鍋爐傳熱及結焦的機理與預防措施研究

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)中重要的動力來源之一。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)定長周期運行。但鍋爐故障時有發(fā)生，需要采取必要的措施來減少故障發(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。由于熱力計算結果與實際不符，設計時選用系數(shù)不合理，爐膛、鍋爐外形選用不當，過熱器系統(tǒng)結構設計及受熱面布置不合理，壁溫計算方法不完善，導致材質選用不當?shù)龋@些會使火側傳熱系統(tǒng)產(chǎn)生壁溫超高，管束爆管等故障現(xiàn)象。這些現(xiàn)象對鍋爐的安全生產(chǎn)造成了一定程度的隱患。

關鍵詞：傳熱;結焦;預防控制

在鍋爐安裝、檢修過程中，盡管每一步工作都有嚴密的規(guī)范要求，但實施起來往往很難做到萬無一失。焊接質量不好，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，普通焊口的焊接質量，管子彎頭橢圓度不達標，彎管減薄，異物堵塞，管材質量，錯用鋼材及安裝質量這些因素的影響，必將對管束的正常使用造成一定的影響，甚至還會引發(fā)爆管現(xiàn)象的發(fā)生。在對鍋爐水側系統(tǒng)存在的問題進行了分析后，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系統(tǒng)的腐蝕、結垢對鍋爐運行產(chǎn)生的不良影響。同時還提高了蒸汽品質，降低了鍋爐水排污，實現(xiàn)了節(jié)能減排，履行了我們的社會責任和環(huán)保責任。作為動力使用的鍋爐，傳熱系統(tǒng)的故障是影響鍋爐安全、穩(wěn)定、連續(xù)運行的一個重要的困擾因素，所以所有管理者對傳熱系統(tǒng)的故障都給予了很高的重視。

1 鍋爐裝置現(xiàn)狀

在實際運行中，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，同時也影響了蒸汽用戶的連續(xù)生產(chǎn)運行。在檢修過程中，發(fā)現(xiàn)這些爆裂的管束存在兩種現(xiàn)象，一是管束內(nèi)部結垢比較嚴重;另一個是管束外部結垢也比較多。在實際運行中，還經(jīng)常出現(xiàn)的問題就是省煤器和空氣預熱器管束的泄漏。在檢修時，發(fā)現(xiàn)這些管束外壁結垢物比較多，甚至有時都堵塞了煙氣的正常流通。這些問題的發(fā)生，對于屬于特種設備的鍋爐來說，有時只是一小段管束的更新，動輒需要十幾萬的維修費用，檢修費用相對來講非常昂貴。面對這些問題，急需解決措施，來緩解鍋爐的運行狀態(tài)，以達到減少故障，降低能耗，降低維修費用，保證安全穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。

2 設計因素對鍋爐傳熱系統(tǒng)的影響

鍋爐燃燒過程中均存在煙氣溫度、速度、氣體成分、風粉濃度、粉粒度、燃盡度、灰粒度和灰濃度在煙氣中的分布差異，稱為煙側熱力偏差。這種煙側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)的燃燒過程;二是由于結構上的影響，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)過程特色，不同爐型結構反映出不同吸熱特性，不同燃燒方式的煙側熱力偏差表現(xiàn)形式不一樣。如切圓旋轉燃燒，具有偏差的煙氣在旋轉上升過程中同時繞經(jīng)四周水冷壁時，其吸熱偏差較小;當旋轉切圓偏離中央時，則吸熱偏差增大。若取用煙氣旋轉方向與螺旋水冷壁旋轉方向相反時，可更有效地減小吸熱和煙側偏差。又如平流上升燃燒，當爐內(nèi)過程組織和燃燒控制合理時，各支火焰偏差小，總火焰熱力偏差和吸熱偏差可達預期目標;但當負荷變化幅度較大而需停運部分燃燒器時，因各燃燒單元互補性較差而使總火焰產(chǎn)生較大熱力偏差，有時甚至難以預料。

2.1 熱力計算結果的影響

熱力計算中，由于設計經(jīng)驗及實際工作經(jīng)驗的缺乏，導致在計算爐膛傳熱計算時，所采用的傳熱系數(shù)并不能準確的反應出此臺鍋爐的實際傳熱效果。理論上的計算結果必將和實際的結果出現(xiàn)偏差。這樣就造成水冷壁、過熱器等受熱面的面積布置不能很好的滿足于傳熱的需求，造成介質溫度偏離設計點，或者造成受熱面的超溫。

2.2 爐膛、鍋爐外形選型上的影響

動力鍋爐始建于上世紀七十年代末，在設計制造時，并沒有充分的理論和實際的相互結合的經(jīng)驗。這對鍋爐的選型，鍋爐的內(nèi)部結構的安排都沒有標準可參考。這樣就使設計出的爐膛不能適應漸次改變的運行條件。鍋爐爐膛結構上的不合理，就會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熱器管束內(nèi)蒸汽溫度，爐膛偏高，會使蒸汽溫度偏低。相反，爐膛高度偏低則又可能引起超溫。

2.3 過熱器結構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有單相體，也有兩相體。如省煤器或下降管束中就只有流動的水，在過熱器或再熱器中流動的是蒸汽，流動的都是單相體。而在蒸發(fā)器的受熱面管束內(nèi)，流動的則是蒸汽與水的混合物，是兩相體。對于單相體，它的流動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)的流動形式比較復雜。由于不同的流動形式具有不同的動力特性和傳熱特性，因而就需要對鍋爐傳熱系統(tǒng)內(nèi)介質在管束內(nèi)的流動形式進行仔細的分析，而這種分析對管束的失效分析也有十分重要的意義。

2.4 壁溫計算方法不完善的影響

鍋爐過熱器是由許多并聯(lián)在進口集箱和出口集箱上的熱管組成的，形成并聯(lián)管組。當多管并聯(lián)工作時，各管的工作條件可能不同，如果并聯(lián)管組內(nèi)的水動力學工況不佳，使其中一管工作不安全，則整個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)管均在設計工作條件下工作。但這是不可能完成的任務，因為每條管束因為自身的因素以及外界因素的影響，都會使管束內(nèi)水力特性各不相同。

2.5 異物堵塞的影響

鍋爐在長期運行中，會有腐蝕下來的物質，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。由于無法進行有效的清理，就容易造成過熱而引發(fā)爆管事故的發(fā)生。在制造或檢維修過程中，也會有焊渣或其它雜物遺留在管束內(nèi)不能清洗干凈，這樣也會使管束由于過熱而爆管。

2.6 管材質量問題的影響

在鍋爐運行中，水冷壁管束內(nèi)部是高溫熱水，而外部是燃燒器產(chǎn)生的高溫;過熱器管束內(nèi)則是高溫蒸汽，而外部則是高溫煙氣。這兩種管束內(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力的作用之下，高溫蠕變對管束的影響很大，這就對管束的材質提出了較高的要求。但實際上，由于我國鍋爐用管束在制作工藝上并不完善和十分的先進，管束本身還是存有很多的缺陷。這些缺陷嚴重的影響了管束鋼材的機械性能和熱加工性能。這些缺陷有時會對部件產(chǎn)生較大的破壞，有時甚至引起管束的爆管現(xiàn)象發(fā)生。

2.7安裝質量問題的影響

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，在整個傳熱系統(tǒng)中屬于復雜的部分。在安裝這些受熱管束時，要保證滿足工藝要求，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 結論

綜合上述分析，設計因素對鍋爐管束的影響占有很大的比例。但這種影響，對于已經(jīng)投入使用運行的鍋爐來說，已經(jīng)無法避免。而要對其改善，難度也是相當?shù)拇蟆＿@就要求鍋爐管理者要加強鍋爐管理，要重視操作管理，重視對鍋爐的定期檢測和該進式修理，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。

參考文獻

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