余熱鍋爐過熱器管變形原因及改進措施

1、余熱鍋爐過熱器管變形原因及改進措施摘要:本文主要針對余熱鍋爐過熱器管變形原因及改進措施展開了探討，通過結(jié) 合具體的實例，對鍋爐運行過程和低溫過熱器失效作了系統(tǒng)分析，并給了一系列 改進的措施，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。 關(guān)鍵詞:余熱鍋爐；過熱器；變形；改進措施.所謂的余熱鍋爐，顧名思義是指利用各種工業(yè)過程中的廢氣、廢料或廢液中的余熱及其 可燃物質(zhì)燃燒后產(chǎn)生的熱量把水加熱到一定溫度的鍋爐。但是余熱鍋爐存在著過熱器變形的 問題，需要我們采取有效的措施做好改進?；诖耍疚木陀酂徨仩t過熱器管變形原因及改 進措施進行了探討，相信對有關(guān)方面的需要能有一定的幫助。1 鍋爐運行過程分析1.l 啟爐過

2、程分析 公司曾多次組織專家進行研究，并先后兩次對高、低溫過熱器結(jié)構(gòu)和啟爐方式進行改進 以期達到緩解高溫過熱器變形的目的。更改過熱器結(jié)構(gòu)的主要措施是將先前的4 排高溫過熱 器管和8排低溫過熱器管改為2 排高溫過熱器管和4 排低溫過熱器管。對啟爐方式的更改主 要是針對過熱器進行的調(diào)整。原始設(shè)計中，在啟爐時過熱器內(nèi)加滿水，隨著高溫?zé)煔獾臎_刷， 過熱器內(nèi)的水逐漸發(fā)生相變、汽化排出過熱器系統(tǒng)，最終達到啟爐的目的。但使用該啟爐方案時，高溫過熱器內(nèi)的水吸熱量最大，最先發(fā)生相變，工質(zhì)密度減小， 在后部水動力的作用下工質(zhì)上升流出高溫過熱器。但在實際的啟爐過程中，運行環(huán)境復(fù)雜。 旦發(fā)生該現(xiàn)象，管壁在煙氣側(cè)990C

3、高溫的沖刷下，很快就會超過最高允許溫度，發(fā)生過 熱現(xiàn)象。針對該啟爐方式存在的弊端，公司在第二次技術(shù)改造中在過熱器啟動管路上增加了強制 循環(huán)泵，將過熱器的冷卻方式從依靠水汽的重力位壓差的自然循環(huán)方式改為強制循環(huán)，避免 出現(xiàn)因受熱不均或是工質(zhì)流動阻力等原因造成的局部管路過熱而發(fā)生變形的情況。現(xiàn)行的啟爐程序中在點火前就將過熱器循環(huán)系統(tǒng)投用。循環(huán)系統(tǒng)是將上鍋筒水引入循環(huán) 水泵送到過熱器，系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的汽水混合物再回到上鍋筒中，達到冷卻過熱器的目的。鍋爐 負荷70%,上鍋筒壓力1.5MPa時，鍋筒對空排汽門關(guān)閉，飽和蒸汽引入到過熱器。鍋爐自 點火并列的時間需要4h,至強制循環(huán)系統(tǒng)需要3h。在鍋爐升壓過程中

4、，強制循環(huán)系統(tǒng)前由 上鍋筒對空排汽閥排汽，并控制升壓時間，強制循環(huán)后開啟主汽隔斷門前疏水閥、過熱器疏 水閥，過熱器對空排汽電動閥排汽，然后關(guān)閉過熱器疏水閥，通過調(diào)整過熱器對空排汽電動 閥排汽控制升壓時間。1.2 啟爐數(shù)據(jù)分析 對鍋爐使用單位提供的鍋爐運行日志進行了查閱，在鍋爐啟爐操作規(guī)程中明確寫明:鍋爐 自點火并列的時間需要4h,至強制循環(huán)系統(tǒng)需要3h。但從運行參數(shù)中可以看出，從動力車 間得到點爐通知，到鍋爐達到額定參數(shù)并聯(lián)供汽，參數(shù)從汽包壓力為O.lMPa，主汽溫度為 119C達到額定參數(shù)一共耗時70min，遠遠低于規(guī)定的鍋爐啟動時間。短時間內(nèi)鍋爐參數(shù)的變 化將很有可能造成過熱器管內(nèi)介質(zhì)的流

5、動狀況偏離原設(shè)計。翻閱其他運行記錄發(fā)現(xiàn)，在可見 的啟爐運行記錄中，均存在啟爐時間遠低于操作規(guī)程規(guī)定時間的現(xiàn)象。1.3鍋爐穩(wěn)定運行數(shù)據(jù)分析 表1為鍋爐運行記錄顯示的鍋爐運行的典型參數(shù)。數(shù)據(jù)表明，鍋爐主要在44%額定負荷 下運行，其余熱煙氣量僅為設(shè)計流量的34%。這主要是由于廠家在第一次改造時將過熱器受 熱面減半的結(jié)果。表1鍋爐運行參數(shù)上述研究表明，低溫過熱器不存在材料用錯問題，但不論是爆管處還是變形處，在一年的時間里，出現(xiàn)嚴重的珠光體球化，說明低溫過熱器存在嚴重的過熱問題。圖3、圖4分別 為爆管和發(fā)生變形但未爆管的低溫過熱器管樣品分別進行了顯微鏡金相分析，爆管部位和變 形部位過熱器管的金相照片。

6、爆管部位的金相組織為珠光體+鐵素體+碳化物，晶界有明顯的 碳化物聚集，珠光體球化程度為4.5 級。過熱器管變形部位的金相組織中珠光體區(qū)域球化明顯，晶界有碳化物聚集，珠光體球化程度 為4 級。從圖3、圖4 還可以看出材料在長時間高溫服役時，珠光體中的碳化物在晶界處分 散、聚集、成球，由最初的片狀逐漸變?yōu)轭w粒狀，使得珠光體中片層碳化物明顯減少，最終 形成球化組織。球化組織形成的原因是奧氏體中的碳原子從碳化物尖角處向平面處擴散，其 結(jié)果破環(huán)了界面的平衡，使碳化物尖角處的奧氏體含碳不飽和，而碳化物平面處的奧氏體含 碳過飽和，為了恢復(fù)平衡，尖角處碳化物溶解使曲率半徑增大，平面處碳化物長大而使曲率 半徑減

7、小，最終使碳化物聚集成曲率半徑相近的顆粒狀。圖 3 中珠光體的球化評級高于圖 4 爆管情況較變形情況而言，材料高溫強度下降更低，屈服強度降低幅度更大，隨球化程度嚴 重程度增大，屈服強度降低明顯。2.2.2 過熱器局部狀況分析在爆管發(fā)生處明顯積存了大量的水垢，在割管處水垢厚度達到4mm,而在水垢積累最嚴 重部位，流通截面直徑從光管的30mm減少為10mm,流通截面積減少了 8倍。鍋爐啟爐的過程中，爐水通過鍋筒底部的循環(huán)管進入強制循環(huán)泵，再進入到高溫過熱器 出口集箱，直至低溫過熱器進口集箱的過程中，工質(zhì)與煙氣的流向相同，工質(zhì)在進入低溫過 熱器進口集箱前的湍度達到最大值，使工質(zhì)在壁面處蒸發(fā)，形成水垢

8、。15CrMoG的導(dǎo)熱系數(shù)為36W/(m?K),而水垢因其內(nèi)部孔隙不同，水垢內(nèi)各層次的結(jié)構(gòu)不 同等原因，導(dǎo)熱系數(shù)在0.1166.96W/(m?K)之間。水垢導(dǎo)熱系數(shù)低，使鍋爐受熱面的傳熱性 能變差。爐水中鹽類物質(zhì)在受熱面上結(jié)垢時要經(jīng)過一系列過程:形成過飽和溶液，微細的結(jié)晶 在過飽和溶液中處于溶解結(jié)晶平衡的亞穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)晶長大聚集而失去穩(wěn)定，成垢物質(zhì)在 受熱面上粘附并依序使晶粒長大，結(jié)硬長垢。鍋爐低溫過熱器使用的是15CrMo管，按蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定其允許金 屬壁溫在560C以下。當(dāng)鍋爐受熱面無垢時，金屬受熱后能很快將熱量傳遞給水。但當(dāng)過熱 器受熱面結(jié)生一定厚度水垢時，蒸汽的冷卻作用降

9、低，金屬壁溫會遠遠超過鋼材的允許金屬 壁溫。這時鋼材的高溫性能就會下降，最終造成爆管。從爆管的管樣可以看出，管壁內(nèi)側(cè)的 水垢厚度達到4mm,這就造成了過熱器管內(nèi)外側(cè)傳熱的顯著惡化，使過熱器管壁超溫，最終 造成機械性能下降，不能承受運行參數(shù)，造成爆管。根據(jù)檢測，該鍋爐水處理裝置運轉(zhuǎn)良好，水質(zhì)化驗結(jié)果無任何超標數(shù)據(jù)，因此造成水垢 積聚的原因并不是水質(zhì)惡化。該鍋爐的汽水分離裝置為孔板式分離器，在運行時需要水位線上有一定的蒸汽空間才能 獲得良好的分離效果。但在查閱運行記錄和向相關(guān)技術(shù)人員詢問后，發(fā)現(xiàn)該鍋爐存在高水位 運行的現(xiàn)象。鍋爐高水位運行，容易造成蒸汽帶水。由于鍋水的不斷蒸發(fā)和濃縮，在鍋筒汽 水分

10、界線處溶解鹽類含量不斷增加，水質(zhì)惡化。當(dāng)隨蒸汽進入到過熱器的鹽類物質(zhì)達到過飽 和時，鹽類在受熱面上析出固相，結(jié)生水垢。因此，鍋爐的高水位運行也是造成低溫過熱器入口爆管處存在的大量水垢的原因之一。 由于低溫過熱器入口段積結(jié)水垢，減小了流通截面積，造成低溫過熱器管路的流量分配 不均，受熱面處部分管子存在超溫現(xiàn)象，致使該管子雖末爆管，但還是發(fā)生了過熱變形。通過分析表明，鍋爐的啟爐方式和管路的布置方式使低溫過熱器進口集箱處過熱器管在 啟爐過程中的工作環(huán)境惡劣，尤其在強制循環(huán)泵解列前的汽液切換階段，管內(nèi)工質(zhì)的溫度達 到最高，煙氣側(cè)流量達到最大值，工質(zhì)流速低，使工質(zhì)在壁面處蒸發(fā)，形成水垢。在運行過程中，余

11、熱鍋爐經(jīng)常高水位運行導(dǎo)致鍋筒內(nèi)汽水分離裝置的分離效率降低，造 成蒸汽帶水嚴重，進入低溫過熱器管路后結(jié)成水垢。低溫過熱器管子過熱變形，甚至爆管都是由于管內(nèi)積結(jié)水垢，使傳熱惡化，造成管壁超 溫導(dǎo)致的。改進方法改變現(xiàn)有啟爐方式，增加過熱器旁通管路，將啟爐時過熱器系統(tǒng)工質(zhì)的流動方向改為 逆流。設(shè)置煙氣擋板，調(diào)節(jié)啟爐過程中煙氣流速，控制過熱器系統(tǒng)熱負荷。制定階段啟爐程序，避免啟爐速度過快。嚴格按鍋爐操作規(guī)程操作，嚴禁鍋爐高水位運行，鍋筒內(nèi)水位維持在正常水平。改進效果改進方法用于煙道式余熱鍋爐的啟動和運行控制，過熱器管中水垢厚度由原來420mm 降低到小于2mm,低溫過熱器管變形顯著減小，使用壽命增加，每年可為設(shè)備用戶節(jié)省檢修 費用約60萬元，節(jié)省綜合檢修造成的產(chǎn)值間接損失約750萬元，并為公司節(jié)省至少15d的 檢修時間，因此具有巨大的經(jīng)濟效益。該項目可在一定程度上保證余熱鍋爐的安全運行，對有同樣工況的余熱鍋爐的安全運行 具有一定的指導(dǎo)意義，經(jīng)濟效益、社會效益顯著。結(jié)語 綜上所述，過熱器作為