貫流式鍋爐運行特點及檢驗方法研究

江 華 周智龍 程 林

（1.撫州市特種設備監督檢驗中心 撫州 344000）

（2.景德鎮市特種設備監督檢驗中心 景德鎮 333000）

鍋爐作為一種能量轉換設備,一般適用于火電站、船舶、機車和工礦企業[1]。伴隨著我國國民經濟的蓬勃發展,工業鍋爐制造取得了長足進步。燃氣鍋爐與傳統燃煤鍋爐相比較,燃氣鍋爐更環保清潔,操作智能化程度更高,SO2、NOx、碳化合物等排放物較少,隨著煙氣再循環等低氮燃燒技術的發展,清潔環保的燃氣鍋爐受到了企業的歡迎。同時周圍燃氣價格成本較燃煤鍋爐成本高出2倍以上。很多企業將燃氣鍋爐作為備用鍋爐使用。

1 貫流式鍋爐的特點

燃氣鍋爐結構比較單一,中小參數鍋爐一般以內燃鍋爐為主,直到貫流式鍋爐的出現。貫流式鍋爐是一種小容量、低循環倍率的外燃式燃氣鍋爐,一般為立式布置。其典型結構為：上下2個環形集箱,通過中間的直水管連接,環形集箱以及直水管在爐體中間形成一個容腔,該容腔就是燃燒器火焰燃燒的位置。下集箱為水介質,通過加熱直水管中的水介質產生蒸汽匯集于上集箱。

貫流式鍋爐的結構特點決定了它的優勢和缺點。貫流式鍋爐因結構緊湊、占地面積小、點火升壓快（有的3～5 min即上滿壓）、使用方便等優點,特別適合小型賓館、招待所洗澡、蒸飯等用途[2]。貫流式鍋爐的缺點：1）貫流式鍋爐反應速度快,其控制系統精度要求高,控制系統拉高了整體造價；2）貫流式鍋爐單機運行時優勢并不明顯,一般要配置2臺以上；3）因循環倍率低,內外圈直水管熱力場不均衡,存在傳熱惡化,對水質要求也很高,鍋爐一旦發生損壞,一般無法進行修理。

2 貫流式鍋爐內外部檢驗的難點

綜合上述特點,為保證貫流式鍋爐安全、高效的運行,應加強日常的維護保養以及定期的檢驗檢測。但是,由于貫流式鍋爐控制系統復雜以及結構緊湊,在外部檢驗中,極易引起控制及安全裝置聯動造成鍋爐損傷；在內部檢驗中,檢驗人員無法進入內部甚至檢驗用設備儀器也無法進入,致使漏檢等現象。針對這一現象,研究貫流式鍋爐內外部檢驗方法,對鍋爐運行狀態和早期故障研判以及為維護保養提供方向起著非常重要的作用。

貫流式鍋爐的檢驗難點主要在于：在外部檢驗過程中,由于貫流式鍋爐蓄能能力小,運行參數隨負荷變化而變化,加之其控制系統精度高、反應靈敏,在進行安全閥起跳、水位表清洗等模擬試驗時,極易造成控制系統誤判,特別是2臺以上并機運行時,也會引起相鄰鍋爐聯動,嚴重時會造成事故。在內部檢驗中,貫流式鍋爐由于結構緊湊,只在上下集箱各留有1個檢查孔,爐膛部分只能通過拆除燃燒器,對其檢驗也只限于肉眼觀察,由于孔洞過于狹小,也很難通過儀器進行檢測。

針對上述特點,在日常的維護和定期檢驗過程中,應綜合各方面因素,制定相應的方案。這樣既能完成檢驗,發現問題,又能避免因檢驗不當造成鍋爐損傷甚至引發事故。

3 貫流式鍋爐外部檢驗方法的研究

對鍋爐定期檢驗而言,外部檢驗的風險高于內部檢驗,具備一定的過程風險。目前燃氣鍋爐的控制系統大多采用電子、DCS程控系統。而貫流式鍋爐要求高精度及高效率,大多采用DCS系統或基于PLC、DCS系統的FCS聯控系統,并機運行時,各鍋爐通過并聯線與系統相連。在外部檢驗時,應拔出并聯線,使被檢鍋爐脫離控制系統,由并機運行轉為單機運行,單臺鍋爐自帶一套控制系統,檢驗時需密切觀察鍋爐參數變化。本著先汽水側后煙風側的原則,先對汽水系統進行相關的檢驗操作。首先在穩定負荷的前提下,進行安全閥的手動試驗,在試驗的過程中,應盡量短促,此時壓力下降的同時,水位也會發生變化,密切注意水位及壓力變化。水位或壓力的波動一旦超過設定值可能會引起燃燒器大小火轉換以及高低水位聯鎖。因此,壓力和水位的變化應在設定值范圍之內,同時應觀察相鄰鍋爐參數變化,確保受檢鍋爐脫離主控制系統。

而對于壓力表和水位表的檢驗,2019年2月發布的《市場監管總局辦公廳關于貫流式鍋爐相關技術問題的意見》中規定,針對壓力表安裝在蒸汽空間容易損壞的實際情況,允許將壓力表安裝在水側。但在鍋爐使用說明書中應明確對壓力表連通管路的沖洗要求,確保其暢通[3]。在實際檢驗中如說明書有關于壓力表連管的沖洗方法,應嚴格按說明書操作。但筆者認為,總的原則應不同于傳統的沖洗,壓力表安裝在水側,主要是因為蒸汽空間壓力變化過于頻繁,利用水的阻隔緩沖,防止表針劇烈跳動。沖洗過程中應控制三通旋塞開度及時間,防止引起震動。

TSG 11—2020《鍋爐安全技術規程》中5.3.1.1條規定,對于有可靠壁溫聯鎖保護裝置的貫流式工業鍋爐允許采用1個直讀式水位表[4]。沖洗閥門可裝設在水位表和水位控制筒之間,允許采用1個給水泵,鍋爐可在高于最高安全水位狀態下啟動[3]。在傳統鍋爐中,水位表的沖洗閥門裝設在水位表的下方,水位示控裝置裝設在水位表與鍋筒（殼）之間。這種設置的目的是在沖洗水位表的過程中,利用水（汽）的沖擊力對水位表內表面進行清洗。大多數情況下,水位表和水位示控裝置下方各有1個沖洗閥門。在依次沖洗的過程中,水位表的顯示和水位示控裝置的反應并不同步,這在傳統的鍋殼式鍋爐或水管鍋爐中影響并不明顯,但對于貫流式鍋爐,這種微小的差異或許會產生嚴重后果,因此將沖洗閥門裝設在水位表和水位控制筒之間,其目的也是盡量清除這種差異,保持同步。同時,由于貫流式鍋爐存水量小、蓄能能力弱,為保證貫流式鍋爐在點火成功后不致因水位急劇下降而出現受熱面干燒的情況,而程控器及各控制單元還處于自適應過程,導致產生不安全因素。因此,在高于最高安全水位狀態下啟動是相對安全的。

在貫流式鍋爐外部檢驗清洗水位表的操作過程中,清洗水位表也應盡量在高水位狀態下進行。清洗手法也應和傳統方法有所不同。汽水連管應分開進行,過程盡量短促,這樣做的目的在于,貫流式鍋爐對水質要求異常嚴格,并且水位波動很大,出現假水位的概率很低。水位表清洗的作用主要是驗證汽水連管的連通性,同時高水位、短促的排放也是為了避免水位低于設定值下限后燃燒程控器保護并故障鎖定。最后是貫流式鍋爐的排污試驗,在排污試驗過程中,應密切關注水位,排污時短促、少量,只要驗證排污管（閥）的連通性即可。小型貫流式鍋爐,由于水容積很小,蒸發速率很高,所以必須定期對鍋水進行全排放處理[5]。

在上述貫流式鍋爐的外檢項目中,幾乎每個項目均有可能觸發燃燒程控器保護及故障鎖定裝置。如果檢驗過程中出現這種情況,應通知司爐人員進行故障復位及二次點火,若二次點火失敗,則必須由燃燒器調試人員進行故障排除后再進行啟動。

綜上所述,在貫流式鍋爐的外部檢驗過程中,具有一定的危險性,特別是因檢驗引起的意外熄火。這就要求檢驗人員對鍋爐的運行特點、控制系統、燃燒器等有一定的了解。只有了解這些特點,才能保證檢驗過程控制及意外有效處置。

4 貫流式鍋爐內部檢驗方法的研究

貫流式鍋爐的汽水系統結構簡單,上下2個環形集箱,中間由兩圈直管相連,在整個結構體系中,只有上下2個集箱外側各開有1個觀察孔。而煙風系統則是火焰由上向下噴射,高溫煙氣一般是由爐膛進入內外圈水管之間,然后從外圈水管后側排出,大部分爐膛人員無法進入。貫流式鍋爐這些結構特點,造成鍋爐的內部檢驗極其困難。汽水側的檢驗大多數情況下只能借助內窺鏡進行觀察,而煙風側要進入爐膛內部檢驗,只能通過拆除燃燒器才能觀察到爐膛。貫流式鍋爐的燃燒器為分體式燃燒器,集成度較低,各部件可能分散布置,因此一般司爐或工程人員不具備拆解的技術條件以及權限,必須由燃燒器調試或維保人員拆解。

在檢驗過程中,汽水側的結構形式是對稱的,原則上通過內窺鏡觀察內部水垢情況及表面宏觀也能夠滿足檢驗要求。而煙風側由于采用上進上側出,其溫度場是不均衡的,管板接頭及管子的檢驗,必須進入爐膛內進行觀察,以及運用設備儀器進行檢測。因此,貫流式鍋爐的內部檢驗應解決看得到、進得去的問題,建議鍋爐生產廠家及燃燒器生產廠家設計出能進入貫流式鍋爐爐膛內更加安全便攜的方法。

5 結束語

貫流式鍋爐定期的內外部檢驗關系其運行的安全與穩定,只有充分了解貫流式鍋爐的結構原理和運行特點,制定切實科學有效的檢驗方案,才能更好地在檢驗中發現問題以及防范貫流式鍋爐內外部檢驗的風險,杜絕其在檢驗過程中事故的發生。同時,根據現代鍋爐小型化、大型化兩極發展的趨勢,檢驗部門應積極探索開展非接觸式檢驗新方法,以滿足現代設備檢驗的要求。