SZL15组装锅炉过热器爆管事故分析

摘要:针对SZL15-1.25/250-AⅡ锅炉短期使用后过热器管出现爆管事故,進行原因分析,对SZL15组装锅炉的过热器布置及相关设计作简要的探讨,并对该锅炉的过热器提出改进措施。

关键词:爆管、原因分析、设计与布置、改进措施

1 前言

随着工业经济的快速发展,对带过热器的工业锅炉需求也越来越多。过热器的作用是将饱和蒸汽加热到一定的温度,以满足生产工艺的需要,一般温度不高于400℃。天津某用户于2003年5月安装的一台SZL15-1.25/250-AⅡ锅炉,使用近5个月时间,过热器管子发生爆管。经现场检查,过热器蛇形管底部有一φ6mm的孔,因生产急需,堵管、水压后继续运行。使用一周后又出现过热器爆管,现场抢修后又继续运行,再次发生爆管,在一个月时间内连续发生三次过热器爆管事故。从爆管处看,有过烧现象,分层、析碳;剖开检查,管壁有少量盐垢。

2 原因分析

2.1 设计与布置

过热器受热面布置在烟气温度较高的地方,一般布置在700～900℃的温度范围内,达到既有足够的传热温压,又保证碳钢管在允许的温度范围内工作,一般不使用合金钢。其传热方式有对流、半辐射和辐射三种,工业锅炉采用的过热器通常为对流,特别是SZL系列组装锅炉由于炉膛空间小,设计时都采用对流过热器。过热器布置方式有垂直和水平两种。垂直布置的优点是结构简单,吊挂方便,结灰少,应用广泛;缺点是停炉后管内积存的凝结水难以排除,长期停炉后引起管子的腐蚀。在升炉时由于管内积水,在工质流量不大时,易形成气塞使管子过烧。该锅炉过热器采用15CrMoG材料,布置在炉膛出口处,采用垂直吊挂方式。热力计算结果:过热器入口烟温1080℃,出口烟温986℃。这样的温度区域相对较高,运行时的壁温也高,靠近炉膛处还受到火焰的辐射。

2.2 水质的影响

水质对过热器运行有直接影响,GB1576水质要求锅炉内水的碱度也需严格控制,碱度过高容易引起汽水共沸而带水严重,碱度高即锅水中盐浓度高,汽带出的水中的盐量也会增加,造成过热器积盐加快。定期的反洗是必要的,过热器中积盐现象是不能避免的,我们只能控制它的速度所以时间长了必须进行反洗,去除盐垢,保证过热器的安全运行。

2.3 运行中的影响因素。

2.3.1 锅炉负荷。对流过热器,随着负荷的增加,过热器蒸汽温度升高。由于负荷增加,燃料消耗量增大,燃烧后产生的烟气量随之增加,导致烟气流速加大,传热系数增高;同时由于燃料消耗量增加,使烟气温度升高,因此对流过热器的吸热量的增加值超过了由于负荷增加工质吸热量的增加值((Qgr/D)增大,使tgr升高)。SZL型组装过热蒸汽锅炉运行一定要保持一定的压力,压力低蒸汽容积膨胀,蒸汽速度增加,增大了蒸汽带水能力。

2.3.2 给水温度。给水温度降低时,使锅炉的总吸热量增加,其燃料消耗量必须相应的增加,造成对流过热器入口烟气温度升高和流量的增加,导致对流过热器吸热量增加,使蒸汽温度升高。一般情况下,给水温度变化不大,对蒸汽温度变化影响较小。

2.3.3 炉膛出口空气过量系数。炉膛出口空气过量系数的变化对过热器温度有显著影响。空气过量系数增大,炉内温度水平降低,辐射吸热量减少,烟气量增加,烟气速度增大,使对流过热器的吸热量增加,蒸汽温度升高。根据运行经验,空气过量系数增加10%,过热蒸汽温度将升高10～20℃。但必须注意的是,虽然过量空气系数的大小可以改变蒸汽温度的变化,但不能作为调节过热蒸汽温度的手段。因为增加过量空气将使锅炉排烟损失加大,减少过量空气系数,会使燃烧不完全,因此是不合理的。

2.3.4 燃料的变化。燃料中主要是煤中的水分和灰分的变化,引起蒸汽温度的变化。水分与灰分的增加,使烟气体积增加,使过热器的烟气速度加大,对流传热量增加,引起对流过热器蒸汽温度升高。根据经验,一般水分增加1%,对流过热器温度约增加1℃;灰分的影响比较复杂,如灰分增加,使燃料着火推迟,受热面污染加重等,影响对流传热。

2.3.5 炉膛出口烟气温度。炉膛出口烟气温度直接影响过热蒸汽温度。这种情况影响因素较多,如炉膛结渣、火焰中心移动、炉膛上部或过热器区发生局部再燃,以及受热面本身积灰、结渣等都会引起过热蒸汽温度发生波动。

3 设计探讨

3.1 与SHL型双锅筒横置式散装锅炉过热器对比。散装结构,锅筒可以横向布置, 且锅筒直径可以做大。横向布置可以使蒸汽沿锅筒纵向均匀分布,汽水分离均匀;蒸汽空间较大,减小饱和蒸汽带水,提高蒸汽品质;横向布置的过热器管受热比较均匀,蒸汽流量很均匀,可使过热器壁温下降,进入过热器的饱和蒸汽含水率很低,过热器积盐、积垢很少,过热器故障率极低。

3.2 组装锅炉过热器的结构特性。在组装工业锅炉过热器设计中,蒸汽流速一般根据管子的冷却条件和流动阻力不致过大为原则来选取。通常过热器总阻力不超过额定工作压力的10%。工业锅炉压力较低,蒸汽密度小,可以选用较高的流速来降低管壁温度。一般蒸汽流速取用25～35m/s,烟气流速根据管子不受磨损和不易积灰来选择,一般取8～14m/s。在锅炉过热器布置中,蒸汽流速和烟气流速都需要保证。过热器管的布置可以采用单排并联,多排并联,或单排内管子分为几个回程来保证蒸汽流通截面积和烟气流通截面积。过热器管一般采用φ32～φ45的无缝钢管制成,为减轻灰渣粘连,同时考虑支吊的方便,较多采用顺列布置。

3.3 汽水分离装置。由于工业锅炉运行条件差,而且SZL型双锅筒纵置式锅炉,沿锅筒纵向蒸发率相差很大,前高后低,前部水冷壁管蒸汽量大且从单排的水冷壁管中集中冲入锅筒,后部对流管束蒸汽量小且从整个下锅筒均匀进入上锅筒。锅水中盐份很大,蒸汽把锅水带入过热器后,水分进一步蒸发变为过热蒸汽,而盐份将会积累在过热器内壁上。时间长了会越积越厚,增加了管内壁热阻,将使过热器壁温上升,造成过热器超温,氧化,蠕变直至爆管。所以SZL型过热器锅炉防止爆管,减少蒸汽带水率是设计重点。改善汽水品质首先从改进汽水分离装置着手,过热蒸汽锅炉内部装置采用组合装置,下部由蒸汽挡板,水下孔板组成。蒸汽由蒸汽挡板引到水下孔板以下,经水下孔板节流后,从孔板的小孔中均匀进入锅筒蒸汽空间。由于SZL型锅炉,锅炉内蒸发量的不均匀性,水下孔板开孔需根据蒸汽负荷不同而开孔数量及密度也不同。蒸汽向上时经过给水层,使蒸汽中带水含盐浓度下降。蒸汽进入锅筒汽空间后经过一段距离进入波形板分离器,波形板分离器后边也布置一块均汽孔板,使经过每片波形板缝隙的汽量相近,使汽水分离效果达到最佳。上锅筒蒸汽引出采用多路引出,使沿锅筒纵向出汽均匀,避免由于局部蒸汽流速偏高而增加蒸汽带水量。另一个改善蒸汽品质的方式就是加大蒸汽出口到水面的高度。汽空间高度大于500mm时,蒸汽带水量已经很小。为增加汽空间高度,一般采用加大锅筒直径、增高蒸汽出口、降低正常水位。锅筒直径加大后如果正常水位与锅筒中心线位置不变,汽空间高度的增加将等于锅筒半径R的增加量,这样的增加量显然不理想。我们对对流管束进行了重新排列。一般情况下锅筒上管排的纵向减弱系数总是最小值,横向减弱系数比纵向大很多,但是横向节距由于要保证一定的焊缝净间距,避免焊缝热影响区重合,也已不能再减小。管口间净间距需大于20mm,φ900锅筒取相邻管角度9°,管口净间距19.7mm。而锅筒加大后如采用φ1000、φ1100锅筒,保证管口间净间距需大于20mm,相邻管间角度分别只需8.2°、7.4°。如果横向管排数量不变,从锅筒上引出的最高一根水冷壁管与水平线的角度将增大,锅炉正常水位也可相应下降,一般水位可下降100~150mm,这样可以最大限度的增大了汽空间高度,改善了蒸汽品质。

4改进措施

综合以上几方面考虑,对SZL15-1.25/250-AⅡ锅炉过热器设计与布置作如下改进:将过热器布置在燃烬室出口与对流管第一管束入口间,此区域进口烟温为900～980℃,热力计算结果如下:过热器入口温度976℃,出口温度885℃。受热方式为对流受热,一方面使过热器管壁温度不致于过高,少用合金钢材料,另一方面能使过热器出口汽温波动较平稳,运行比较安全。运行时注意表面连续排污和锅水的碱度,碱度过高容易引起汽水共沸而带水严重,汽带水的盐量也会增加,造成过热器积盐加快。连续排污除去汽水层的泡沫和较高的盐份,还有定期反洗也是必要的,过热器中积盐现象是不能避免的,我们能控制它形成的速度,时间长了必须进行反洗,去除盐垢,保证过热器的安全运行。

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