一起過熱器爆管的CFD分析報告

摘 要：對某鍋爐過熱器爆管的原因進行了CFD模型分析，通過煙氣速度流場在不同工況下的模擬的對比，認(rèn)為過熱器的爆管原因是因為鍋爐長期處于超負荷運行，沉降室內(nèi)擋煙板變形、脫落以及均流假管區(qū)域局部損壞，造成氣體流動路徑的偏差，過熱器管局部區(qū)域流速過高，煙氣磨損過熱器管，造成管子被刺穿、爆管，同時提出了改進措施。

關(guān)鍵詞：過熱器;CFD分析;改進措施

1事故描述：

鍋爐運行一年左右時間，近期出現(xiàn)爆管現(xiàn)像，停爐檢修發(fā)現(xiàn)過熱器入口處擋板變形，并且有一處擋板脫落;發(fā)現(xiàn)2根過熱器的管子被刺破、附近的管子也存在煙氣磨損的情況;均流假管局部損壞、附近區(qū)域耐火澆注料脫落（詳見圖1、2、3）。

2 初步原因分析

從表中得知，實際運行工況煙氣量超設(shè)計值32%，煙氣溫度超設(shè)計值70℃，鍋爐處于嚴(yán)重超負荷超溫狀態(tài)。

分析初步原因如下：

1）過熱器入口處擋板在煙氣高流速沖刷、以及高溫?zé)煔怆p重作用下，嚴(yán)重變形、甚至有部分擋煙板已脫落。

2）擋板的變形、脫落造成氣體流動路徑的偏差，氣體流動路徑的改變導(dǎo)致過熱器一側(cè)的氣體流動很大，偏流的大量煙氣造成過熱器入口側(cè)的局部煙氣流速過快。

3）高流速煙氣沖刷過熱器管，長時間超負荷運行導(dǎo)致管子穿孔，進而造成附近其他管子部分磨損。

3 建立CFD模型

為了驗證初步分析的正確性，我們利用CFD仿真技術(shù)特點，針對鍋爐的沉降室和過熱器進行內(nèi)部煙氣流動進行數(shù)值模擬，獲得內(nèi)部速度流場參數(shù)，通過設(shè)計工況和運行工況等多工況下數(shù)值模擬做對比，分析并得出事故原因。

根據(jù)鍋爐設(shè)計圖紙，利用三維建模軟件建立鍋爐沉降室和過熱器1：1全尺寸實物模型。對鍋爐內(nèi)部煙氣流動進行CFD模擬計算，物理模型如圖4所示。

對已損壞的沉降室，對鍋爐內(nèi)部煙氣流動進行CFD模擬計算，物理模型如圖5、6所示。

4 鍋爐內(nèi)部煙氣流動計算結(jié)果（速度場）

5 結(jié)論

針對鍋爐內(nèi)部煙氣流動進行CFD計算和分析，從圖9可知局部區(qū)域流速過高，并且鍋爐長期處于超溫超負荷運行，過熱器入口處擋板已嚴(yán)重變形、甚至有部分擋煙板已脫落。

擋板的變形、脫落造成氣體流動路徑的偏差，氣體流動路徑的改變導(dǎo)致過熱器一側(cè)的氣體流動很大，偏流的大量煙氣造成過熱器入口側(cè)的局部煙氣流速過快，造成均流假管磨損，局部缺失430x430mm面積假管，造成空缺區(qū)域煙氣流速高于34m/s，長時間的超流速運行，導(dǎo)致管子因磨損造成管子被刺穿而爆管，進而造成附近其他管子部分磨損。

6 改進措施

1）嚴(yán)格控制入口煙氣量和煙氣溫度，盡量控制鍋爐不要長時間超負荷運行;

2）增加煙氣擋板的剛性，增加支撐，避免擋板被吹變形;

3）將煙氣擋板進行絕熱澆筑處理，避免高溫下變形;

作者簡介：

曹勇（1987-）：男，漢，贛榆人，工程師，大學(xué)本科，2010年畢業(yè)于南京師范大學(xué)熱能與動力工程專業(yè)，從事余熱鍋爐研發(fā)工作。

（南通萬達鍋爐有限公司，江蘇 南通226000）