燃气锅炉省煤器爆管处理探讨

张春田

1.事故概况

鹤岗某公司购买的一台燃烧高炉煤气的锅炉,锅炉型号为XX-20/3.82-Q,锅炉参数:额定蒸发量20t/h,过热蒸汽温度450℃,过热蒸汽压力3.82MPa。锅炉于1997年下半年开始安装,1998年2月份开始点火试运行。经过一段时间运行后,发现省煤器第二流程管子涨粗,原先∮28mm的管子已经涨粗到∮32～36mm不等。最上部正中间有3根管子已爆管。破口呈核桃形,破口附近管壁有明显减薄现象。

2. 锅炉基本情况

这台锅炉的高炉煤气一 低热值气体燃料,低位发热量为3553J/m3。为了防止炉顶泄露炉烟,采用全膜式壁结构。

高炉煤气燃烧的火焰为不发光焰,又是低热值,理论燃烧温度低,炉膛吸热份额较少,与传统的中压燃煤锅炉受热面布置不同之处在于把省煤器布置在高温烟气段,入口烟温为675℃,目的是为了增加炉膛吸热份额,省煤器设计为沸腾式省煤器,设计沸腾率为18%。

3.省煤器爆管的原因分析

这台锅炉的省煤器具体布置于由膜式炉膛后墙上部收缩到炉膛中间位置而分成前后两个烟道的后烟道中,近似正方形的炉膛一分为二,后烟道变成近似呈1:2的长方形截面,后侧长方形作为省煤器管束引入,引出集箱安装的位置。在长边全侧面布置省煤器,又要保证一定的流动速度,如果采用一次全部上升可能达不到设计最小流速,制造厂采用清华大学出版的《锅炉原理及计算》一书中省煤器三流程的布置方案。但在具体设计中,简化为在上下两集箱中设置隔板,使三级受热面实践内串联流程,出现了第二流程中省煤器管内工质向下流动。

经现场检验发现,这台锅炉在试运行中就发生爆管事故,原因有以下三个方面。

(1)省煤器在设计时存在较大的问题

这台锅炉炉膛内吸热量份额较小,为增加炉膛吸热量,采用在炉膛出口上,部分烟道布置省煤器,但有二点制造厂没有充分考虑到,即省煤器入口烟温高达675℃,比一般中压锅炉省煤器入口烟温高出200℃左右;另一方面采用这种三流程布置,第二流程为向下流动,要保证省煤器正常可靠运行,达到设计的沸腾率,一定要保证一定的流速,否则,很有可能出现汽化沸腾,气泡结聚而形成气塞,在高温烟气的作用下,管壁温度很快地超过允许使用温度,管子会因过热而涨粗,强度降低,在内压力的作用下,在受热最强的部位爆破。

(2)制造时隔板安装工艺不当

制造厂在集箱内隔板安装时,没有采用封焊的方法,只是在隔板放入集箱后,在集箱设定位置四周打几个孔,用螺栓顶住已放入在内的隔板,这种制造工艺造成内泄露量是较大的,约达30%左右,造成第一、二流程短路,第二流程缺水。在高温烟气的作用下,第二流程管子内工质汽化,然后出现汽塞现象,直至发生过热、涨粗、爆管事故。可见隔板安装工艺不当是引发事故的主要原因之一。

(3)省煤器再循环高度偏低

在点火升压时,省煤器的保护是通过打开再循环管,使省煤器管内的工质与再循环管之间形成一个自然循环回路。如果循环管高度偏低,循环流量就小,流速也低。这台锅炉省煤器布置在炉膛烟气出口的后烟道中,比一般中压锅炉的省煤器布置位置高出2Mduo,即点火时循环压头比一般中压锅炉低0.02MPa,相应的流速也低。因此,在点火升压时,即使不考虑其他因素的影响,也极可能在第二流程中汽化,出现汽塞现象,使管壁过热、涨粗,甚至发生爆管事故。

4.处理方法

处理方法原则上取消工质向下流动情况,以防止工况变化或在点火升压时,在向下流动中出现工质汽化现象。现把省煤器设计成上下两级,中间再加一集箱。下级省煤器设计采用40根水管,每根先水平绕四次再上升。上级省煤器为20根进水管,每根先水平绕四次再上升。这种设计消除了受热面管子内工质向下流动,使下级工质流速降低(原设计每流程均为22根管子)。一方面可以减小阻力,另一方面下级设计成非沸腾式。经计算下级省煤器的平均流速为0.49m/s,大于推荐的流速0.3m/s,阻力为0.19MPa。上级为沸腾式省煤器,沸腾点均在上级的中间,在饱和温度下40℃水速度达到1.085m/s,大于推荐值1m/s,阻力为0.36MPa,沸腾点后平均汽水流速达到8.12m/s,阻力为0.14MPa,现省煤器设计水流速都超过热力计算标准推荐值。包括省煤器出口集箱至锅筒连接管内的总阻力0.21MPa,比常规省煤器设计总阻力值0.392MPa还要小。

省煤器采用错排,提高了热效率,减少了受热面,热力计算的排烟温度从215℃降低到200℃,保持了与原锅炉设计应达到的性能。 经重新改造后,省煤器运行状况良好,达到新设计的要求。

(编辑/李舶)