贯流式锅炉运行特点及检验方法研究

江 华 周智龙 程 林

（1.抚州市特种设备监督检验中心 抚州 344000）

（2.景德镇市特种设备监督检验中心 景德镇 333000）

锅炉作为一种能量转换设备,一般适用于火电站、船舶、机车和工矿企业[1]。伴随着我国国民经济的蓬勃发展,工业锅炉制造取得了长足进步。燃气锅炉与传统燃煤锅炉相比较,燃气锅炉更环保清洁,操作智能化程度更高,SO2、NOx、碳化合物等排放物较少,随着烟气再循环等低氮燃烧技术的发展,清洁环保的燃气锅炉受到了企业的欢迎。同时周围燃气价格成本较燃煤锅炉成本高出2倍以上。很多企业将燃气锅炉作为备用锅炉使用。

1 贯流式锅炉的特点

燃气锅炉结构比较单一,中小参数锅炉一般以内燃锅炉为主,直到贯流式锅炉的出现。贯流式锅炉是一种小容量、低循环倍率的外燃式燃气锅炉,一般为立式布置。其典型结构为：上下2个环形集箱,通过中间的直水管连接,环形集箱以及直水管在炉体中间形成一个容腔,该容腔就是燃烧器火焰燃烧的位置。下集箱为水介质,通过加热直水管中的水介质产生蒸汽汇集于上集箱。

贯流式锅炉的结构特点决定了它的优势和缺点。贯流式锅炉因结构紧凑、占地面积小、点火升压快（有的3～5 min即上满压）、使用方便等优点,特别适合小型宾馆、招待所洗澡、蒸饭等用途[2]。贯流式锅炉的缺点：1）贯流式锅炉反应速度快,其控制系统精度要求高,控制系统拉高了整体造价；2）贯流式锅炉单机运行时优势并不明显,一般要配置2台以上；3）因循环倍率低,内外圈直水管热力场不均衡,存在传热恶化,对水质要求也很高,锅炉一旦发生损坏,一般无法进行修理。

2 贯流式锅炉内外部检验的难点

综合上述特点,为保证贯流式锅炉安全、高效的运行,应加强日常的维护保养以及定期的检验检测。但是,由于贯流式锅炉控制系统复杂以及结构紧凑,在外部检验中,极易引起控制及安全装置联动造成锅炉损伤；在内部检验中,检验人员无法进入内部甚至检验用设备仪器也无法进入,致使漏检等现象。针对这一现象,研究贯流式锅炉内外部检验方法,对锅炉运行状态和早期故障研判以及为维护保养提供方向起着非常重要的作用。

贯流式锅炉的检验难点主要在于：在外部检验过程中,由于贯流式锅炉蓄能能力小,运行参数随负荷变化而变化,加之其控制系统精度高、反应灵敏,在进行安全阀起跳、水位表清洗等模拟试验时,极易造成控制系统误判,特别是2台以上并机运行时,也会引起相邻锅炉联动,严重时会造成事故。在内部检验中,贯流式锅炉由于结构紧凑,只在上下集箱各留有1个检查孔,炉膛部分只能通过拆除燃烧器,对其检验也只限于肉眼观察,由于孔洞过于狭小,也很难通过仪器进行检测。

针对上述特点,在日常的维护和定期检验过程中,应综合各方面因素,制定相应的方案。这样既能完成检验,发现问题,又能避免因检验不当造成锅炉损伤甚至引发事故。

3 贯流式锅炉外部检验方法的研究

对锅炉定期检验而言,外部检验的风险高于内部检验,具备一定的过程风险。目前燃气锅炉的控制系统大多采用电子、DCS程控系统。而贯流式锅炉要求高精度及高效率,大多采用DCS系统或基于PLC、DCS系统的FCS联控系统,并机运行时,各锅炉通过并联线与系统相连。在外部检验时,应拔出并联线,使被检锅炉脱离控制系统,由并机运行转为单机运行,单台锅炉自带一套控制系统,检验时需密切观察锅炉参数变化。本着先汽水侧后烟风侧的原则,先对汽水系统进行相关的检验操作。首先在稳定负荷的前提下,进行安全阀的手动试验,在试验的过程中,应尽量短促,此时压力下降的同时,水位也会发生变化,密切注意水位及压力变化。水位或压力的波动一旦超过设定值可能会引起燃烧器大小火转换以及高低水位联锁。因此,压力和水位的变化应在设定值范围之内,同时应观察相邻锅炉参数变化,确保受检锅炉脱离主控制系统。

而对于压力表和水位表的检验,2019年2月发布的《市场监管总局办公厅关于贯流式锅炉相关技术问题的意见》中规定,针对压力表安装在蒸汽空间容易损坏的实际情况,允许将压力表安装在水侧。但在锅炉使用说明书中应明确对压力表连通管路的冲洗要求,确保其畅通[3]。在实际检验中如说明书有关于压力表连管的冲洗方法,应严格按说明书操作。但笔者认为,总的原则应不同于传统的冲洗,压力表安装在水侧,主要是因为蒸汽空间压力变化过于频繁,利用水的阻隔缓冲,防止表针剧烈跳动。冲洗过程中应控制三通旋塞开度及时间,防止引起震动。

TSG 11—2020《锅炉安全技术规程》中5.3.1.1条规定,对于有可靠壁温联锁保护装置的贯流式工业锅炉允许采用1个直读式水位表[4]。冲洗阀门可装设在水位表和水位控制筒之间,允许采用1个给水泵,锅炉可在高于最高安全水位状态下启动[3]。在传统锅炉中,水位表的冲洗阀门装设在水位表的下方,水位示控装置装设在水位表与锅筒（壳）之间。这种设置的目的是在冲洗水位表的过程中,利用水（汽）的冲击力对水位表内表面进行清洗。大多数情况下,水位表和水位示控装置下方各有1个冲洗阀门。在依次冲洗的过程中,水位表的显示和水位示控装置的反应并不同步,这在传统的锅壳式锅炉或水管锅炉中影响并不明显,但对于贯流式锅炉,这种微小的差异或许会产生严重后果,因此将冲洗阀门装设在水位表和水位控制筒之间,其目的也是尽量清除这种差异,保持同步。同时,由于贯流式锅炉存水量小、蓄能能力弱,为保证贯流式锅炉在点火成功后不致因水位急剧下降而出现受热面干烧的情况,而程控器及各控制单元还处于自适应过程,导致产生不安全因素。因此,在高于最高安全水位状态下启动是相对安全的。

在贯流式锅炉外部检验清洗水位表的操作过程中,清洗水位表也应尽量在高水位状态下进行。清洗手法也应和传统方法有所不同。汽水连管应分开进行,过程尽量短促,这样做的目的在于,贯流式锅炉对水质要求异常严格,并且水位波动很大,出现假水位的概率很低。水位表清洗的作用主要是验证汽水连管的连通性,同时高水位、短促的排放也是为了避免水位低于设定值下限后燃烧程控器保护并故障锁定。最后是贯流式锅炉的排污试验,在排污试验过程中,应密切关注水位,排污时短促、少量,只要验证排污管（阀）的连通性即可。小型贯流式锅炉,由于水容积很小,蒸发速率很高,所以必须定期对锅水进行全排放处理[5]。

在上述贯流式锅炉的外检项目中,几乎每个项目均有可能触发燃烧程控器保护及故障锁定装置。如果检验过程中出现这种情况,应通知司炉人员进行故障复位及二次点火,若二次点火失败,则必须由燃烧器调试人员进行故障排除后再进行启动。

综上所述,在贯流式锅炉的外部检验过程中,具有一定的危险性,特别是因检验引起的意外熄火。这就要求检验人员对锅炉的运行特点、控制系统、燃烧器等有一定的了解。只有了解这些特点,才能保证检验过程控制及意外有效处置。

4 贯流式锅炉内部检验方法的研究

贯流式锅炉的汽水系统结构简单,上下2个环形集箱,中间由两圈直管相连,在整个结构体系中,只有上下2个集箱外侧各开有1个观察孔。而烟风系统则是火焰由上向下喷射,高温烟气一般是由炉膛进入内外圈水管之间,然后从外圈水管后侧排出,大部分炉膛人员无法进入。贯流式锅炉这些结构特点,造成锅炉的内部检验极其困难。汽水侧的检验大多数情况下只能借助内窥镜进行观察,而烟风侧要进入炉膛内部检验,只能通过拆除燃烧器才能观察到炉膛。贯流式锅炉的燃烧器为分体式燃烧器,集成度较低,各部件可能分散布置,因此一般司炉或工程人员不具备拆解的技术条件以及权限,必须由燃烧器调试或维保人员拆解。

在检验过程中,汽水侧的结构形式是对称的,原则上通过内窥镜观察内部水垢情况及表面宏观也能够满足检验要求。而烟风侧由于采用上进上侧出,其温度场是不均衡的,管板接头及管子的检验,必须进入炉膛内进行观察,以及运用设备仪器进行检测。因此,贯流式锅炉的内部检验应解决看得到、进得去的问题,建议锅炉生产厂家及燃烧器生产厂家设计出能进入贯流式锅炉炉膛内更加安全便携的方法。

5 结束语

贯流式锅炉定期的内外部检验关系其运行的安全与稳定,只有充分了解贯流式锅炉的结构原理和运行特点,制定切实科学有效的检验方案,才能更好地在检验中发现问题以及防范贯流式锅炉内外部检验的风险,杜绝其在检验过程中事故的发生。同时,根据现代锅炉小型化、大型化两极发展的趋势,检验部门应积极探索开展非接触式检验新方法,以满足现代设备检验的要求。