电站锅炉过热器超温爆管的成因探究

摘要：本文重点分析了电站锅炉过热器超温爆管问题，阐释了锅炉受热面失效原理，根据流动以及传热的特点，找出导致超温爆管的根本原因，针对于超温爆管提出具体解决措施。

关键词：电站锅炉;过热器;超温;爆管;成因

1超温爆管的理论阐释

超温爆管通常情况下是金属管壁的温度工况高于允许温度范围内，导致金属管失去正常效果。探析造成超温爆管的原因，应从金属管壁的壁温入手。

公式（1）中展示了对金属管壁壁温造成影响的因素主要包括两方面：一是蒸汽侧;二是烟气侧。根据传热学相关理论，影响金属管壁壁温的因素在于烟气侧的热负荷q和蒸汽侧的对流换热系数α2。

2蒸汽侧放热系数α2对金属管壁壁温造成的影响

2.1物性参数B影响放热系数α2的具体原因

观察电站锅炉能够发现，导致过热器温度变化、蒸汽压力的原因在于以下两方面：

（1）如果负荷出现变化，那么电站锅炉同一过热器的压力将伴随温度的变化而发生改变，负荷增加随之带动温度压力的增大，压力增大将导致B值上升，从而造成α2增大;反之压力降低导致B值下降，α2降低。

（2）如果负荷相同，处于电站锅炉各个部位的换热器将呈现出P、T明显不同的状况，顺着蒸汽流向P呈现下降趋势，T呈现升高趋势，所以导致B产生下降。这种状况下将造成放热系数α2降低，影响到对流换热效果。

2.2流量影响放热系数α2的具体方面

流量影响放热系数α2有必要结合以下几方面考虑。首先，分析运行角度，负荷发生变化将导致放热系数α2发生改变;其次，管屏间的流量分配也将影响到局部区域的放热系数α2。

2.2.1负荷变化影响放热系数α2的具体方面

外界负荷发生变化也将导致蒸汽流量发生一定改变，外界负荷一旦增加，过热器的蒸汽质量流量将随之提高，α2也随之增加。这种状况下出现过热器爆管现象，很大程度上是由于烟气侧的热流密度q发生变化。（首先要将外部因素排除在外，例如异物堵塞等因素）

2.2.2流量分配影响α2的具体方面

2.2.2.1设计因素影响流量分配

当金属管内流动单相液体时，多种因素将会对并列管子间流量分配产生影响，导致流量分配不均匀。举例来说，联箱连接方式的区别、并行管圈间重位压头的区别、管径差异、查毒差异等因素。此外，吸热不均也将直接造成流量分配不均。

2.2.2.3减温水系统设计不符合科学性影响流量分配

一些锅炉再设计喷水减温系统的过程中，通常采用一只喷水调节阀用于对一级喷水总量进行控制，设计两个喷水回路。这种状况下，当左右两侧的燃烧工况、汽温产生的偏差过大，将造成工质变化不同、吸热不均匀，从而影响到流量分配，减温水系统不能通过调整左右侧喷水实现两侧汽温的平衡。

3烟气侧热负荷q对金属管壁壁温造成的影响

3.1炉内燃烧工况因素

炉内燃烧工况发生变化具体是指运行过程中炉内烟气动力场以及温度场出现偏移现象。导致这种现象的原因包括人为因素和结构设计因素。

3.1.1结构设计因素

目前，在我国大容量锅炉中通常采用四角布置切圆燃烧技术较为常见，当炉内烟气在屏过底部位置依然存在残余烟气，烟气旋转将造成烟气偏置、蒸汽场偏置现象。应用右旋切圆燃烧技术，炉膛上部受到辐射的受热面（分隔屏过热器，后屏过热器），按照炉膛宽度方向工质温升呈现出左边高、右边低的现象，如果采用左旋切圆燃烧技术，则温升特点恰恰相反。一旦汽水系统设计不科学，将造成出口汽温出现偏差，严重情况下会引发爆管。残余旋流依然存在的情况下，烟气速度场、温度场、流量场均有可能出现偏差，这将导致各个受热面热流密度q随之产生改变，对局部地区管子安全性造成隐患。

采用右旋切向燃烧方式，考虑到依然存在残余旋流，将造成上炉膛左侧气室内烟气运动过程中产生较大阻力，导致左侧气室烟气出现停滞状态，或者与残余旋流发生碰撞，产生烟气涡流，造成左侧烟气充满程度过大，对流换热系数增强。这种情况下，一旦两侧辐射情况相等，左侧热负荷将明显过高。左侧受热面的工作条件将进一步恶化。

锅炉水平烟道内的对流过热器受到屏区吸热不均匀的影响，导致进入对流烟道的烟温并非一致，右边温度高、左边温度低，加之炉膛上部左右两侧气流阻力不同，右侧流向的烟气流量增多，造成水平烟道内沿着炉宽方向出现明显的右高左低的热负荷分布状况，右侧过热器管子存在较大安全隐患。

3.1.2人为运行因素

人为运行因素是影响炉内工况的重要因素之一。如果燃烧调整不当，或者燃烧成分出现变化，都将影响到过热器壁面热负荷出现变化。当燃料的低位发热量提升，理论燃烧温度以及炉膛出口烟温随之提升，造成炉膛结渣现象，导致过热器壁温热负荷提升。燃料量不变的情况下，一旦增加水分，烟温将随之降低，烟气体积迅速增大，造成过热器出口汽温增高。过热器热负荷明显产生改变。

3.2高压加热器投入率因素

调查发现，目前我国大容量机组的高加投入率并不高，有些机组处于停运状态。一旦高压加热器停运将导致锅炉给水温度随之降低。运行过程中发现，向300MW、600MW的机组投入高压加热器，将提高其水温，停运高加会对锅炉负荷产生影响，为了使负荷不受影响，有必要增加燃料量。这种方式不仅增加了机组运行费用，同时增加过热器热负荷q，造成管壁超温。高加的投入率偏低成为引发过热器爆管的又一重要因素。

4结论

（1）导致超温爆管最主要的原因是管壁的温度工况，管外热负荷q和管内工质的对流换系数α2是决定管壁温度的重要因素。

（2）管内对流放热系数α2由管内工质流量决定，主要受到流量分配是否均匀、是否有异物阻塞、焊接指廊、减温器设计等因素的影响。

（3）管外熱负荷q的设计必须考虑到均匀和稳定的烟气速度场、流量场和温度场。高加的投入率也会对过热器保管产生重要影响。

参考文献：

[1]车畅，窦文宇，陈新中.超临界电站锅炉高温过热器爆管失效分析[J].金属热处理，2015，40（12）：189-193.

[2]赵华.基于电站锅炉高温过热器超温爆管问题的研究[J].黑龙江科技信息，2013，（2）：90.

作者简介：李广兵，1991年9月15日，男，辽宁省朝阳市，大学本科，助理工程师，热能与动力工程，单位：哈尔滨锅炉厂有限责任公司.