鍋爐間斷運行對省煤器的影響

王進

（南京市鍋爐壓力容器檢驗研究院，江蘇 南京 210002）

前言

隨著工業生產的不斷發展，鍋爐的應用也越來越廣泛，目前主要應用于電廠、石油化工、造紙等行業的動力站，為企業提供生產和生活用蒸汽和熱力。而省煤器作為鍋爐的重要附屬設備之一，在運行中很容易發生爆管、變形等事故，會嚴重影響鍋爐的安全穩定運行。由于設計方面和生產方面等因素的影響，大多數鍋爐都是間斷運行，而間斷運行的鍋爐往往是遠低于設計負荷的條件下運行的。然而即使鍋爐內部穩燃問題能夠解決，鍋內水動力方面也可能出現停滯、倒流和傳熱惡化等問題，引起省煤器產生變形甚至爆管的事故發生，嚴重威脅了鍋爐的安全運行。本文著重討論該單位鍋爐鋼管式省煤器在鍋爐低負荷、間斷運行兩年后出現的問題以及解決措施。

1 鋼管式省煤器的概念和作用

圖1 鋼管式省煤器結構圖

省煤器就是鍋爐尾部煙道中將鍋爐給水加熱成汽包壓力下的飽和水的受熱面，鋼管式省煤器結構如圖1所示，主要由進、出口聯箱和許多并列的蛇形管焊接而成。

1.1 省煤器的作用

它的作用是提高鍋爐進水溫度，省煤器的位置在鍋爐的尾部煙道，鍋爐燃燒后的煙氣在通過尾部煙道時，經過省煤器。鋼管式省煤器內有蛇形管，蛇形管內是鍋爐進水，管內的水吸收了煙氣中的熱量，冷水變為熱水，以此來達到省煤的作用，同時能夠、吸收低溫煙氣的熱量，降低排煙溫度，減少排煙損失，節省燃料。

1.2 省煤器的節能原理

在鍋爐的啟動過程中,由于其汽水管道的循環沒有建立，即鍋爐給水處于停滯狀態，此時省煤器內的水處于不流動的狀態，隨著鍋爐燃燒的加強，煙氣溫度的提高，省煤器內的水容易產生汽化，使省煤器的局部處于超溫狀態。為了避免這個情況的出現,從汽包的集中下降管再接一管道到省煤器的入口，作為再循環管道,使省煤器內的水處于流動狀態.避免其汽化。

2 鍋爐間斷運行對鋼管式省煤器的影響

2.1 省煤器有管段溫度過高，導致工質汽化

由于鍋爐長期間斷運行，負荷不及正常負荷的80%，鍋爐經運行2年后，進行停爐檢驗，發現省煤器管出現多處泄露，多次更換后還會出現同樣的泄露情況。測量省煤器出水溫度已達195℃，已經是該處的工質飽和溫度了。這就導致這部分的省煤器工質已經汽化。當大部分工質汽化時，省煤器里的蒸汽與未汽化的低溫水的溫差較大，當蒸汽遇到低溫水時會發生熱交換，造成部分蒸汽體積突然縮小形成真空，當周圍的低溫水來填充時就會產生強烈的聲響和震動，嚴重影響了鍋爐的安全運行。

2.2 省煤器蛇形管段材質劣化，導致變形

鍋爐檢驗時，對省煤器的變形部位和正常部位分別取樣進行金相分析和拉力試驗，結果發現正常部位省煤器的化學成分、抗拉強度以及屈服強度均在正常范圍內，說明省煤器的材料是合格的；而發生變形的省煤器管子的抗拉強度明顯低于規定的范圍值，屈服強度無明顯降低，其金相分析后發現變形部位有明顯的珠光體球化現象，而且珠光體中的滲碳體也由片狀轉為點粒狀，說明過熱以及使珠光體中的滲碳體分化脫碳，造成材質劣化，從到導致省煤器產生變形。

2.3 松結灰沉積

由于鍋爐經常間斷運行，且運行負荷低，檢查鍋爐時發現管子上積滿了厚度達15mm的松結灰。該沉積屬于物理聚積，與煙氣的速度、灰顆粒大小、灰濃度以及省煤器受熱面的結構都有關系，特別是和煙氣速度以及省煤器受熱面的結構有關。據有關資料顯示，當煙氣速度大于8～10m/s時，管子背風面有少量的積灰，迎風面基本沒有積灰，當煙氣速度小于2.5～3m/s時，管子前后都會有大量積灰，而背風面基本沒有氣流擾動，只有旋流區，積灰會更多。同時，鋼管式省煤器是由許多蛇形管并列構成，煙氣中的顆粒經省煤器換熱后易結塊，堵塞了蛇形管間隙，造成煙道堵塞，引風機會受損，或爐墻損壞。

3 原因分析

3.1 鍋爐長期間斷、低負荷運行，蒸汽對省煤器的冷卻能力降低，查看鍋爐的運行記錄后發現大多時間鍋爐的負荷僅為額定負荷的55%～65%。

3.2 鍋爐頻繁的啟停，且工作人員在進行操作時沒有在鍋爐升爐時對省煤器進行排空保護，因為鍋爐升爐時負荷極低，假如不開排空閥，就會使得省煤器中的蒸汽量處于一個停滯的狀態，此時省煤器內的水處于不流動的狀態,隨著鍋爐燃燒的加強,煙氣溫度的提高,省煤器內的水容易產生汽化,使省煤器的局部處于超溫狀態。這樣就造成省煤器管子干燒后材料金相組織改變，大大降低其抗拉強度。

3.3 如果爐膛內煙氣短路或因燃燒不當至使排煙溫度過高，省煤器內介質只能為水，因排煙溫度過高導致省煤器內水蒸汽產生蒸汽，形成氣堵，鍋爐水進不去，省煤器壓力升高；水垢也是一個重要原因，省煤器內如果水垢過多也會引起堵塞，省煤器內水蒸發，省煤器因得不到水的冷卻而燒壞，鍋爐還容易引起缺水事故。

3.4 管子有積灰，會使污染系數增大，這樣總傳熱熱阻會增大，熱有效系數顯著低于正常值，傳熱變差，會降低流管束區的吸熱量，溫降不到300℃，這就導致省煤器入口煙溫度接近500℃了，省煤器吸熱過多，就更容易產生工質汽化。

4 解決措施

4.1 鍋爐運行時，要在盡可能短時間里提高鍋爐出力接近滿負荷，加強煙氣流速，能夠快速的將省煤器管束上的積灰帶走。現場運行時，也要采取各種措施如打開煙道爐門，在除塵器前漏入冷風，降低煙氣溫度，增大煙速等措施，將鍋爐運行的負荷拉到額定負荷的80%以上；如果能預見鍋爐在今后運行不能滿負荷工作，應及時采取措施，重新訂購適當容量的鍋爐來保證省煤器安全、穩定的運行。

4.2 為避免出現省煤器內水產生汽化，使其局部處于超溫狀態，從汽包的集中下水管再接一管道到省煤器的入口,作為再循環管道,使省煤器內的水處于流動狀態，避免其汽化。

4.3 要盡量采用連續上水裝置，若無此裝置，也要盡量增加上水和排污的次數，定期對鍋爐進行清灰和除垢，對于大型鍋爐還可以設置吹灰裝置，運行時定期進行吹灰，防止過多的灰塵沉積而降低流管束區的吸熱量，也能保證鍋爐煙氣運行暢通，同時也要定期對省煤器管道里的水垢進行清理，保持省煤器內水循環流動。

4.4 為了避免鍋爐間斷運行而重新啟動時出現汽化或管壁燒壞的意外情況，該單位加裝了一套強制再循環裝置，再循環管不是從汽包引出，而是直接連接到下部聯箱，減少了再循環管中的流動阻力。

5 小結

采取以上改善措施后，該單位鍋爐再次啟動運行半年后沒有發現省煤器出現任何異常，運行良好，說明以上措施能夠解決鍋爐間斷運行給省煤器帶來的影響。

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