電站鍋爐過熱器超溫爆管的成因探究

摘要：本文重點分析了電站鍋爐過熱器超溫爆管問題，闡釋了鍋爐受熱面失效原理，根據(jù)流動以及傳熱的特點，找出導(dǎo)致超溫爆管的根本原因，針對于超溫爆管提出具體解決措施。

關(guān)鍵詞：電站鍋爐;過熱器;超溫;爆管;成因

1超溫爆管的理論闡釋

超溫爆管通常情況下是金屬管壁的溫度工況高于允許溫度范圍內(nèi)，導(dǎo)致金屬管失去正常效果。探析造成超溫爆管的原因，應(yīng)從金屬管壁的壁溫入手。

公式（1）中展示了對金屬管壁壁溫造成影響的因素主要包括兩方面：一是蒸汽側(cè);二是煙氣側(cè)。根據(jù)傳熱學(xué)相關(guān)理論，影響金屬管壁壁溫的因素在于煙氣側(cè)的熱負荷q和蒸汽側(cè)的對流換熱系數(shù)α2。

2蒸汽側(cè)放熱系數(shù)α2對金屬管壁壁溫造成的影響

2.1物性參數(shù)B影響放熱系數(shù)α2的具體原因

觀察電站鍋爐能夠發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致過熱器溫度變化、蒸汽壓力的原因在于以下兩方面：

（1）如果負荷出現(xiàn)變化，那么電站鍋爐同一過熱器的壓力將伴隨溫度的變化而發(fā)生改變，負荷增加隨之帶動溫度壓力的增大，壓力增大將導(dǎo)致B值上升，從而造成α2增大;反之壓力降低導(dǎo)致B值下降，α2降低。

（2）如果負荷相同，處于電站鍋爐各個部位的換熱器將呈現(xiàn)出P、T明顯不同的狀況，順著蒸汽流向P呈現(xiàn)下降趨勢，T呈現(xiàn)升高趨勢，所以導(dǎo)致B產(chǎn)生下降。這種狀況下將造成放熱系數(shù)α2降低，影響到對流換熱效果。

2.2流量影響放熱系數(shù)α2的具體方面

流量影響放熱系數(shù)α2有必要結(jié)合以下幾方面考慮。首先，分析運行角度，負荷發(fā)生變化將導(dǎo)致放熱系數(shù)α2發(fā)生改變;其次，管屏間的流量分配也將影響到局部區(qū)域的放熱系數(shù)α2。

2.2.1負荷變化影響放熱系數(shù)α2的具體方面

外界負荷發(fā)生變化也將導(dǎo)致蒸汽流量發(fā)生一定改變，外界負荷一旦增加，過熱器的蒸汽質(zhì)量流量將隨之提高，α2也隨之增加。這種狀況下出現(xiàn)過熱器爆管現(xiàn)象，很大程度上是由于煙氣側(cè)的熱流密度q發(fā)生變化。（首先要將外部因素排除在外，例如異物堵塞等因素）

2.2.2流量分配影響α2的具體方面

2.2.2.1設(shè)計因素影響流量分配

當(dāng)金屬管內(nèi)流動單相液體時，多種因素將會對并列管子間流量分配產(chǎn)生影響，導(dǎo)致流量分配不均勻。舉例來說，聯(lián)箱連接方式的區(qū)別、并行管圈間重位壓頭的區(qū)別、管徑差異、查毒差異等因素。此外，吸熱不均也將直接造成流量分配不均。

2.2.2.3減溫水系統(tǒng)設(shè)計不符合科學(xué)性影響流量分配

一些鍋爐再設(shè)計噴水減溫系統(tǒng)的過程中，通常采用一只噴水調(diào)節(jié)閥用于對一級噴水總量進行控制，設(shè)計兩個噴水回路。這種狀況下，當(dāng)左右兩側(cè)的燃燒工況、汽溫產(chǎn)生的偏差過大，將造成工質(zhì)變化不同、吸熱不均勻，從而影響到流量分配，減溫水系統(tǒng)不能通過調(diào)整左右側(cè)噴水實現(xiàn)兩側(cè)汽溫的平衡。

3煙氣側(cè)熱負荷q對金屬管壁壁溫造成的影響

3.1爐內(nèi)燃燒工況因素

爐內(nèi)燃燒工況發(fā)生變化具體是指運行過程中爐內(nèi)煙氣動力場以及溫度場出現(xiàn)偏移現(xiàn)象。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因包括人為因素和結(jié)構(gòu)設(shè)計因素。

3.1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計因素

目前，在我國大容量鍋爐中通常采用四角布置切圓燃燒技術(shù)較為常見，當(dāng)爐內(nèi)煙氣在屏過底部位置依然存在殘余煙氣，煙氣旋轉(zhuǎn)將造成煙氣偏置、蒸汽場偏置現(xiàn)象。應(yīng)用右旋切圓燃燒技術(shù)，爐膛上部受到輻射的受熱面（分隔屏過熱器，后屏過熱器），按照爐膛寬度方向工質(zhì)溫升呈現(xiàn)出左邊高、右邊低的現(xiàn)象，如果采用左旋切圓燃燒技術(shù)，則溫升特點恰恰相反。一旦汽水系統(tǒng)設(shè)計不科學(xué)，將造成出口汽溫出現(xiàn)偏差，嚴(yán)重情況下會引發(fā)爆管。殘余旋流依然存在的情況下，煙氣速度場、溫度場、流量場均有可能出現(xiàn)偏差，這將導(dǎo)致各個受熱面熱流密度q隨之產(chǎn)生改變，對局部地區(qū)管子安全性造成隱患。

采用右旋切向燃燒方式，考慮到依然存在殘余旋流，將造成上爐膛左側(cè)氣室內(nèi)煙氣運動過程中產(chǎn)生較大阻力，導(dǎo)致左側(cè)氣室煙氣出現(xiàn)停滯狀態(tài)，或者與殘余旋流發(fā)生碰撞，產(chǎn)生煙氣渦流，造成左側(cè)煙氣充滿程度過大，對流換熱系數(shù)增強。這種情況下，一旦兩側(cè)輻射情況相等，左側(cè)熱負荷將明顯過高。左側(cè)受熱面的工作條件將進一步惡化。

鍋爐水平煙道內(nèi)的對流過熱器受到屏區(qū)吸熱不均勻的影響，導(dǎo)致進入對流煙道的煙溫并非一致，右邊溫度高、左邊溫度低，加之爐膛上部左右兩側(cè)氣流阻力不同，右側(cè)流向的煙氣流量增多，造成水平煙道內(nèi)沿著爐寬方向出現(xiàn)明顯的右高左低的熱負荷分布狀況，右側(cè)過熱器管子存在較大安全隱患。

3.1.2人為運行因素

人為運行因素是影響爐內(nèi)工況的重要因素之一。如果燃燒調(diào)整不當(dāng)，或者燃燒成分出現(xiàn)變化，都將影響到過熱器壁面熱負荷出現(xiàn)變化。當(dāng)燃料的低位發(fā)熱量提升，理論燃燒溫度以及爐膛出口煙溫隨之提升，造成爐膛結(jié)渣現(xiàn)象，導(dǎo)致過熱器壁溫?zé)嶝摵商嵘Ｈ剂狭坎蛔兊那闆r下，一旦增加水分，煙溫將隨之降低，煙氣體積迅速增大，造成過熱器出口汽溫增高。過熱器熱負荷明顯產(chǎn)生改變。

3.2高壓加熱器投入率因素

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前我國大容量機組的高加投入率并不高，有些機組處于停運狀態(tài)。一旦高壓加熱器停運將導(dǎo)致鍋爐給水溫度隨之降低。運行過程中發(fā)現(xiàn)，向300MW、600MW的機組投入高壓加熱器，將提高其水溫，停運高加會對鍋爐負荷產(chǎn)生影響，為了使負荷不受影響，有必要增加燃料量。這種方式不僅增加了機組運行費用，同時增加過熱器熱負荷q，造成管壁超溫。高加的投入率偏低成為引發(fā)過熱器爆管的又一重要因素。

4結(jié)論

（1）導(dǎo)致超溫爆管最主要的原因是管壁的溫度工況，管外熱負荷q和管內(nèi)工質(zhì)的對流換系數(shù)α2是決定管壁溫度的重要因素。

（2）管內(nèi)對流放熱系數(shù)α2由管內(nèi)工質(zhì)流量決定，主要受到流量分配是否均勻、是否有異物阻塞、焊接指廊、減溫器設(shè)計等因素的影響。

（3）管外熱負荷q的設(shè)計必須考慮到均勻和穩(wěn)定的煙氣速度場、流量場和溫度場。高加的投入率也會對過熱器保管產(chǎn)生重要影響。

參考文獻：

[1]車暢，竇文宇，陳新中.超臨界電站鍋爐高溫過熱器爆管失效分析[J].金屬熱處理，2015，40（12）：189-193.

[2]趙華.基于電站鍋爐高溫過熱器超溫爆管問題的研究[J].黑龍江科技信息，2013，（2）：90.

作者簡介：李廣兵，1991年9月15日，男，遼寧省朝陽市，大學(xué)本科，助理工程師，熱能與動力工程，單位：哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司.