一起过热器爆管的CFD分析报告

摘 要：对某锅炉过热器爆管的原因进行了CFD模型分析，通过烟气速度流场在不同工况下的模拟的对比，认为过热器的爆管原因是因为锅炉长期处于超负荷运行，沉降室内挡烟板变形、脱落以及均流假管区域局部损坏，造成气体流动路径的偏差，过热器管局部区域流速过高，烟气磨损过热器管，造成管子被刺穿、爆管，同时提出了改进措施。

关键词：过热器;CFD分析;改進措施

1事故描述：

锅炉运行一年左右时间，近期出现爆管现像，停炉检修发现过热器入口处挡板变形，并且有一处挡板脱落;发现2根过热器的管子被刺破、附近的管子也存在烟气磨损的情况;均流假管局部损坏、附近区域耐火浇注料脱落（详见图1、2、3）。

2 初步原因分析

从表中得知，实际运行工况烟气量超设计值32%，烟气温度超设计值70℃，锅炉处于严重超负荷超温状态。

分析初步原因如下：

1）过热器入口处挡板在烟气高流速冲刷、以及高温烟气双重作用下，严重变形、甚至有部分挡烟板已脱落。

2）挡板的变形、脱落造成气体流动路径的偏差，气体流动路径的改变导致过热器一侧的气体流动很大，偏流的大量烟气造成过热器入口侧的局部烟气流速过快。

3）高流速烟气冲刷过热器管，长时间超负荷运行导致管子穿孔，进而造成附近其他管子部分磨损。

3 建立CFD模型

为了验证初步分析的正确性，我们利用CFD仿真技术特点，针对锅炉的沉降室和过热器进行内部烟气流动进行数值模拟，获得内部速度流场参数，通过设计工况和运行工况等多工况下数值模拟做对比，分析并得出事故原因。

根据锅炉设计图纸，利用三维建模软件建立锅炉沉降室和过热器1：1全尺寸实物模型。对锅炉内部烟气流动进行CFD模拟计算，物理模型如图4所示。

对已损坏的沉降室，对锅炉内部烟气流动进行CFD模拟计算，物理模型如图5、6所示。

4 锅炉内部烟气流动计算结果（速度场）

5 结论

针对锅炉内部烟气流动进行CFD计算和分析，从图9可知局部区域流速过高，并且锅炉长期处于超温超负荷运行，过热器入口处挡板已严重变形、甚至有部分挡烟板已脱落。

挡板的变形、脱落造成气体流动路径的偏差，气体流动路径的改变导致过热器一侧的气体流动很大，偏流的大量烟气造成过热器入口侧的局部烟气流速过快，造成均流假管磨损，局部缺失430x430mm面积假管，造成空缺区域烟气流速高于34m/s，长时间的超流速运行，导致管子因磨损造成管子被刺穿而爆管，进而造成附近其他管子部分磨损。

6 改进措施

1）严格控制入口烟气量和烟气温度，尽量控制锅炉不要长时间超负荷运行;

2）增加烟气挡板的刚性，增加支撑，避免挡板被吹变形;

3）将烟气挡板进行绝热浇筑处理，避免高温下变形;

作者简介：

曹勇（1987-）：男，汉，赣榆人，工程师，大学本科，2010年毕业于南京师范大学热能与动力工程专业，从事余热锅炉研发工作。

（南通万达锅炉有限公司，江苏 南通226000）