锅炉受热面的安全运行.docx

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锅炉受热面的安全运行

锅炉受热面的安全运行

1.1过热器和再热器的安全运行

过热器，再热器是锅炉的主要受热部件之一，在启停过程中和变工况运行时，过热器，再热器受热面的安全运行应特别引起重视，运行中应满足两个要求。

（1）过热汽温和再热汽温应符合汽轮机冲转，升速，并网，升负荷等要求。

（2）过热器和再热器在锅炉启停及不同负荷下运行母管壁应不超过材料的许可温度，联箱，管子等不产生过大的周期性热应力，以延长其使用寿命。

1.1.1过热器的安全运行

锅炉启动过程中过热器受热面的冷却是靠自身蒸汽的流动来完成的，此时若热偏差过大，就会引起过热器管壁金属的超温。

一般来说，立式过热器的积水是无法通过疏水门放掉的。

炉水压试验后启动，立式过热器内就充满了水，停炉后启动时立式过热器中也往往会有一部分凝结水，虽然各种过热器都设有疏水装置，但过热器中间蛇形管底部的积水无法疏出，这部分积水便会形成水塞，防碍蒸汽的流动，由于布置等原因，各平行管中的积水往往是不均匀的，在通汽压力不足时，仅部分积水少的管子能疏通，积水多的管子往往仍处于水塞状态，这就造成了管内工质流量的差异，使各平行管间产生热偏差。

对于墙式过热器，如果下部联箱疏水不充分时，也易造成水塞。

锅炉运行中，燃烧不良，烟道内局部积灰严重，造成两侧烟气量或烟温分布不均匀时，也会造成热偏差。

1.1.2再热器的安全运行

炉启动初期，当过热器系统尚未建立压力，旁路系统尚未投运之前，墙式再热器处于干烧状态，此时为了防止管壁超温，应严格控制炉膛出口烟温不得大于540℃。

除此之外，再热器的工作状态及安全运行，与过热器基本相同，在此不再重复。

1.2省煤器的保护及安全运行

汽包锅炉，在汽包和省煤器进口之间连接有再循环管，管上装有再循环门，锅炉启动期间或事故情况下，如停止进水时，应将再循环门开启。

由于省煤器内工质吸收烟气热量以及省煤器和汽包之间存在一定的位差，造成省煤器和汽包内工质的重度发生差别，使汽包内炉水经再循环门流至省煤器形成水循环，从而起到了保护省煤器的作用。

正常运行时锅炉不断进水，再循环关闭。

但应确保再循环门关闭严密，防止给水经再循环门短路直接进入汽包，从而造成省煤器因缺水而过热损坏。

对于直流锅炉，由于省煤器没有再循环装置，所以启动过程中应锅炉给水流量应式中大于最小启动给水流量，以保护省煤器的安全运行。

另外，省煤器出口一般设置了排空管路，将省煤器内的残余空气或部分汽化蒸汽排至锅炉汽水分离器，以防止省煤器传热恶化而过热损坏。

1.3自然循环汽包锅炉水循环系统的安全分析

1.3.1锅炉水循环的安全

锅炉的蒸发受热面处于炉膛高温火焰下工作，能否保持长期安全可靠地运行，主要取决于管子的壁温，如果壁温超过金属材料允许极限时，管子就要损坏。

另外，如壁温周期波动，即使壁温低于极限，管子也有可能因受交变温度应力的影响而产生疲劳损坏。

在一定热负荷下，管子外壁温的高低主要取决于工质的放热系数和流量，由于沸水的放热系数很大，正常情况下管壁温度应略高于工质的饱和温度，因而管壁不会超温。

但是，当管内汽水混合物的流动情况出现恶化时，管子内壁的水膜被破坏而代之以汽膜，使工质的放热系数显著降低，从而导致管壁的金属超温。

管内汽水混合物的流动情况，一般与水流速度、蒸汽在混合物中的容积率、压力的高低和热负荷的大小等因素有关。

锅炉的水循环安全与否可通过锅炉水循环特性试验来验证，相关的特性试验有：

（1）负荷特性试验；

（2）水位特性试验；

（3）压力特性试验；

（4）炉启动过程中的水动力特性试验；

（5）改变给水温度试验；

（6）定期排污试验。

1.3.2运行中提高锅炉水循环可靠性的措施

（1）减少并列管束的受热不均

由于炉内温度沿炉子深度和宽度的分布是不均匀的，故水冷壁各部分的吸热量也就有大有小。

对于四角切圆燃烧的锅炉来说，水冷壁中间部位的热负荷均较两边要高，尤其是燃烧区域附近的热负荷最大，而炉四角和下部则受热最弱。

运行中，为减少并列管束的受热不均问题，首先应从合理组织燃烧着手，减少炉膛内火焰的偏斜，维护燃烧室内不结渣，保持燃烧稳定，提高炉膛火焰的充满程度，控制汽温汽压使之保持稳定等。

此外，还应及时进行吹灰或“打焦”，保持受热面的清洁。

锅炉低负荷运行时，由于燃烧器投入数量较少，炉内火焰充满程度差，火焰又常易偏斜，故水冷壁的受热不均匀性相对增大。

此时，应特别注意燃烧器的运行情况，保持燃烧稳定，投入燃烧器时应尽可能对称，保持良好的火焰中心位置，提高炉内火焰的充满程度，以改善受热情况。

（2）防止下降管带汽

运行中，为防止下降管带汽，应维持正常的汽包水位，防止汽压和负荷的突变。

如水位过低，则会造成下降管带汽。

而汽压，负荷的突变，又会造成下降管入口工质的汽化，所以在运行中应注意控制和保持水位，汽压，汽温等参数的稳定。

1.4过热器和再热器偏差及管壁金属的超温

要使锅炉的受热面管子能长期安全工作，首要的条件是必须保证它的金属工作温度不超过该金属的最高允许温度。

在锅炉中，过热器和再热器的温度最高，同时受热面的热负荷也相当高，而蒸汽的放热系数又比较小，尤其是再热蒸汽压力低，放热系数则更小，因而过热器和再热器是锅炉各受热面中金属温度最高，工作条件最差的受热面。

在过热器、再热器各并列管中，当进口汽温相同时，管组内各并列管的出口汽温主要取决于各自的蒸汽焓增，蒸汽焓增越大，出口汽温越高，相应管壁温度也越高。

在实际运行中，由于烟气侧和蒸汽侧各种因素的影响，各并列管中蒸汽的吸热量即焓增值，往往是不同的，因而使它们的壁温也不相同。

一般来说，热力不均和水力不均是造成过热器或再热器热偏差的主要原因。

热力不均通常是指受热面处沿宽度方向和高度方向上的热负荷分布不均匀。

水力不均则是指受热面内工质流量的分配不均匀。

1.4.1影响热力不均的因素

锅炉炉膛及烟道中烟气的温度场，速度场分布的不均匀是造成过热器、再热器热力不均的主要原因。

在炉膛中，因有水冷壁吸热，所以水冷壁附近的烟气温度较低，炉膛中间温度较高。

烟气转入对流烟道后，也是两侧的烟温低中间的烟温高，且烟道中间的烟气流速往往高于两侧的烟气流速，这就造成了位于烟道中间管子的吸热量大于烟道两侧管子吸热量的偏差情况。

当运行调整不当造成炉膛火焰偏斜时，还将造成对流烟道两侧的热力偏差问题。

如果烟道中管子排列不均匀，管间的间隙有大有小时，也会造成各吸热的不均匀。

对于四角切圆燃烧的锅炉，往往还由于炉膛出口烟气的残余旋转使两侧烟气的流速和烟温产生偏差，由此而产生两侧烟道内受热面的吸热量不均匀。

1.4.2影响水力均的因素

在过热器或再热器各并列管中的蒸汽流量与烟道断面热负荷的分布均匀程度有很大的关系。

除此之外，各并列管的流量分配还与该管的流动阻力和进出口联箱之间的压差有关系。

当处于同一进出口联箱的各并列管工作时，蒸汽引入或引出管与联箱的连接方式会影响到联箱中压力的分布，由于联箱中压力分布的不均匀，造成了各并列管进出口压差的不同，使各管的流量产生偏差，从而引起水力的不均匀。

在联箱压力分布均匀，管子两端压差相同的情况，当各管的阻力不同时，阻力大的管子工质流量就小，阻力小的管子工质流量就大。

1.4.3减少热偏差的方法

（1）沿烟气流动方向，将过热器受热面分成若干级，级间有联箱使蒸汽充分混合。

对某一级来说把受热不同的管子联到同一联箱，再引到另一联箱，蒸汽在经过引出管时就会混合起来，并消除前面产生的热偏差，使各级的热偏差不会迭加及累积。

（2）“交叉”的办法是过热器分级后用以消除烟道左右侧温度不均的有效方法。

如果左侧烟气温度高，左侧受热面吸热强，则可以在蒸汽离开第一级过热器时使之左右交叉，厚吸热较强的蒸汽流到吸热较弱的右侧，原来吸热较弱的右侧的蒸汽流到吸热较强的左侧。

在两级焓值相差不多时，即可将热偏差抵消。

（3）采用定距装置，保证屏间距离及蛇形管片的横向节距相等，可以消除蛇形管间的“烟气走廊”，从而避免其相邻的蛇形管由于局部烟速过高及管间辐射层厚度增大引起的吸热量大于其它管子的热力不均现象。

（4）布置合理的折焰角和屏过。

合理的折焰角可以使炉膛出口烟气沿高度方向分布趋于均匀，并能改善炉膛火焰的充满程度，布置合理的屏式过热器，可以对炉膛出口的烟气起到分割均流的作用，使炉膛出口烟气沿宽度方向分布趋于均匀，以减少由于炉膛出口烟气存在残余旋转所造成的偏差影响。

（5）从运行操作上采取措施减少热偏差。

如合理地进行燃烧调整确保燃烧稳定，防止火焰偏斜，消除局部积灰或结渣，燃烧器的投停力求均匀和对称等，从减少热力偏差着手，尽量减少热偏差。

1.4.4防止过热器及再热器受热面管壁的超温

过热器及再热器超温的主要原因是管内工质的流量和管外热负荷不相适应所造成的。

当管内工质流量过小，温度过高或管外热负荷过大时，便有可能造成受热面金属温度的超限。

（1）引起过热器管壁超温的原因：

1）过热汽温过高，超限；

2）由于热力不均或水力不均造成过热器热偏差过大，使焓增过高的偏差管造成管壁超温；

3）由于燃烧调整不当使火焰直接冲刷管屏或水冷壁结渣严重使炉膛出口烟温过高，引起过热器过热负荷过高而导致管壁金属超温；

4）过热器进口安全门起座或过热器管内有杂物堵塞引起流量过小，可能因管壁得不到足够的冷却而发生超温；

5）过热器受热面内结垢严重，使工质对管壁的冷却能力降低，也可能造成过热器管壁的超温现象。

（2）引起再热器管壁超温的原因

1）再热汽温过高，超限；

2）由于热力不均或水力不均造成再热器偏差过大，使焓增过高的偏差管造成管壁超温；

3）由于燃烧调整不当使火焰直接冲刷屏式或墙式再热器，使该处热负荷过高而发生金属超温；

4）再热器前受热面严重积灰或结渣，使再热器外烟温过高，导致再热器管壁超温；

5）由于过热器进口或出口安全门起座，过热器向空排汽阀打开，再热器进口安全门起座，再热器管内有杂物堵塞，汽轮机联合汽门或高压缸排汽逆止门故障关闭等原因造成再热器通流量过小时，便有可能因管壁得不到足够的冷却而引起超温；

6）汽轮机故障跳闸，锅炉未联动停炉且高，低旁未联动打开，造成再热器内蒸汽中断时，将造成再热器管壁的严重超温；

7）再热器受热面严重结垢时，使工质对管壁的冷却能力大大降低，造成再热器管壁温度升高而发生管壁金属超温；

8）再热器处发生可燃物再燃烧，使该处热负荷剧增而引起再热器金属温度的超限。

（3）过热器及再热器受热面的安全运行

通过对造成过热器及再热器管壁超温原因的分析可以看出，为了防止发生管壁超温现象，首先应从减少过热器及再热器的热偏差着手，积极开展燃烧调整，防止火焰直接冲刷管屏或尾部烟道发生可燃物再燃烧；第二健全吹灰制度，防止因积灰或结渣引起的受热不均现象。

第三采取提高蒸汽品质的措施，以减少受热面内的结垢，严格控制汽温，防止发生汽温超限事故。

第四机组发生事故时应迅速、果断地按规定要求进行处理，防止由于处理不当或不及时而造成过热器或再热器受热面的超温和损坏。

1.5防止锅炉四管泄漏和爆破

在炉的各类事故中四管（省煤器、水冷壁、过热器、再热器）泄漏，爆破约占各类事故总数的30%，有的机组甚至高达50%-70%，因此认真做好防止锅炉受热面的泄漏和爆管工作，对减少机组非计划停运次数和提高设备健康水平将是十分关键的。

造成锅炉四管泄漏或爆破的原因是多种多样的，较为常见的原因主要有：

管材本身存在缺陷或运行年久管