙氣與低溫省煤器出口處壓差降低至2100 Pa,維修前鍋爐負(fù)荷只能到16 t/h,維修后可以輕松的到19 t/h,鍋爐運(yùn)行狀況明顯改善。