中温中压燃气锅炉自制冷凝器运行分析与改进

韩明杰

（山钢股份莱芜分公司能源动力厂，山东济南 271104）

前言

江西锅炉厂设计制造的130 t/h 中温中压燃气锅炉采用混合式喷水减温装置调节过热蒸汽温度。减温水来源主要有2 种方式：一是在锅炉本体最高处设计安装自制冷凝器，给水管道来的高压给水在自制冷凝器中与汽包来的饱和蒸汽进行热交换，饱和蒸汽冷凝后汇集于储水罐中作为主要减温水使用。同时在储水罐和汽包之间设有再循环管，当冷凝水量较大时可以回流至汽包。［1］另一种是在主给水管道分出一支路，使部分锅炉给水直接进入到混合式喷水减温器中，作为自制冷凝减温水的备用（见图1）。两种方式可以相互切换，当自制冷凝器发生故障或者冷凝水量不足以控制过热蒸汽温度时，可以投用备用减温水将汽温控制在工艺要求范围内。因饱和蒸汽凝结水水质优于锅炉给水水质，正常运行时，优先投用第一种减温方式。

图1 自制冷凝器喷水减温工艺简图

长年运行，多台同型号锅炉均出现了因自制冷凝器内部蛇形管泄漏导致主蒸汽温度骤降事故，有时会造成锅炉紧急停炉，对供热生产造成较大影响。

1 自制冷凝器泄漏原因分析

1.1 设备疲劳损坏及腐蚀因素

停炉冷却后，组织对冷凝器解体检查，发现固定蛇形管束的管板与蛇形管束间焊缝开裂，部分蛇形管出现了纵向3～5 cm裂纹（见图2）。管束外表面相对光滑，整体呈砖红色，经过管壁超声波测厚分析，未发现管束明显减薄现象（见图3）。出现类似故障的几台冷凝器均正常运行了2～5 年，在日常运行时未出现主蒸汽温度不正常下降和减温水用量较以往存在较大偏差等异常情况，可以排除自制冷凝器因材质不合格、焊接质量差或长期腐蚀等因素而导致泄漏的可能性。

图2 泄漏管束打磨后裂纹

图3 冷凝器管束

1.2 运行调整因素

1.2.1 投运初期水冲击问题

锅炉通过主给水管道上水至正常点火水位，组织点火升压，待主蒸汽参数接近并炉要求（中温中压400 ℃，3.4 MPa）时，运行人员电动打开主给水管道去自制冷凝器的电动入口阀，开始制造减温水，给水进入冷凝器蛇形管束，与蛇形管外部的饱和蒸汽进行热交换，饱和蒸汽放热凝结为冷凝水，汇集到储水罐中，经过减温水调节阀组进入过热蒸汽喷水减温器，控制汽温在工艺要求范围内。

在自制冷凝器投运初期，经常出现冷凝器及相连管道水冲击现象，伴随着巨大声响和设备振动，待减温水量足以满足汽温控制要求后水冲击现象消失。

1.2.2 水冲击原因分析

自制冷凝器通过8 根∅108 mm 管束与汽包连通，在锅炉点火、升压到并炉的3 h 内，随着炉水的不断升温升压，冷凝器内部的蛇形管外壁受到饱和蒸汽的持续加热，但是蛇形管内部没有给水进入，所以蛇形管束受到较大热应力。运行人员打开通往自制冷凝器的电动阀时，102 ℃的给水进入到冷凝器蛇形管时，因蛇形管和给水存在200 ℃以上的温差，造成给水瞬间汽化，冷凝器出口DN15 的2 只疏水阀疏通能力不足，从而导致冷凝器和相连的管道发生巨大的水冲击。

因此可判断在自制冷凝器投运初期，管束受较大的热应力和疏水能力不足影响，发生水冲击，造成了管壁3 mm的蛇形管束和焊缝出现裂纹，这是自制冷凝器泄漏的根本原因。当内部蛇形管及焊缝出现泄漏后，6.2 MPa 高压给水窜入到凝结水中，造成减温水量突然加大。若泄漏严重，高压给水会通过导汽管进入到汽包的饱和蒸汽空间，致使主蒸汽温度急剧下降，从而造成事故停炉。

2 整改和预防措施

2.1 改造自制冷凝器回水管道疏水

原设计在DN159 的回水管道上安装了2 只DN15 的疏水阀，与过热器疏水等汇集到一根主管引至定期排污扩容器，经过实际运行发现疏水能力严重不足。结合停炉机会，将DN15 疏水阀更换为DN32 的疏水阀，将疏水管路单独引至锅炉定排扩容器，避免了点炉期间不同压力的疏水相互影响，消除了冷凝器投运初期的水冲击现象。［2］

2.2 汽温骤降的应急处置

当锅炉正常运行过程中自制冷凝器出现泄漏，运行人员必须及时解列自制冷凝器，关闭通往自制冷凝器的进、出口给水电动阀，切换到备用减温水，控制主蒸汽温度在（435±10）℃，维持锅炉短时间运行。因给水品质低于自制冷凝水，长期使用给水会降低蒸汽品质，甚至造成过热器结垢，所以该炉型不建议长期使用给水作为过热蒸汽的减温水。

2.3 采用自制冷凝器滑启的运行方式，彻底消除投运期间热应力

按照厂家说明书在锅炉升温升压末期投用自制冷凝器的操作方式，会造成蛇形管束换热不均、壳体密封垫圈损坏、焊缝开裂、水冲击等。同时因自制冷凝水需要0.5 h左右，在并炉前极易发生过热器超温，严重威胁到锅炉长期安全稳定运行。

经过探索试验，采用自制冷凝器滑启的操作模式，即锅炉升温升压同步投运自制冷凝器的方式，彻底消除了冷凝器的泄漏。当锅炉点火成功后，稍开自制冷凝器出、入口给水电动阀（入口阀开度小于20%），使冷凝器蛇形管束内部充满给水，伴随着锅炉升温升压，来自汽包内部蒸汽对蛇形管束外部的热量被管道内部的给水不断带走，消除了蛇形管束较大的热应力。蒸汽凝结后通过再循环管回流至汽包。当锅炉汽温即将达到并炉条件时，稍开减温水调节阀进行喷水减温。随着并炉及锅炉负荷提升至额定负荷，逐渐全开自制冷凝器出口给水电动阀，根据减温水需求量逐渐开大入口电动阀。根据实际运行经验，入口阀开度达到60%即可满足锅炉额定负荷下减温水的需求。

3 结论

经过疏水管路改造后，自制冷凝器的疏水畅通，消除了投运期间的剧烈水冲击。采自制冷凝器滑启运行方式后，彻底消除了冷凝器及管道的水冲击和管束的泄漏。实践证明，采取以上措施后公司9 台同类型锅炉未再发生冷凝器泄漏事故，实现了燃气锅炉的长周期安全稳定运行。