中溫中壓燃氣鍋爐自制冷凝器運行分析與改進

韓明杰

（山鋼股份萊蕪分公司能源動力廠，山東濟南 271104）

前言

江西鍋爐廠設(shè)計制造的130 t/h 中溫中壓燃氣鍋爐采用混合式噴水減溫裝置調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度。減溫水來源主要有2 種方式：一是在鍋爐本體最高處設(shè)計安裝自制冷凝器，給水管道來的高壓給水在自制冷凝器中與汽包來的飽和蒸汽進行熱交換，飽和蒸汽冷凝后匯集于儲水罐中作為主要減溫水使用。同時在儲水罐和汽包之間設(shè)有再循環(huán)管，當(dāng)冷凝水量較大時可以回流至汽包。［1］另一種是在主給水管道分出一支路，使部分鍋爐給水直接進入到混合式噴水減溫器中，作為自制冷凝減溫水的備用（見圖1）。兩種方式可以相互切換，當(dāng)自制冷凝器發(fā)生故障或者冷凝水量不足以控制過熱蒸汽溫度時，可以投用備用減溫水將汽溫控制在工藝要求范圍內(nèi)。因飽和蒸汽凝結(jié)水水質(zhì)優(yōu)于鍋爐給水水質(zhì)，正常運行時，優(yōu)先投用第一種減溫方式。

圖1 自制冷凝器噴水減溫工藝簡圖

長年運行，多臺同型號鍋爐均出現(xiàn)了因自制冷凝器內(nèi)部蛇形管泄漏導(dǎo)致主蒸汽溫度驟降事故，有時會造成鍋爐緊急停爐，對供熱生產(chǎn)造成較大影響。

1 自制冷凝器泄漏原因分析

1.1 設(shè)備疲勞損壞及腐蝕因素

停爐冷卻后，組織對冷凝器解體檢查，發(fā)現(xiàn)固定蛇形管束的管板與蛇形管束間焊縫開裂，部分蛇形管出現(xiàn)了縱向3～5 cm裂紋（見圖2）。管束外表面相對光滑，整體呈磚紅色，經(jīng)過管壁超聲波測厚分析，未發(fā)現(xiàn)管束明顯減薄現(xiàn)象（見圖3）。出現(xiàn)類似故障的幾臺冷凝器均正常運行了2～5 年，在日常運行時未出現(xiàn)主蒸汽溫度不正常下降和減溫水用量較以往存在較大偏差等異常情況，可以排除自制冷凝器因材質(zhì)不合格、焊接質(zhì)量差或長期腐蝕等因素而導(dǎo)致泄漏的可能性。

圖2 泄漏管束打磨后裂紋

圖3 冷凝器管束

1.2 運行調(diào)整因素

1.2.1 投運初期水沖擊問題

鍋爐通過主給水管道上水至正常點火水位，組織點火升壓，待主蒸汽參數(shù)接近并爐要求（中溫中壓400 ℃，3.4 MPa）時，運行人員電動打開主給水管道去自制冷凝器的電動入口閥，開始制造減溫水，給水進入冷凝器蛇形管束，與蛇形管外部的飽和蒸汽進行熱交換，飽和蒸汽放熱凝結(jié)為冷凝水，匯集到儲水罐中，經(jīng)過減溫水調(diào)節(jié)閥組進入過熱蒸汽噴水減溫器，控制汽溫在工藝要求范圍內(nèi)。

在自制冷凝器投運初期，經(jīng)常出現(xiàn)冷凝器及相連管道水沖擊現(xiàn)象，伴隨著巨大聲響和設(shè)備振動，待減溫水量足以滿足汽溫控制要求后水沖擊現(xiàn)象消失。

1.2.2 水沖擊原因分析

自制冷凝器通過8 根?108 mm 管束與汽包連通，在鍋爐點火、升壓到并爐的3 h 內(nèi)，隨著爐水的不斷升溫升壓，冷凝器內(nèi)部的蛇形管外壁受到飽和蒸汽的持續(xù)加熱，但是蛇形管內(nèi)部沒有給水進入，所以蛇形管束受到較大熱應(yīng)力。運行人員打開通往自制冷凝器的電動閥時，102 ℃的給水進入到冷凝器蛇形管時，因蛇形管和給水存在200 ℃以上的溫差，造成給水瞬間汽化，冷凝器出口DN15 的2 只疏水閥疏通能力不足，從而導(dǎo)致冷凝器和相連的管道發(fā)生巨大的水沖擊。

因此可判斷在自制冷凝器投運初期，管束受較大的熱應(yīng)力和疏水能力不足影響，發(fā)生水沖擊，造成了管壁3 mm的蛇形管束和焊縫出現(xiàn)裂紋，這是自制冷凝器泄漏的根本原因。當(dāng)內(nèi)部蛇形管及焊縫出現(xiàn)泄漏后，6.2 MPa 高壓給水竄入到凝結(jié)水中，造成減溫水量突然加大。若泄漏嚴重，高壓給水會通過導(dǎo)汽管進入到汽包的飽和蒸汽空間，致使主蒸汽溫度急劇下降，從而造成事故停爐。

2 整改和預(yù)防措施

2.1 改造自制冷凝器回水管道疏水

原設(shè)計在DN159 的回水管道上安裝了2 只DN15 的疏水閥，與過熱器疏水等匯集到一根主管引至定期排污擴容器，經(jīng)過實際運行發(fā)現(xiàn)疏水能力嚴重不足。結(jié)合停爐機會，將DN15 疏水閥更換為DN32 的疏水閥，將疏水管路單獨引至鍋爐定排擴容器，避免了點爐期間不同壓力的疏水相互影響，消除了冷凝器投運初期的水沖擊現(xiàn)象。［2］

2.2 汽溫驟降的應(yīng)急處置

當(dāng)鍋爐正常運行過程中自制冷凝器出現(xiàn)泄漏，運行人員必須及時解列自制冷凝器，關(guān)閉通往自制冷凝器的進、出口給水電動閥，切換到備用減溫水，控制主蒸汽溫度在（435±10）℃，維持鍋爐短時間運行。因給水品質(zhì)低于自制冷凝水，長期使用給水會降低蒸汽品質(zhì)，甚至造成過熱器結(jié)垢，所以該爐型不建議長期使用給水作為過熱蒸汽的減溫水。

2.3 采用自制冷凝器滑啟的運行方式，徹底消除投運期間熱應(yīng)力

按照廠家說明書在鍋爐升溫升壓末期投用自制冷凝器的操作方式，會造成蛇形管束換熱不均、殼體密封墊圈損壞、焊縫開裂、水沖擊等。同時因自制冷凝水需要0.5 h左右，在并爐前極易發(fā)生過熱器超溫，嚴重威脅到鍋爐長期安全穩(wěn)定運行。

經(jīng)過探索試驗，采用自制冷凝器滑啟的操作模式，即鍋爐升溫升壓同步投運自制冷凝器的方式，徹底消除了冷凝器的泄漏。當(dāng)鍋爐點火成功后，稍開自制冷凝器出、入口給水電動閥（入口閥開度小于20%），使冷凝器蛇形管束內(nèi)部充滿給水，伴隨著鍋爐升溫升壓，來自汽包內(nèi)部蒸汽對蛇形管束外部的熱量被管道內(nèi)部的給水不斷帶走，消除了蛇形管束較大的熱應(yīng)力。蒸汽凝結(jié)后通過再循環(huán)管回流至汽包。當(dāng)鍋爐汽溫即將達到并爐條件時，稍開減溫水調(diào)節(jié)閥進行噴水減溫。隨著并爐及鍋爐負荷提升至額定負荷，逐漸全開自制冷凝器出口給水電動閥，根據(jù)減溫水需求量逐漸開大入口電動閥。根據(jù)實際運行經(jīng)驗，入口閥開度達到60%即可滿足鍋爐額定負荷下減溫水的需求。

3 結(jié)論

經(jīng)過疏水管路改造后，自制冷凝器的疏水暢通，消除了投運期間的劇烈水沖擊。采自制冷凝器滑啟運行方式后，徹底消除了冷凝器及管道的水沖擊和管束的泄漏。實踐證明，采取以上措施后公司9 臺同類型鍋爐未再發(fā)生冷凝器泄漏事故，實現(xiàn)了燃氣鍋爐的長周期安全穩(wěn)定運行。