燃氣鍋爐省煤器爆管處理探討

張春田

1.事故概況

鶴崗某公司購買的一臺燃燒高爐煤氣的鍋爐,鍋爐型號為XX-20/3.82-Q,鍋爐參數:額定蒸發量20t/h,過熱蒸汽溫度450℃,過熱蒸汽壓力3.82MPa。鍋爐于1997年下半年開始安裝,1998年2月份開始點火試運行。經過一段時間運行后,發現省煤器第二流程管子漲粗,原先∮28mm的管子已經漲粗到∮32～36mm不等。最上部正中間有3根管子已爆管。破口呈核桃形,破口附近管壁有明顯減薄現象。

2. 鍋爐基本情況

這臺鍋爐的高爐煤氣一 低熱值氣體燃料,低位發熱量為3553J/m3。為了防止爐頂泄露爐煙,采用全膜式壁結構。

高爐煤氣燃燒的火焰為不發光焰,又是低熱值,理論燃燒溫度低,爐膛吸熱份額較少,與傳統的中壓燃煤鍋爐受熱面布置不同之處在于把省煤器布置在高溫煙氣段,入口煙溫為675℃,目的是為了增加爐膛吸熱份額,省煤器設計為沸騰式省煤器,設計沸騰率為18%。

3.省煤器爆管的原因分析

這臺鍋爐的省煤器具體布置于由膜式爐膛后墻上部收縮到爐膛中間位置而分成前后兩個煙道的后煙道中,近似正方形的爐膛一分為二,后煙道變成近似呈1:2的長方形截面,后側長方形作為省煤器管束引入,引出集箱安裝的位置。在長邊全側面布置省煤器,又要保證一定的流動速度,如果采用一次全部上升可能達不到設計最小流速,制造廠采用清華大學出版的《鍋爐原理及計算》一書中省煤器三流程的布置方案。但在具體設計中,簡化為在上下兩集箱中設置隔板,使三級受熱面實踐內串聯流程,出現了第二流程中省煤器管內工質向下流動。

經現場檢驗發現,這臺鍋爐在試運行中就發生爆管事故,原因有以下三個方面。

(1)省煤器在設計時存在較大的問題

這臺鍋爐爐膛內吸熱量份額較小,為增加爐膛吸熱量,采用在爐膛出口上,部分煙道布置省煤器,但有二點制造廠沒有充分考慮到,即省煤器入口煙溫高達675℃,比一般中壓鍋爐省煤器入口煙溫高出200℃左右;另一方面采用這種三流程布置,第二流程為向下流動,要保證省煤器正常可靠運行,達到設計的沸騰率,一定要保證一定的流速,否則,很有可能出現汽化沸騰,氣泡結聚而形成氣塞,在高溫煙氣的作用下,管壁溫度很快地超過允許使用溫度,管子會因過熱而漲粗,強度降低,在內壓力的作用下,在受熱最強的部位爆破。

(2)制造時隔板安裝工藝不當

制造廠在集箱內隔板安裝時,沒有采用封焊的方法,只是在隔板放入集箱后,在集箱設定位置四周打幾個孔,用螺栓頂住已放入在內的隔板,這種制造工藝造成內泄露量是較大的,約達30%左右,造成第一、二流程短路,第二流程缺水。在高溫煙氣的作用下,第二流程管子內工質汽化,然后出現汽塞現象,直至發生過熱、漲粗、爆管事故。可見隔板安裝工藝不當是引發事故的主要原因之一。

(3)省煤器再循環高度偏低

在點火升壓時,省煤器的保護是通過打開再循環管,使省煤器管內的工質與再循環管之間形成一個自然循環回路。如果循環管高度偏低,循環流量就小,流速也低。這臺鍋爐省煤器布置在爐膛煙氣出口的后煙道中,比一般中壓鍋爐的省煤器布置位置高出2Mduo,即點火時循環壓頭比一般中壓鍋爐低0.02MPa,相應的流速也低。因此,在點火升壓時,即使不考慮其他因素的影響,也極可能在第二流程中汽化,出現汽塞現象,使管壁過熱、漲粗,甚至發生爆管事故。

4.處理方法

處理方法原則上取消工質向下流動情況,以防止工況變化或在點火升壓時,在向下流動中出現工質汽化現象。現把省煤器設計成上下兩級,中間再加一集箱。下級省煤器設計采用40根水管,每根先水平繞四次再上升。上級省煤器為20根進水管,每根先水平繞四次再上升。這種設計消除了受熱面管子內工質向下流動,使下級工質流速降低(原設計每流程均為22根管子)。一方面可以減小阻力,另一方面下級設計成非沸騰式。經計算下級省煤器的平均流速為0.49m/s,大于推薦的流速0.3m/s,阻力為0.19MPa。上級為沸騰式省煤器,沸騰點均在上級的中間,在飽和溫度下40℃水速度達到1.085m/s,大于推薦值1m/s,阻力為0.36MPa,沸騰點后平均汽水流速達到8.12m/s,阻力為0.14MPa,現省煤器設計水流速都超過熱力計算標準推薦值。包括省煤器出口集箱至鍋筒連接管內的總阻力0.21MPa,比常規省煤器設計總阻力值0.392MPa還要小。

省煤器采用錯排,提高了熱效率,減少了受熱面,熱力計算的排煙溫度從215℃降低到200℃,保持了與原鍋爐設計應達到的性能。 經重新改造后,省煤器運行狀況良好,達到新設計的要求。

(編輯/李舶)