鍋爐傳熱及結(jié)焦的機(jī)理與預(yù)防措施研究

周文正 張現(xiàn)鵬 黃銀柳 劉濤

摘 ?要：鍋爐是化工行業(yè)生產(chǎn)中重要的動(dòng)力來(lái)源之一。其產(chǎn)品的不可替代性就要求在生產(chǎn)中，鍋爐必須保持穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。但鍋爐故障時(shí)有發(fā)生，需要采取必要的措施來(lái)減少故障發(fā)生的幾率。在這些故障中，金屬腐蝕、管子失效等現(xiàn)象尤為突出。由于熱力計(jì)算結(jié)果與實(shí)際不符，設(shè)計(jì)時(shí)選用系數(shù)不合理，爐膛、鍋爐外形選用不當(dāng)，過(guò)熱器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受熱面布置不合理，壁溫計(jì)算方法不完善，導(dǎo)致材質(zhì)選用不當(dāng)?shù)?，這些會(huì)使火側(cè)傳熱系統(tǒng)產(chǎn)生壁溫超高，管束爆管等故障現(xiàn)象。這些現(xiàn)象對(duì)鍋爐的安全生產(chǎn)造成了一定程度的隱患。

關(guān)鍵詞：傳熱;結(jié)焦;預(yù)防控制

在鍋爐安裝、檢修過(guò)程中，盡管每一步工作都有嚴(yán)密的規(guī)范要求，但實(shí)施起來(lái)往往很難做到萬(wàn)無(wú)一失。焊接質(zhì)量不好，聯(lián)箱中間隔板焊接不完全，聯(lián)箱管座焊縫有缺陷，異種鋼管的焊接，普通焊口的焊接質(zhì)量，管子彎頭橢圓度不達(dá)標(biāo)，彎管減薄，異物堵塞，管材質(zhì)量，錯(cuò)用鋼材及安裝質(zhì)量這些因素的影響，必將對(duì)管束的正常使用造成一定的影響，甚至還會(huì)引發(fā)爆管現(xiàn)象的發(fā)生。在對(duì)鍋爐水側(cè)系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析后，提出向鍋爐水中注入EWPT水處理劑。這種水處理劑有效減緩了水側(cè)系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢對(duì)鍋爐運(yùn)行產(chǎn)生的不良影響。同時(shí)還提高了蒸汽品質(zhì)，降低了鍋爐水排污，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，履行了我們的社會(huì)責(zé)任和環(huán)保責(zé)任。作為動(dòng)力使用的鍋爐，傳熱系統(tǒng)的故障是影響鍋爐安全、穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行的一個(gè)重要的困擾因素，所以所有管理者對(duì)傳熱系統(tǒng)的故障都給予了很高的重視。

1 鍋爐裝置現(xiàn)狀

在實(shí)際運(yùn)行中，鍋爐經(jīng)常出現(xiàn)水冷壁管束爆裂的現(xiàn)象，造成鍋爐的緊急停工，同時(shí)也影響了蒸汽用戶(hù)的連續(xù)生產(chǎn)運(yùn)行。在檢修過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)這些爆裂的管束存在兩種現(xiàn)象，一是管束內(nèi)部結(jié)垢比較嚴(yán)重;另一個(gè)是管束外部結(jié)垢也比較多。在實(shí)際運(yùn)行中，還經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題就是省煤器和空氣預(yù)熱器管束的泄漏。在檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)這些管束外壁結(jié)垢物比較多，甚至有時(shí)都堵塞了煙氣的正常流通。這些問(wèn)題的發(fā)生，對(duì)于屬于特種設(shè)備的鍋爐來(lái)說(shuō)，有時(shí)只是一小段管束的更新，動(dòng)輒需要十幾萬(wàn)的維修費(fèi)用，檢修費(fèi)用相對(duì)來(lái)講非常昂貴。面對(duì)這些問(wèn)題，急需解決措施，來(lái)緩解鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)，以達(dá)到減少故障，降低能耗，降低維修費(fèi)用，保證安全穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。

2 設(shè)計(jì)因素對(duì)鍋爐傳熱系統(tǒng)的影響

鍋爐燃燒過(guò)程中均存在煙氣溫度、速度、氣體成分、風(fēng)粉濃度、粉粒度、燃盡度、灰粒度和灰濃度在煙氣中的分布差異，稱(chēng)為煙側(cè)熱力偏差。這種煙側(cè)的熱偏差受兩種因素影響：一是鍋爐爐膛內(nèi)燃燒所涉及系統(tǒng)的燃燒過(guò)程;二是由于結(jié)構(gòu)上的影響，傳熱系統(tǒng)的吸熱均勻性不同，不同的部位吸熱量不同。不同燃燒方式有不同的爐內(nèi)過(guò)程特色，不同爐型結(jié)構(gòu)反映出不同吸熱特性，不同燃燒方式的煙側(cè)熱力偏差表現(xiàn)形式不一樣。如切圓旋轉(zhuǎn)燃燒，具有偏差的煙氣在旋轉(zhuǎn)上升過(guò)程中同時(shí)繞經(jīng)四周水冷壁時(shí)，其吸熱偏差較小;當(dāng)旋轉(zhuǎn)切圓偏離中央時(shí)，則吸熱偏差增大。若取用煙氣旋轉(zhuǎn)方向與螺旋水冷壁旋轉(zhuǎn)方向相反時(shí)，可更有效地減小吸熱和煙側(cè)偏差。又如平流上升燃燒，當(dāng)爐內(nèi)過(guò)程組織和燃燒控制合理時(shí)，各支火焰偏差小，總火焰熱力偏差和吸熱偏差可達(dá)預(yù)期目標(biāo);但當(dāng)負(fù)荷變化幅度較大而需停運(yùn)部分燃燒器時(shí)，因各燃燒單元互補(bǔ)性較差而使總火焰產(chǎn)生較大熱力偏差，有時(shí)甚至難以預(yù)料。

2.1 熱力計(jì)算結(jié)果的影響

熱力計(jì)算中，由于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)的缺乏，導(dǎo)致在計(jì)算爐膛傳熱計(jì)算時(shí)，所采用的傳熱系數(shù)并不能準(zhǔn)確的反應(yīng)出此臺(tái)鍋爐的實(shí)際傳熱效果。理論上的計(jì)算結(jié)果必將和實(shí)際的結(jié)果出現(xiàn)偏差。這樣就造成水冷壁、過(guò)熱器等受熱面的面積布置不能很好的滿(mǎn)足于傳熱的需求，造成介質(zhì)溫度偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)，或者造成受熱面的超溫。

2.2 爐膛、鍋爐外形選型上的影響

動(dòng)力鍋爐始建于上世紀(jì)七十年代末，在設(shè)計(jì)制造時(shí)，并沒(méi)有充分的理論和實(shí)際的相互結(jié)合的經(jīng)驗(yàn)。這對(duì)鍋爐的選型，鍋爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的安排都沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)可參考。這樣就使設(shè)計(jì)出的爐膛不能適應(yīng)漸次改變的運(yùn)行條件。鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)上的不合理，就會(huì)使水冷壁管束局部超溫，造成爆管。爐膛的高度也影響了水冷壁和過(guò)熱器管束內(nèi)蒸汽溫度，爐膛偏高，會(huì)使蒸汽溫度偏低。相反，爐膛高度偏低則又可能引起超溫。

2.3 過(guò)熱器結(jié)構(gòu)和受熱面布置的影響

鍋爐受熱面熱管布置形式大致有三種：垂直上升管、水平管和斜管。受熱面管束中的工質(zhì)有單相體，也有兩相體。如省煤器或下降管束中就只有流動(dòng)的水，在過(guò)熱器或再熱器中流動(dòng)的是蒸汽，流動(dòng)的都是單相體。而在蒸發(fā)器的受熱面管束內(nèi)，流動(dòng)的則是蒸汽與水的混合物，是兩相體。對(duì)于單相體，它的流動(dòng)形式主要分為層流和紊流兩種。在多種因素的影響下，汽水混合物在管束內(nèi)的流動(dòng)形式比較復(fù)雜。由于不同的流動(dòng)形式具有不同的動(dòng)力特性和傳熱特性，因而就需要對(duì)鍋爐傳熱系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)在管束內(nèi)的流動(dòng)形式進(jìn)行仔細(xì)的分析，而這種分析對(duì)管束的失效分析也有十分重要的意義。

2.4 壁溫計(jì)算方法不完善的影響

鍋爐過(guò)熱器是由許多并聯(lián)在進(jìn)口集箱和出口集箱上的熱管組成的，形成并聯(lián)管組。當(dāng)多管并聯(lián)工作時(shí)，各管的工作條件可能不同，如果并聯(lián)管組內(nèi)的水動(dòng)力學(xué)工況不佳，使其中一管工作不安全，則整個(gè)受熱面管組的工作可靠性就不能保證。并聯(lián)管組能可靠工作的重要保證為力求使各并聯(lián)管均在設(shè)計(jì)工作條件下工作。但這是不可能完成的任務(wù)，因?yàn)槊織l管束因?yàn)樽陨淼囊蛩匾约巴饨缫蛩氐挠绊懀紩?huì)使管束內(nèi)水力特性各不相同。

2.5 異物堵塞的影響

鍋爐在長(zhǎng)期運(yùn)行中，會(huì)有腐蝕下來(lái)的物質(zhì)，堵塞在管路內(nèi)，特別是容易淤積沉降在管路下部的水平段或彎頭的部位。由于無(wú)法進(jìn)行有效的清理，就容易造成過(guò)熱而引發(fā)爆管事故的發(fā)生。在制造或檢維修過(guò)程中，也會(huì)有焊渣或其它雜物遺留在管束內(nèi)不能清洗干凈，這樣也會(huì)使管束由于過(guò)熱而爆管。

2.6 管材質(zhì)量問(wèn)題的影響

在鍋爐運(yùn)行中，水冷壁管束內(nèi)部是高溫?zé)崴獠渴侨紵鳟a(chǎn)生的高溫;過(guò)熱器管束內(nèi)則是高溫蒸汽，而外部則是高溫?zé)煔狻＿@兩種管束內(nèi)外壁溫度相差較大。而鍋爐傳熱管束的受熱面大都處在高溫應(yīng)力的作用之下，高溫蠕變對(duì)管束的影響很大，這就對(duì)管束的材質(zhì)提出了較高的要求。但實(shí)際上，由于我國(guó)鍋爐用管束在制作工藝上并不完善和十分的先進(jìn)，管束本身還是存有很多的缺陷。這些缺陷嚴(yán)重的影響了管束鋼材的機(jī)械性能和熱加工性能。這些缺陷有時(shí)會(huì)對(duì)部件產(chǎn)生較大的破壞，有時(shí)甚至引起管束的爆管現(xiàn)象發(fā)生。

2.7安裝質(zhì)量問(wèn)題的影響

大型鍋爐中，鍋爐傳熱系統(tǒng)中受熱管受熱面積一般比較大，分布面廣，在整個(gè)傳熱系統(tǒng)中屬于復(fù)雜的部分。在安裝這些受熱管束時(shí)，要保證滿(mǎn)足工藝要求，而且還要保證管束安裝的合理性，避免產(chǎn)生煙氣通道，造成熱量的不完全交換和傳遞，降低鍋爐的熱效率。

3 結(jié)論

綜合上述分析，設(shè)計(jì)因素對(duì)鍋爐管束的影響占有很大的比例。但這種影響，對(duì)于已經(jīng)投入使用運(yùn)行的鍋爐來(lái)說(shuō)，已經(jīng)無(wú)法避免。而要對(duì)其改善，難度也是相當(dāng)?shù)拇?。這就要求鍋爐管理者要加強(qiáng)鍋爐管理，要重視操作管理，重視對(duì)鍋爐的定期檢測(cè)和該進(jìn)式修理，努力將可能造成的鍋爐管束失效現(xiàn)象減少到最小的范圍。

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