組合螺紋煙管鍋爐制造安裝運行需要關注的問題

徐 甫 梁耀東 李之光 北京盛昌鍋爐公司

鄭子輝 于 洋 盤錦市特種設備監督檢驗所

組合螺紋煙管鍋爐制造安裝運行需要關注的問題

徐 甫 梁耀東 李之光 北京盛昌鍋爐公司

鄭子輝 于 洋 盤錦市特種設備監督檢驗所

我國自行開發的水火管鍋爐，現已出現第三代產品——組合螺紋煙管鍋爐(非鍋殼式)[1]。

組合螺紋煙管鍋爐是在我國大量應用30載并積累相當豐富經驗的新型水火管鍋殼鍋爐[2]基礎上，發展起來的一種嶄新鍋爐爐型，如圖1所示。

圖1 組合螺紋煙管鍋爐示意圖

組合螺紋煙管鍋爐與一般水管鍋爐的主要區別體現在對流受熱面：前者為數個拼在一起的兩排高效傳熱螺紋煙管筒——高溫煙管筒與低溫煙管筒，而后者為被爐墻包圍起來的排管、蛇形管、旗片U形管等。正是這種區別給組合螺紋煙管鍋爐帶來明顯優點：鋼耗顯著降低、十分便于制造安裝、大容量鍋爐的高度明顯偏低等。

已投運測試效果頗佳的29MW組合螺紋煙管鍋爐與目前比較流行的雙橫鍋筒排管式水管鍋爐的結構對比，二者長寬基本相同，而高度相差4.5m；二者材料消耗過于懸殊：金屬件相差約一倍(見表1)。

至今，已投運的組合螺紋煙管鍋爐有：29MW熱水型、10t/h蒸汽型、5.6MW壓力相變熱水型、4t/h蒸汽型，均已進入第二年運行。目前，已設計完成待生產的為91MW大容量組合螺紋煙管鍋爐。為了順利發展具有明顯優點的此型鍋爐，本文根據已積累的經驗，對其制造安裝運行需要特殊關注的問題進行詳細論述。

表1 29MW兩種鍋爐耗材對比

1 制造安裝

此型鍋爐制造工藝與一般水管鍋爐基本相同，其中螺紋煙管與高溫管板需要給予特別關注。

1.1 螺紋煙管

經大量考察，實踐證明，只要螺紋幾何尺寸（主要是螺紋高度，如圖2所示）能夠保證，其高效傳熱效果十分顯著[2]。但是，至今仍有一些生產廠家對此重視不夠。按經過大量鍋爐運行長期考驗過的計算方法，進行對比計算的結果，見表2。

表2 螺紋高度對鍋爐煙溫的影響*

* 同一結構鍋爐，皆為額定負荷。

由表2可見，如螺紋高度e=2mm減少至1mm，鍋爐排煙溫度上升44℃。以前對螺紋高度不夠的新型鍋殼鍋爐熱力對比測試結果，與以上完全相符。

采用螺紋煙管對流受熱面是本鍋爐的基本特點，對它的加工、檢驗必須嚴格滿足要求。

●1.1.1 螺紋高度

螺紋高度e對煙氣放熱、流阻的影響最大：e增大，放熱加強，但流阻明顯增大。應嚴格保證圖紙的要求！對此必須建立嚴格監檢制度。

需要找出內壁高度e與外壁深度e′(見圖2)的關系。

1）檢測外壁深度e′

檢測外壁深度e′的方法見圖3。

2）檢測內壁高度e

首先切割成“瓦片”，再測內壁高度e，見圖4。

圖4 檢測內壁高度e

●1.1.2 螺紋寬度

螺紋寬度（2R）對傳熱效果也有一定影響。

R為滾輪的軋制半徑，見圖6。2R代表螺紋寬度。R愈小，管內壁的縱向形線愈有利于換熱（破壞層流邊界層)；R過小，會損壞壁面。

如R=4～5mm時，斷面趨向波浪狀，內壁螺紋較圓滑，不利于破壞層流邊界層，另外，寬度（2R）較大時，軋制功率也較大。經試驗與運行考核，建議：R=1.5mm。

●1.1.3 螺紋節距

螺紋節距s對放熱、流阻的影響較小，也不難保證。

1.2 高溫管板

組合螺紋煙管鍋爐高溫煙管筒管板入口煙溫低于950℃，略高于新型水火管鍋殼鍋爐高溫管板。

●1.2.1 高溫管板煙管端部工作特點

國內外鍋爐強度計算標準規定，高溫管板煙氣入口端必須嚴格滿足圖6所示結構要求，且鍋水水質滿足鍋爐水質標準要求時，管板長期運行安全可靠，國內外皆如此。

由于煙管入口煙溫較高，煙速也較大，如煙管端頭過長，會使端頭冷卻欠佳、導致溫度過高，不僅端頭燒損，而且引起焊縫較大熱應力，后者是多次啟停后焊縫漏水與管板孔橋開裂的重要原因。由于焊縫不可能十分平齊，則焊腳尺寸K沿周界不會一樣。如端頭長度1.5mm對應最長焊腳，則較短焊腳部位的端頭長度將大于以上要求。端頭長度較大部位的溫度必然較高。因此，端頭的上述要求應該對應最短焊腳處，端頭多余長度應切削去，不會影響連接強度。

消除管子與管板之間的間隙也是防止焊縫漏水、管板開裂必須保證做到的重要措施。因為間隙中停滯的水會蒸發，再進入水，再蒸發，逐漸積垢，對應的管段溫度明顯上升，引起焊縫較大熱應力。由于全部完工后無法檢查是否已經消除了間隙，故在施工生產過程中應不斷進行監檢。

未達到上述要求，經一冬運行的螺紋煙管筒的高溫管板發生燒損事故如圖7所示。

1）大部分煙管端頭超出焊縫δ約5mm，個別超出約10mm，皆已明顯超過圖10要求的0～1.5mm。超出較長者由于端頭難以冷卻，端頭煙氣側溫度明顯升高，致使氧化脫皮，而且啟停時使焊縫產生交變應力。

2）煙管與管板之間未能滿足國家標準要求的必須消除間隙。該段煙管運行一段時間后逐漸結垢難以冷卻，啟停時使焊縫產生交變應力。

3）因焊縫高度沿周向不一，則管頭溫度沿周向必有差異，多次啟停后，管頭變為非圓形。

●1.2.2 高溫管板煙管端部可靠性補充措施

為防止高溫煙管筒入口管端燒損，應采取如下措施：

1）將剛玉型陶瓷套管伸入煙管內(如圖8所示)。

2）高溫煙管筒煙管與入口管板的焊接：應該先焊后脹[6]，或脹-焊-脹，并且最好采用坡口焊縫。

●1.2.3 管板引出管切忌插入壁內

如引出管在制造現場安裝時，誤插入于管板以內，煙管筒充水時，插入段難以排出空氣；運行時，可能形成蒸汽層。而空氣或蒸汽的冷卻能力遠低于水或汽水混合物，將導致煙管壁溫明顯上升。

1.3 防止高溫煙氣旁通

此型鍋爐在車間制造現場安裝時，應采取措施防止組合煙管筒形成煙氣旁通問題。

2 運行

組合螺紋煙管鍋爐運行時，可能遇到以下問題。

1） 清除后拱上部積灰

為了降低鍋爐原始排塵濃度，后拱開有一定數量的落灰孔，可落下大部分積灰。應觀察落灰孔是否落灰順暢，如堵塞，應及時通開，否則，灰層會不斷加厚，增加拱的載荷，另外，灰塵過高時，煙速增大，還影響灰塵繼續沉降。

2）清除煙管積灰

煙管受熱面區別于其它形式對流受熱面的一個突出優點，是便于清除積灰與結渣。

鍋爐調試期間，可能遇到很低負荷，鍋爐在以后運行時，也有可能在低于一半負荷以下運行，此時由于煙管筒后部煙速較低，會逐漸積灰。燃燒生物質時，也可能于高溫煙管筒的煙氣入口處結渣。在上述情況下，可利用正對煙管筒上部的檢查孔與進入煙管筒下部的煙氣轉向室進行清理。如不清除積灰，額定負荷下的排煙溫度可能明顯升高。

3）清除煙管筒下部煙氣轉向室的積灰

運行實踐表明，煙管筒下部煙氣轉向室中，煙氣180°轉向的灰塵分離效果頗佳。如不定期清除積灰，積灰過多，灰層表面可能高低不齊，致使煙氣流量不均，使各煙管煙速差異較大。尤其高溫煙管筒煙速較大煙管的入口端工作條件變得更差。較大容量鍋爐應采用自動清灰裝置。

4）煙管筒水側檢查與清洗

組合螺紋煙管鍋爐的煙管筒不是鍋殼（鍋筒），不可能設置人孔，僅設置檢查、清洗孔，同樣可觀察到煙管束的外圈煙管狀態（與鍋殼鍋爐一樣）。應通過檢查、清洗孔定期窺視內部，必要時進行煙管筒內清洗處理。

1 李之光,等.工業鍋爐現代設計與開發.北京:中國質檢出版社、中國標準出版社,2011

2 李之光,李柏生.新型鍋殼鍋爐原理與設計.北京:中國標準出版社,2008

3 吳向紅,等.淺析管板或鍋筒與管件的連接方法.工業鍋爐,2013,2

2013－12－23）