煤粉鍋爐過熱器省煤器爆管事故分析及處理

楊群峰，胡冠群，王 振

（山東省特種設(shè)備檢驗研究院濟(jì)寧分院，山東濟(jì)寧 272000）

0 引言

一臺新型高效煤粉鍋爐使用不到1 年時間，過熱器、省煤器頻繁爆管，過熱器共封堵了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)域布置有過熱器，沒有設(shè)計空氣預(yù)熱器，煙氣經(jīng)過低溫省煤器后，經(jīng)煙道進(jìn)入脫硫塔，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送入煙囪。

1 鍋爐運行情況

（1）鍋爐運行中水位波動較大，過熱器入口集箱存在疏水較多的現(xiàn)象。

（2）鍋爐開始運行后，未投用除氧器，給水溫度為水箱水溫（15～20 ℃）；運行8 個月后投用除氧設(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

2 原因分析

2.1 設(shè)計制造因素

該鍋爐過熱器處在爐膛出口冷渣管后，運行時過熱器煙氣溫度700～750 ℃，過熱蒸汽出口溫度230 ℃左右，材料為15Cr－Mo。損壞的過熱器管內(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，容易引起過熱器爆管；嚴(yán)重時造成管內(nèi)堵塞，過熱器管干燒爆管。

由于過熱器入口集箱運行中疏水較多，因此懷疑鍋筒內(nèi)汽水分離裝置出現(xiàn)問題，導(dǎo)致蒸汽帶水較多，使過熱器介質(zhì)側(cè)結(jié)垢，影響傳熱，造成過熱器過熱爆管。

停爐后，對鍋內(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)，同時用汽水擋板進(jìn)行了遮擋，蒸汽從鍋筒引出前有一級百葉窗（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)。考慮到工業(yè)鍋爐僅有簡單的一級過熱器，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)過一級分離裝置不能將蒸汽帶水控制在合理范圍內(nèi)。

過熱器結(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，也就是常說的蒸汽帶水。蒸汽中攜帶的水滴在過熱器中被加熱變成過熱蒸汽，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 個來源：①由上升管來的汽水混合物具有很大的動能，由于該鍋爐汽水擋板的設(shè)計，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，水流、大水滴被打碎。汽水混合物的動能越大，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 計算，其上升管出口流速5.8 m/s。在沒有擋板的情況下，按與水平夾角向上30°角度計算，可以向上沖高到0.4 m 的高度，即使在有擋板的情況下，汽水混合物仍然會大量沖向汽空間；②汽泡在蒸發(fā)面破裂時形成的水滴，當(dāng)汽泡從水室上浮到蒸發(fā)表面時，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，過熱器爆管的直接原因是蒸汽帶水，造成過熱器管結(jié)垢過熱。而根源在于汽水分離裝置設(shè)計過于簡單，不能滿足要求，蒸汽帶水較多。

2.2 使用因素

由于鍋爐在開始使用時未投用除氧器，導(dǎo)致給水溫度過低，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)致煙氣流動阻力增大，出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)抽不動的現(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。

3 解決方法和預(yù)防措施

3.1 增加一次分離裝置

為了減少蒸汽帶水量，也為了使加裝工作簡單有效，增加水下孔板作為一次汽水分離裝置，見圖3。通過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孔板沖擊過大，選取4000 個小孔，計算得到穿孔速度為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過大，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

3.2 更換過熱器管和低溫省煤器

對封堵的5 根過熱器管進(jìn)行更換，以保證運行時的過熱蒸汽出口溫度。由于低溫省煤器堵灰嚴(yán)重，且因為腐蝕泄漏已封堵了12 根，因此對低溫省煤器全部更換。省煤器更換后，嚴(yán)格按設(shè)計要求，控制除氧水箱溫度，避免低溫水直接進(jìn)入省煤器。

4 結(jié)語

經(jīng)過上述處理后，鍋爐水位計水位波動幅度明顯減小，過熱器入口集箱運行中基本上沒有疏水排出，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，鍋爐運行狀況明顯改善。