鐵合金煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)中鍋爐管子變形原因分析及解決措施

1.概況

2.余熱鍋爐出現(xiàn)問題

2.1 項(xiàng)目于2010年10月投產(chǎn)發(fā)電，穩(wěn)定正常，基本滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)可觀的發(fā)電量和經(jīng)濟(jì)效益，完成足夠的節(jié)能減排指標(biāo)，取得環(huán)保效益。

2.2 用戶側(cè)于2013年初，先后對(duì)8臺(tái)電爐的生產(chǎn)工藝進(jìn)行技改，加強(qiáng)保溫，減少漏風(fēng)，管理強(qiáng)化等，使進(jìn)入鍋爐的煙氣溫度升高至400---500℃，瞬時(shí)可達(dá)550℃，電站運(yùn)行人員密切監(jiān)視系統(tǒng)狀況，發(fā)電量明顯提高。然而大約3個(gè)月后，在進(jìn)行定期維護(hù)時(shí)發(fā)現(xiàn)過熱器下面的*級(jí)蒸發(fā)器受熱面部分管子中間部位向下彎曲，經(jīng)過入爐測(cè)量大下彎量100--150mm左右，但是當(dāng)時(shí)未查出根源所在，經(jīng)技術(shù)人員進(jìn)行鍋爐的熱力校核計(jì)算和水動(dòng)力分析后認(rèn)為，暫時(shí)不存在安全風(fēng)險(xiǎn)（主要指因水循環(huán)不暢導(dǎo)致爆管等問題），繼續(xù)維持現(xiàn)狀運(yùn)行，密切觀察，待尋找原因。

2.3在繼續(xù)運(yùn)行3個(gè)月后的下一季度停爐維護(hù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)該蒸發(fā)器管子嚴(yán)重下沉，大處達(dá)到300—400,幾乎屬于塌陷，見圖1,同時(shí)第二級(jí)蒸發(fā)器也有少量變形；

2.4 鍋爐目前采用燃?xì)饧げù祷?，除灰效果好，管子無積灰或積灰搭橋現(xiàn)象。

3. 問題分析及解決措施

3.1 查閱該鍋爐的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖，各級(jí)受熱面的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見表3,鍋爐的5級(jí)蒸發(fā)器是相同的。蒸發(fā)器的主要結(jié)構(gòu)特征，見圖2,變形后的蒸發(fā)器狀態(tài)。我們判斷，1級(jí)蒸發(fā)器已屬于"塌陷",該蒸發(fā)器已經(jīng)無法循環(huán)工作。

3.2 公司組織鍋爐技術(shù)人員再次勘察測(cè)繪分析，分別對(duì)鍋爐的水質(zhì)情況，管子取樣檢查內(nèi)、外部的結(jié)垢、腐蝕、管壁厚等情況，均為正常。

3.3 處于煙氣溫度高區(qū)域的過熱器管子并未變形，管子材質(zhì)與蒸發(fā)器相同；而且實(shí)際上過熱器的管壁溫度要高于蒸發(fā)器的管壁溫度；鍋爐運(yùn)行2年多一直正常，自從煙溫升高后大約半年時(shí)間就出現(xiàn)塌陷變形，煙溫升高的程度只造成蒸發(fā)受熱面變形，而未使壁溫更高的過熱器變形，說明，與管子內(nèi)部的工作特征有關(guān)：蒸發(fā)器內(nèi)部為水介質(zhì)，自重大于蒸發(fā)器內(nèi)部的蒸汽，另外，結(jié)合水動(dòng)力計(jì)算發(fā)現(xiàn)，該鍋爐的5級(jí)蒸發(fā)器采用了集中下降管和集中上升管的設(shè)計(jì)，而且各級(jí)蒸發(fā)器的受熱面積*相同，各級(jí)之間的傳熱功率差異很大，造成各級(jí)之間水循環(huán)倍率差異很大，在由蒸發(fā)器出口接管匯入總管時(shí)，汽化率大的1、2級(jí)蒸發(fā)器的循環(huán)動(dòng)力較小，而汽化率小的3、4、5級(jí)蒸發(fā)器循環(huán)動(dòng)力較大。造成出口阻塞現(xiàn)象，使各級(jí)蒸發(fā)器內(nèi)產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象。

3.4 經(jīng)鍋爐技術(shù)人員分析討論后得出以下結(jié)論：1）由于業(yè)主單方面對(duì)電爐技改后，使進(jìn)入鍋爐的煙氣溫度升高達(dá)100---200℃，嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)參數(shù)，鍋爐傳熱和水動(dòng)力過程嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值，使水循環(huán)不穩(wěn)定（過熱器未變形是由于管內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)穩(wěn)定，不存在熱冷交替產(chǎn)生的疲勞問題），管內(nèi)有汽塞現(xiàn)象產(chǎn)生，導(dǎo)致管子局部短時(shí)間過熱，加之激波吹灰力的作用下，使管子瞬間下沉彎曲，而一旦開始彎曲就會(huì)產(chǎn)生循環(huán)阻力，使水循環(huán)不暢加劇，汽塞嚴(yán)重，導(dǎo)致管子不斷的受到熱冷交替作用下，強(qiáng)度降低；2）支吊管子兩端的管夾間距偏大，使管子自身剛度不足。3）水平結(jié)構(gòu)的蛇形管式煙氣余熱鍋爐本身自然循環(huán)動(dòng)力不足，加之各級(jí)并聯(lián)共用下降管和上升管，造成各級(jí)之間流動(dòng)影響，是受熱強(qiáng)的2級(jí)反而循環(huán)動(dòng)力小，循環(huán)倍率太小，管子冷卻不足。

4）此種水平蛇形管結(jié)構(gòu)的煙氣余熱鍋爐，對(duì)煙氣溫度比較敏感；如果煙溫波動(dòng)較大，需要按照實(shí)際煙氣參數(shù)進(jìn)行水動(dòng)力計(jì)算考核分析，可能需要調(diào)整循環(huán)管路的結(jié)構(gòu)；5）自然循環(huán)鍋爐，不宜采用共用上升管形式設(shè)計(jì)，避免各級(jí)循環(huán)不平衡而相互影響；

3.5 處理措施：自從用戶改造電爐以后使煙氣溫度升高本來是好事，但是卻造成鍋爐蒸發(fā)器管子變形；如果只是簡(jiǎn)單的更換管子，該問題沒有從根源上改善，則換管子后管子還會(huì)變形。因此結(jié)合鍋爐的設(shè)計(jì)算過程，我們發(fā)現(xiàn)在實(shí)際工況下，鍋爐的受熱面管子偏多了，因此在檢查檢驗(yàn)鍋爐管子材質(zhì)并未明顯變性的情況下：

1）將過熱器、第1、2級(jí)蒸發(fā)器的面積減??；

2）對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生彎曲而循環(huán)不暢的管子進(jìn)行增加支吊裝置加固避免進(jìn)一步變形，見圖3;

3）增加高溫循環(huán)水泵，使1、2級(jí)蒸發(fā)器內(nèi)部工質(zhì)循環(huán)穩(wěn)定；

4）將1、2級(jí)蒸發(fā)器串聯(lián)，減少循環(huán)泵數(shù)量。這是投資少，施工簡(jiǎn)便，效果明顯的措施。

3.6 經(jīng)過短期的施工處理，該鍋爐很快投入正常運(yùn)行，運(yùn)行人員反映，鍋爐沒有了過去的不明原因的低頻振動(dòng)現(xiàn)象，鍋爐產(chǎn)蒸汽平穩(wěn)，運(yùn)行良好。

4.結(jié)束語

4.1鐵合金煙氣余熱利用發(fā)電中的余熱鍋爐是銜接鐵合金生產(chǎn)系統(tǒng)和汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，煙氣余熱鍋爐的性能、質(zhì)量至關(guān)重要。

4.2 在節(jié)能減排工程實(shí)踐中，應(yīng)改變"粗放式"做法，從"精細(xì)化"著手，應(yīng)就包括主生產(chǎn)工藝在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析配置，提出佳化的解決方案，注重每一個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)和質(zhì)量工作，使系統(tǒng)、節(jié)能、環(huán)保。

3.3充分總結(jié)余熱鍋爐技術(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并積極研發(fā)新技術(shù)和新工藝，提高余熱轉(zhuǎn)化效率，設(shè)備性能穩(wěn)定、降低系統(tǒng)成本，提高穩(wěn)定性，是當(dāng)今工業(yè)鍋爐技術(shù)人員的探索方向。