鍋爐傳熱及結焦的機理與預防措施研究

周文正 張現鵬 黃銀柳 劉濤

摘 ?要：鍋爐是化工行業生產中重要的動力來源之一。其產品的不可替代性就要求在生產中，鍋爐必須保持穩定長周期運行。但鍋爐故障時有發生，需要采取必要的措施來減少故障發生的幾率。在這些故障中，金屬腐蝕、管子失效等現象尤為突出。由于熱力計算結果與實際不符，設計時選用系數不合理，爐膛、鍋爐外形選用不當，過熱器系統結構設計及受熱面布置不合理，壁溫計算方法不完善，導致材質選用不當等，這些會使火側傳熱系統產生壁溫超高，管束爆管等故障現象。這些現象對鍋爐的安全生產造成了一定程度的隱患。

關鍵詞：傳熱;結焦;預防控制

在鍋爐安裝、檢修過程中，盡管每一步工作都有嚴密的規范要求，但實施起來往往很難做到萬無一失。焊接質量不好，聯箱中間隔板焊接不完全，聯箱管座焊縫有缺陷，異種鋼管的焊接，普通焊口的焊接質量，管子彎頭橢圓度不達標，彎管減薄，異物堵塞，管材質量，錯用鋼材及安裝質量這些因素的影響，必將對管束的正常使用造成一定的影響，甚至還會引發爆管現象的發生。在對鍋爐水側系統存在的問題進行了分析后，提出向鍋爐水中注入EWPT水處理劑。這種水處理劑有效減緩了水側系統的腐蝕、結垢對鍋爐運行產生的不良影響。同時還提高了蒸汽品質，降低了鍋爐水排污，實現了節能減排，履行了我們的社會責任和環保責任。作為動力使用的鍋爐，傳熱系統的故障是影響鍋爐安全、穩定、連續運行的一個重要的困擾因素，所以所有管理者對傳熱系統的故障都給予了很高的重視。

1 鍋爐裝置現狀

在實際運行中，鍋爐經常出現水冷壁管束爆裂的現象，造成鍋爐的緊急停工，同時也影響了蒸汽用戶的連續生產運行。在檢修過程中，發現這些爆裂的管束存在兩種現象，一是管束內部結垢比較嚴重;另一個是管束外部結垢也比較多。在實際運行中，還經常出現的問題就是省煤器和空氣預熱器管束的泄漏。在檢修時，發現這些管束外壁結垢物比較多，甚至有時都堵塞了煙氣的正常流通。這些問題的發生，對于屬于特種設備的鍋爐來說，有時只是一小段管束的更新，動輒需要十幾萬的維修費用，檢修費用相對來講非常昂貴。面對這些問題，急需解決措施，來緩解鍋爐的運行狀態，以達到減少故障，降低能耗，降低維修費用，保證安全穩定生產的目的。

2 設計因素對鍋爐傳熱系統的影響

鍋爐燃燒過程中均存在煙氣溫度、速度、氣體成分、風粉濃度、粉粒度、燃盡度、灰粒度和灰濃度在煙氣中的分布差異，稱為煙側熱力偏差。這種煙側的熱偏差受兩種因素影響：一是鍋爐爐膛內燃燒所涉及系統的燃燒過程;二是由于結構上的影響，傳熱系統的吸熱均勻性不同，不同的部位吸熱量不同。不同燃燒方式有不同的爐內過程特色，不同爐型結構反映出不同吸熱特性，不同燃燒方式的煙側熱力偏差表現形式不一樣。如切圓旋轉燃燒，具有偏差的煙氣在旋轉上升過程中同時繞經四周水冷壁時，其吸熱偏差較小;當旋轉切圓偏離中央時，則吸熱偏差增大。若取用煙氣旋轉方向與螺旋水冷壁旋轉方向相反時，可更有效地減小吸熱和煙側偏差。又如平流上升燃燒，當爐內過程組織和燃燒控制合理時，各支火焰偏差小，總火焰熱力偏差和吸熱偏差可達預期目標;但當負荷變化幅度較大而需停運部分燃燒器時，因各燃燒單元互補性較差而使總火焰產生較大熱力偏差，有時甚至難以預料。

2.1 熱力計算結果的影響

熱力計算中，由于設計經驗及實際工作經驗的缺乏，導致在計算爐膛傳熱計算時，所采用的傳熱系數并不能準確的反應出此臺鍋爐的實際傳熱效果。理論上的計算結果必將和實際的結果出現偏差。這樣就造成水冷壁、過熱器等受熱面的面積布置不能很好的滿足于傳熱的需求，造成介質溫度偏離設計點，或者造成受熱面的超溫。

2.2 爐膛、鍋爐外形選型上的影響

動力鍋爐始建于上世紀七十年代末，在設計制造時，并沒有充分的理論和實際的相互結合的經驗。這對鍋爐的選型，鍋爐的內部結構的安排都沒有標準可參考。這樣就使設計出的爐膛不能適應漸次改變的運行條件。鍋爐爐膛結構上的不合理，就會使水冷壁管束局部超溫，造成爆管。爐膛的高度也影響了水冷壁和過熱器管束內蒸汽溫度，爐膛偏高，會使蒸汽溫度偏低。相反，爐膛高度偏低則又可能引起超溫。

2.3 過熱器結構和受熱面布置的影響

鍋爐受熱面熱管布置形式大致有三種：垂直上升管、水平管和斜管。受熱面管束中的工質有單相體，也有兩相體。如省煤器或下降管束中就只有流動的水，在過熱器或再熱器中流動的是蒸汽，流動的都是單相體。而在蒸發器的受熱面管束內，流動的則是蒸汽與水的混合物，是兩相體。對于單相體，它的流動形式主要分為層流和紊流兩種。在多種因素的影響下，汽水混合物在管束內的流動形式比較復雜。由于不同的流動形式具有不同的動力特性和傳熱特性，因而就需要對鍋爐傳熱系統內介質在管束內的流動形式進行仔細的分析，而這種分析對管束的失效分析也有十分重要的意義。

2.4 壁溫計算方法不完善的影響

鍋爐過熱器是由許多并聯在進口集箱和出口集箱上的熱管組成的，形成并聯管組。當多管并聯工作時，各管的工作條件可能不同，如果并聯管組內的水動力學工況不佳，使其中一管工作不安全，則整個受熱面管組的工作可靠性就不能保證。并聯管組能可靠工作的重要保證為力求使各并聯管均在設計工作條件下工作。但這是不可能完成的任務，因為每條管束因為自身的因素以及外界因素的影響，都會使管束內水力特性各不相同。

2.5 異物堵塞的影響

鍋爐在長期運行中，會有腐蝕下來的物質，堵塞在管路內，特別是容易淤積沉降在管路下部的水平段或彎頭的部位。由于無法進行有效的清理，就容易造成過熱而引發爆管事故的發生。在制造或檢維修過程中，也會有焊渣或其它雜物遺留在管束內不能清洗干凈，這樣也會使管束由于過熱而爆管。

2.6 管材質量問題的影響

在鍋爐運行中，水冷壁管束內部是高溫熱水，而外部是燃燒器產生的高溫;過熱器管束內則是高溫蒸汽，而外部則是高溫煙氣。這兩種管束內外壁溫度相差較大。而鍋爐傳熱管束的受熱面大都處在高溫應力的作用之下，高溫蠕變對管束的影響很大，這就對管束的材質提出了較高的要求。但實際上，由于我國鍋爐用管束在制作工藝上并不完善和十分的先進，管束本身還是存有很多的缺陷。這些缺陷嚴重的影響了管束鋼材的機械性能和熱加工性能。這些缺陷有時會對部件產生較大的破壞，有時甚至引起管束的爆管現象發生。

2.7安裝質量問題的影響

大型鍋爐中，鍋爐傳熱系統中受熱管受熱面積一般比較大，分布面廣，在整個傳熱系統中屬于復雜的部分。在安裝這些受熱管束時，要保證滿足工藝要求，而且還要保證管束安裝的合理性，避免產生煙氣通道，造成熱量的不完全交換和傳遞，降低鍋爐的熱效率。

3 結論

綜合上述分析，設計因素對鍋爐管束的影響占有很大的比例。但這種影響，對于已經投入使用運行的鍋爐來說，已經無法避免。而要對其改善，難度也是相當的大。這就要求鍋爐管理者要加強鍋爐管理，要重視操作管理，重視對鍋爐的定期檢測和該進式修理，努力將可能造成的鍋爐管束失效現象減少到最小的范圍。

參考文獻

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