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鍋爐受熱面的安全運行

更新時間:2023-12-13 22:39:13 閱讀：評論：0

2023年12月13日發(作者：人力資源部職責)

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鍋爐受熱面的安全運行

1.1 過熱器和再熱器的安全運行

過熱器，再熱器是鍋爐的主要受熱部件之一，在啟停過程中和變工況運行時，過熱器，再熱器受熱面的安全運行應特別引起重視，運行中應滿足兩個要求。

（1）過熱汽溫和再熱汽溫應符合汽輪機沖轉，升速，并網，升負荷等要求。

（2）過熱器和再熱器在鍋爐啟停及不同負荷下運行母管壁應不超過材料的許可溫度，聯箱，管子等不產生過大的周期性熱應力，以延長其使用壽命。

1.1.1過熱器的安全運行

鍋爐啟動過程中過熱器受熱面的冷卻是靠自身蒸汽的流動來完成的，此時若熱偏差過大，就會引起過熱器管壁金屬的超溫。一般來說，立式過熱器的積水是無法通過疏水門放掉的。爐水壓試驗后啟動，立式過熱器內就充滿了水，停爐后啟動時立式過熱器中也往往會有一部分凝結水，雖然各種過熱器都設有疏水裝置，但過熱器中間蛇形管底部的積水無法疏出，這部分積水便會形成水塞，防礙蒸汽的流動，由于布置等原因，各平行管中的積水往往是不均勻的，在通汽壓力不足時，僅部分積水少的管子能疏通，積水多的管子往往仍處于水塞狀態，這就造成

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了管內工質流量的差異，使各平行管間產生熱偏差。

對于墻式過熱器，如果下部聯箱疏水不充分時，也易造成水塞。鍋爐運行中，燃燒不良，煙道內局部積灰嚴重，造成兩側煙氣量或煙溫分布不均勻時，也會造成熱偏差。

1.1.2再熱器的安全運行

爐啟動初期，當過熱器系統尚未建立壓力，旁路系統尚未投運之前，墻式再熱器處于干燒狀態，此時為了防止管壁超溫，應嚴格控制爐膛出口煙溫不得大于540℃。除此之外，再熱器的工作狀態及安全運行，與過熱器基本相同，在此不再重復。

1.2 省煤器的保護及安全運行

汽包鍋爐，在汽包和省煤器進口之間連接有再循環管，管上裝有再循環門，鍋爐啟動期間或事故情況下，如停止進水時，應將再循環門開啟。由于省煤器內工質吸收煙氣熱量以及省煤器和汽包之間存在一定的位差，造成省煤器和汽包內工質的重度發生差別，使汽包內爐水經再循環門流至省煤器形成水循環，從而起到了保護省煤器的作用。正常運行時鍋爐不斷進水，再循環關閉。但應確保再循環門關閉嚴密，防止給水經再循環門短路直接進入汽包，從而造成省煤器因缺水而過熱損壞。

對于直流鍋爐，由于省煤器沒有再循環裝置，所以啟動過程中應鍋爐給水流量應式中大于最小啟動給水流量，以

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保護省煤器的安全運行。另外，省煤器出口一般設置了排空管路，將省煤器內的殘余空氣或部分汽化蒸汽排至鍋爐汽水分離器，以防止省煤器傳熱惡化而過熱損壞。

1.3 自然循環汽包鍋爐水循環系統的安全分析

1.3.1鍋爐水循環的安全

鍋爐的蒸發受熱面處于爐膛高溫火焰下工作，能否保持長期安全可靠地運行，主要取決于管子的壁溫，如果壁溫超過金屬材料允許極限時，管子就要損壞。另外，如壁溫周期波動，即使壁溫低于極限，管子也有可能因受交變溫度應力的影響而產生疲勞損壞。在一定熱負荷下，管子外壁溫的高低主要取決于工質的放熱系數和流量，由于沸水的放熱系數很大，正常情況下管壁溫度應略高于工質的飽和溫度，因而管壁不會超溫。但是，當管內汽水混合物的流動情況出現惡化時，管子內壁的水膜被破壞而代之以汽膜，使工質的放熱系數顯著降低，從而導致管壁的金屬超溫。

管內汽水混合物的流動情況，一般與水流速度、蒸汽在混合物中的容積率、壓力的高低和熱負荷的大小等因素有關。

鍋爐的水循環安全與否可通過鍋爐水循環特性試驗來驗證，相關的特性試驗有：

（1）負荷特性試驗；

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（2）水位特性試驗；

（3）壓力特性試驗；

（4）爐啟動過程中的水動力特性試驗；

（5）改變給水溫度試驗；

（6）定期排污試驗。

1.3.2運行中提高鍋爐水循環可靠性的措施

（1）減少并列管束的受熱不均

由于爐內溫度沿爐子深度和寬度的分布是不均勻的，故水冷壁各部分的吸熱量也就有大有小。對于四角切圓燃燒的鍋爐來說，水冷壁中間部位的熱負荷均較兩邊要高，尤其是燃燒區域附近的熱負荷最大，而爐四角和下部則受熱最弱。運行中，為減少并列管束的受熱不均問題，首先應從合理組織燃燒著手，減少爐膛內火焰的偏斜，維護燃燒室內不結渣，保持燃燒穩定，提高爐膛火焰的充滿程度，控制汽溫汽壓使之保持穩定等。此外，還應及時進行吹灰或“打焦”，保持受熱面的清潔。

鍋爐低負荷運行時，由于燃燒器投入數量較少，爐內火焰充滿程度差，火焰又常易偏斜，故水冷壁的受熱不均勻性相對增大。此時，應特別注意燃燒器的運行情況，保持燃燒穩定，投入燃燒器時應盡可能對稱，保持良好的火焰中心位置，提高爐內火焰的充滿程度，以改善受熱情況。

（2）防止下降管帶汽

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運行中，為防止下降管帶汽，應維持正常的汽包水位，防止汽壓和負荷的突變。如水位過低，則會造成下降管帶汽。而汽壓，負荷的突變，又會造成下降管入口工質的汽化，所以在運行中應注意控制和保持水位，汽壓，汽溫等參數的穩定。

1.4 過熱器和再熱器偏差及管壁金屬的超溫

要使鍋爐的受熱面管子能長期安全工作，首要的條件是必須保證它的金屬工作溫度不超過該金屬的最高允許溫度。

在鍋爐中，過熱器和再熱器的溫度最高，同時受熱面的熱負荷也相當高，而蒸汽的放熱系數又比較小，尤其是再熱蒸汽壓力低，放熱系數則更小，因而過熱器和再熱器是鍋爐各受熱面中金屬溫度最高，工作條件最差的受熱面。在過熱器、再熱器各并列管中，當進口汽溫相同時，管組內各并列管的出口汽溫主要取決于各自的蒸汽焓增，蒸汽焓增越大，出口汽溫越高，相應管壁溫度也越高。

在實際運行中，由于煙氣側和蒸汽側各種因素的影響，各并列管中蒸汽的吸熱量即焓增值，往往是不同的，因而使它們的壁溫也不相同。一般來說，熱力不均和水力不均是造成過熱器或再熱器熱偏差的主要原因。熱力不均通常是指受熱面處沿寬度方向和高度方向上的熱負荷分布不均勻。水力不均則是指受熱面內工質流量的分配不均勻。

1.4.1影響熱力不均的因素

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鍋爐爐膛及煙道中煙氣的溫度場，速度場分布的不均勻是造成過熱器、再熱器熱力不均的主要原因。

在爐膛中，因有水冷壁吸熱，所以水冷壁附近的煙氣溫度較低，爐膛中間溫度較高。煙氣轉入對流煙道后，也是兩側的煙溫低中間的煙溫高，且煙道中間的煙氣流速往往高于兩側的煙氣流速，這就造成了位于煙道中間管子的吸熱量大于煙道兩側管子吸熱量的偏差情況。當運行調整不當造成爐膛火焰偏斜時，還將造成對流煙道兩側的熱力偏差問題。如果煙道中管子排列不均勻，管間的間隙有大有小時，也會造成各吸熱的不均勻。對于四角切圓燃燒的鍋爐，往往還由于爐膛出口煙氣的殘余旋轉使兩側煙氣的流速和煙溫產生偏差，由此而產生兩側煙道內受熱面的吸熱量不均勻。

1.4.2影響水力均的因素

在過熱器或再熱器各并列管中的蒸汽流量與煙道斷面熱負荷的分布均勻程度有很大的關系。除此之外，各并列管的流量分配還與該管的流動阻力和進出口聯箱之間的壓差有關系。

當處于同一進出口聯箱的各并列管工作時，蒸汽引入或引出管與聯箱的連接方式會影響到聯箱中壓力的分布，由于聯箱中壓力分布的不均勻，造成了各并列管進出口壓差的不

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同，使各管的流量產生偏差，從而引起水力的不均勻。在聯箱壓力分布均勻，管子兩端壓差相同的情況，當各管的阻力不同時，阻力大的管子工質流量就小，阻力小的管子工質流量就大。

1.4.3減少熱偏差的方法

（1）沿煙氣流動方向，將過熱器受熱面分成若干級，級間有聯箱使蒸汽充分混合。對某一級來說把受熱不同的管子聯到同一聯箱，再引到另一聯箱，蒸汽在經過引出管時就會混合起來，并消除前面產生的熱偏差，使各級的熱偏差不會迭加及累積。

（2）“交叉”的辦法是過熱器分級后用以消除煙道左右側溫度不均的有效方法。如果左側煙氣溫度高，左側受熱面吸熱強，則可以在蒸汽離開第一級過熱器時使之左右交叉，厚吸熱較強的蒸汽流到吸熱較弱的右側，原來吸熱較弱的右側的蒸汽流到吸熱較強的左側。在兩級焓值相差不多時，即可將熱偏差抵消。

（3）采用定距裝置，保證屏間距離及蛇形管片的橫向節距相等，可以消除蛇形管間的“煙氣走廊”，從而避免其相鄰的蛇形管由于局部煙速過高及管間輻射層厚度增大引起的吸熱量大于其它管子的熱力不均現象。

（4）布置合理的折焰角和屏過。合理的折焰角可以使爐膛出口煙氣沿高度方向分布趨于均勻，并能改善爐膛火

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焰的充滿程度，布置合理的屏式過熱器，可以對爐膛出口的煙氣起到分割均流的作用，使爐膛出口煙氣沿寬度方向分布趨于均勻，以減少由于爐膛出口煙氣存在殘余旋轉所造成的偏差影響。

（5）從運行操作上采取措施減少熱偏差。如合理地進行燃燒調整確保燃燒穩定，防止火焰偏斜，消除局部積灰或結渣，燃燒器的投停力求均勻和對稱等，從減少熱力偏差著手，盡量減少熱偏差。

1.4.4防止過熱器及再熱器受熱面管壁的超溫

過熱器及再熱器超溫的主要原因是管內工質的流量和管外熱負荷不相適應所造成的。當管內工質流量過小，溫度過高或管外熱負荷過大時，便有可能造成受熱面金屬溫度的超限。

（1）引起過熱器管壁超溫的原因：

1）過熱汽溫過高，超限；

2）由于熱力不均或水力不均造成過熱器熱偏差過大，使焓增過高的偏差管造成管壁超溫；

3）由于燃燒調整不當使火焰直接沖刷管屏或水冷壁結渣嚴重使爐膛出口煙溫過高，引起過熱器過熱負荷過高而導致管壁金屬超溫；

4）過熱器進口安全門起座或過熱器管內有雜物堵塞引起流量過小，可能因管壁得不到足夠的冷卻而發生超溫；

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5）過熱器受熱面內結垢嚴重，使工質對管壁的冷卻能力降低，也可能造成過熱器管壁的超溫現象。

（2）引起再熱器管壁超溫的原因

1）再熱汽溫過高，超限；

2）由于熱力不均或水力不均造成再熱器偏差過大，使焓增過高的偏差管造成管壁超溫；

3）由于燃燒調整不當使火焰直接沖刷屏式或墻式再熱器，使該處熱負荷過高而發生金屬超溫；

4）再熱器前受熱面嚴重積灰或結渣，使再熱器外煙溫過高，導致再熱器管壁超溫；

5）由于過熱器進口或出口安全門起座，過熱器向空排汽閥打開，再熱器進口安全門起座，再熱器管內有雜物堵塞，汽輪機聯合汽門或高壓缸排汽逆止門故障關閉等原因造成再熱器通流量過小時，便有可能因管壁得不到足夠的冷卻而引起超溫；

6）汽輪機故障跳閘，鍋爐未聯動停爐且高，低旁未聯動打開，造成再熱器內蒸汽中斷時，將造成再熱器管壁的嚴重超溫；

7）再熱器受熱面嚴重結垢時，使工質對管壁的冷卻能力大大降低，造成再熱器管壁溫度升高而發生管壁金屬超溫；

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8）再熱器處發生可燃物再燃燒，使該處熱負荷劇增而引起再熱器金屬溫度的超限。

（3）過熱器及再熱器受熱面的安全運行

通過對造成過熱器及再熱器管壁超溫原因的分析可以看出，為了防止發生管壁超溫現象，首先應從減少過熱器及再熱器的熱偏差著手，積極開展燃燒調整，防止火焰直接沖刷管屏或尾部煙道發生可燃物再燃燒；第二健全吹灰制度，防止因積灰或結渣引起的受熱不均現象。第三采取提高蒸汽品質的措施，以減少受熱面內的結垢，嚴格控制汽溫，防止發生汽溫超限事故。第四機組發生事故時應迅速、果斷地按規定要求進行處理，防止由于處理不當或不及時而造成過熱器或再熱器受熱面的超溫和損壞。

1.5 防止鍋爐四管泄漏和爆破

在爐的各類事故中四管（省煤器、水冷壁、過熱器、再熱器）泄漏，爆破約占各類事故總數的30%，有的機組甚至高達50%-70%，因此認真做好防止鍋爐受熱面的泄漏和爆管工作，對減少機組非計劃停運次數和提高設備健康水平將是十分關鍵的。

造成鍋爐四管泄漏或爆破的原因是多種多樣的，較為常見的原因主要有：管材本身存在缺陷或運行年久管材老化，焊接質量不良,管內結垢或被異物堵塞，由于管壁腐蝕或高溫煙氣

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沖刷，飛灰磨損等原因造成管壁減薄，管壁由于冷卻條件惡化發生的短期大幅度超溫或長期過熱超溫，受熱面設計或安裝不合理，運行操作不當等。

為了防止鍋爐受熱面泄漏和爆破事故的頻繁發生，從鍋爐生產運行角度分析應做好以下預防措施工作：

（1）嚴格控制鍋爐參數和各受熱面壁溫在允許范圍內，鍋爐啟停階段參數的控制應嚴格按照啟停曲線進行。鍋爐變工況運行時應加強監視和調整，防止發生參數大幅度變化及管壁發生超溫現象。

（2）鍋爐啟動及停爐冷卻后應按照規定檢查和記錄各聯箱及膨脹指示器的指示，監視各部位的膨脹及收縮情況是否正常。

（3）加強鍋爐水、汽監督，保證汽水品質合格。發現汽水品質不良時應及時通知運行人員并逐級匯報，與此同時還應迅速查明原因進行處理。當汽水品質嚴重惡化危及設備運行時應采取緊急措施直至停爐。

（4）加強燃燒調整，防止發生火焰偏斜、貼壁，沖刷受熱面等不良情況。合理控制風量和風量的分配，避免風量過大或缺氧燃燒。投,停燃燒器應注意分布對稱、均勻，以盡量減小熱力偏差，防止受熱面超溫。

（5）鍋爐的結渣應及時進行吹灰和清除，防止

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