浅谈蒸汽锅炉受热面爆管的预防

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摘要： 本文分析了蒸汽锅炉受热面爆管的原因，指出了防止锅炉受热面磨损爆管应注意的要点以及减少尾部受热面磨损爆管应注意的问题。

Abstract： This article analyzes the causes of steam boiler heating surface cartridge igniter and presents the main points of preventing steam boiler heating surface abrading cartridge igniter and tips for reducing back-end heating surface abrading cartridge igniter.

关键词： 蒸汽锅炉；受热面；爆管；预防

Key words： steam boiler；heating surface；cartridge igniter；prevention

中图分类号：TM621.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）27-0059-02

1 蒸汽锅炉受热面管爆管的一些原因

在锅炉对流管束、水冷壁、过热器和再热器等高温部位发生的过热爆管，均因管壁的工作温度急剧升高超过了金属材质的耐热极限温度，使金属材质组织发生变化和机械性能相应降低而造成爆管。因此，防止锅炉受热面过热爆管的前提，必须是根据确切的受热面管子工作温度，选用耐热极限温度有一定裕度的管子，如所使用的管子极限使用温度和温度计算壁厚没有裕量或裕量很小，虽不会在短期内发生过热爆管，但也会转为长期性质的蠕变爆管，并因管子外壁受高温氧化腐蚀损耗而缩短其工作寿命。所谓确切的受热面管子工作温度，对于有过热爆管问题的受热面，除了管内结垢和管内阻塞的特殊原因以外，即可根据安装在管排上的各热电偶温度测点，找出锅炉各种工况下实际存在的温度差和过热点，以区别于锅炉热力计算和强度计算所选定的计算壁温。

在锅炉受热面中，过热器和再热器的工作条件最差，管子内部通过的是有一定压力的蒸汽。由于蒸汽的传热性能较差和外部的烟气温度较高，因而高温段的过热器和再热器管经常处在材质耐热极限温度条件下工作，更由于过热器和再热器管排因多种原因而实际存在热偏差，一旦实际运行的管壁温度超过材质的耐热极限温度和高温氧化温度，必将引起管子蠕变爆管和氧化腐蚀。因此，对于过热器和再热器选用管子材质，除必须依据确定的工作压力和工作温度以外，还应当考虑管排的热偏差等因素。

在各种型式的过热器中，屏式过热器的热偏差最大。屏与对流过热器不同，它的吸热量不仅沿炉子宽度方向不均匀，存在横向偏差，而且沿炉子深度方向（即同屏各管之间）由于管子长短不一以及受到的热量不同，还存在纵向的热偏差，因而热偏差情况更为严重。据国内外资料介绍，屏式过热器炉宽方向的热偏差为1.1～1.35，沿炉深方向的热偏差则高达1.4～1.6，屏的总热偏差可比一般对流过热器热偏差高1.5～2.5倍。显然，各屏的外圈管最长，受热面最多，吸热量最大，而且由于管子长，阻力大。流量小，蒸汽的焓增值就更大，故屏式过热器的最外层一、二圈管子的工作条件最差，最容易超温过热而爆管。因此，屏式过热器的外层一、二圈管子，除选用比内圈管高一级的耐高温管子以外，还应适当加厚管壁，以考虑辐射高温的氧化损失并缩短其长度（即减少受热面）。可将它改为管夹管的方式作夹持屏管用，以取代屏管上易烧坏的奥氏体不锈钢管夹，这样可以避免原来管夹烧坏后屏管发生散乱，使外圈管失去屏蔽保护作用而让内圈管处受辐射超温而过热爆管。为了保证管夹的管的工作安全，做第一次改装时，可在夹持管及其同屏相邻管和邻屏未改管上安装热电偶温度测点，与运行中进行温度的测量和比较，以夹持管工作温度不高于邻近管子即可。

锅炉水冷壁是辐射蒸发受热面，它处于燃烧室的高温辐射区，单位面积的吸热量远较对流水排管为高，从结构上考虑，必须确保水冷壁受热面的水循环安全可靠，尤其对于直流锅炉和强制循环锅炉的蒸发受热面，必须绝对保证给水品质和水动力工况可靠。这是最基本的要求。强制循环锅炉锅水循环泵及其进水管的布置，应能避免管内汽化，以保证水冷壁受热面水动力工况可靠。

2 防止锅炉受热面磨损爆管应注意的要点

锅炉尾部受热面，包括省煤器管、再热器管和后墙包覆管的飞灰磨损问题，在燃烧锅炉上普遍存在，尤其是在燃用劣质煤的大型锅炉和无中间水平演到的Ⅱ型锅炉，尾部受热面的磨损问题更为突出。在Ⅱ形布置的锅炉尾部烟道后墙处，均存在着局部的高速烟气流，由于烟气离开炉膛后急剧转向，使尾部烟道的后墙处飞灰充分集中，造成后墙包覆管、低温再热管和省煤器管局部磨损。因此，大批国产燃煤锅炉投入运行不久，普遍发生了尾部受热面省煤器等磨损爆管事故，经济损失巨大，情况十分严重。

近年来发展的循环化床锅炉尾部受热面的磨损问题较为典型，虽然对这种炉型的尾部受热面采取了多种力求完善化的防磨措施，但只能解决局部地段的磨损问题，没有从根本上解决尾部受热面烟气流速分布不均和尾部烟道后墙处烟气含灰量浓度过大问题。如果不采取降低烟气流速和解决气流不均的措施，仅仅在后墙管子弯头处采用管阻流瓦的烟气走廊处安装阻流板等阻流元件的局部措施，其结果只能使烟气和飞灰向阻力较小的部位流动，造成邻近的直管段局部磨损而爆管。另外，目前在省煤器管排上的防磨罩装置，仅限于上部第一、二排管加保护瓦，而灰粒对管外壁严重磨损的撞击角为30～45℃，对于错列布置的省煤器排管，不仅苫布第一、二排管受磨损，而且也磨损第三、四排管，以后才逐步减弱；特别在第一、二排管上装置保护瓦后、减少了横向节距，使烟速局部增大、更加速了第三、四排管的磨损。因此，三、四排管磨损爆管事故也频繁发生，从这一点意义上讲，燃煤的省煤器管排宜采用顺列布置，而这往往是被忽视的。

3 减少尾部受热面磨损爆管，应当注意以下几个问题

①炉型和尾部结构要设计合理，炉型一定要与煤种基本相适应，对于Ⅱ型炉一定要布置中间水平烟道。如燃用多灰分劣质煤或大灰粒粗煤粉，可考虑在中间水平烟道处装设立式的撞击式粗灰分离栅及带锁气器的落灰管。②尾部受热面处烟速力求均匀，其实，尾部受热面磨损的关键问题不在于平均烟速的高低，其主要矛盾在于烟气流速和飞灰浓度的分布不均匀。当然，如果Ⅱ型锅炉无法避免烟气流和灰浓度不均匀的问题，而飞灰的粘结性又不高的话，以不腐蚀受热面管子为原则，在省煤器处的平均烟速还是采用6～7m/s为宜，如果烟气流和灰浓度不均匀的问题不大，则省煤器处平均烟速采用10～11m/s也不成问题，一般说来，平均烟速的高低只造成管排均匀磨损而影响省煤器的整体寿命，与省煤器的局部磨损是两回事，另外，对管排顺列布置的省煤器，其平均烟速可以取得高些，对均匀磨损影响不大，对提高传热效率有利。③燃煤锅炉的省煤器管排应尽量改用顺列布置，因为顺列排管的飞灰磨损集中于上部第一、二排管，只要将第一、二排管的防磨措施做好，采用加厚的耐磨合金钢或包耐磨合金钢瓦，就可以对底下的管排起到屏蔽作用。将错列管排改为顺序管排，不仅可以缓和省煤器的局部磨损，而且还可以延长省煤器的整体寿命。④要缓和在后墙处形成的局部高速烟气流，Ⅱ型锅炉不均匀的烟气流和灰浓度难以避免，必须设法缓和后墙及侧后墙处高速烟气流，可采取的缓和措施：一个在包覆墙上有规律的布置缓冲挡板，使后部高速气流逐步缓冲；另一个是将省煤器处后墙外移，并将省煤器管加长，以扩大烟气的流通断面，使后部高速气流扩容降速。⑤完善省煤器管排的防磨和定位装置，无论是错别或顺列的省煤器管排，靠后墙处的弯头，侧后墙烟气走廊旁的直管和凸出在烟道内的包覆管，均必须装置耐磨的保护瓦，管排之间的间距要均匀一致，应加装定位间隔铁，以防管排散乱，避免形成疏密不均的烟气走廊而加速局部管子的磨损。⑥燃用多灰分劣质煤的锅炉宜采用鳍片式钢管省煤器，由于管子和鳍片的绕流作用，可使灰粒向气流中心集中，这就大大的减轻了鳍片管省煤器的磨损的积灰。另外，鳍片式省煤器内外阻力都比较小，传热效率也比较高，所占的空间和高度又比光管省煤器少。因此，改用鳍片管省煤器是一项既安全又经济的有效措施。

参考文献：

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[3]汪应林.论锅炉过热器爆管的机理和成因[J].中国井矿盐，2000（05）.