锅炉对流过热器水塞的形成与消除 文档

锅炉对流过热器水塞的形成与消除

中国电力网 2008年1月31日09:51 来源：点击直达中国电力社区

摘要：在锅炉点火启动前，过热器管束下部U形管内，因各种原因存有积水。这些水在锅炉点火启动初期，在过热器U形管内形成水塞，造成过热器管束内介质停滞，使过热器管瞬间超温，导致过热器爆管。对水塞形成的原因及其特征进行了分析，并提出了消除水塞的“吸”、“截”、“冲”、“烧”、“烘” 5字措施。

大型锅炉立式对流过热器，因管壁温度超过其金属材料的允许耐热值，而导致爆管事故屡屡发生。其主要原因之一是，在锅炉启动过程中，当负荷较低时，立式对流过热器个别蛇形管束下部，因各种原因在U形管内存有积水，而形成水封，通称水塞(如图1所示)。由此造成蛇形管束内蒸汽停滞，使金属瞬间超温而导致爆管。特别是国产670 t/h锅炉，在锅炉点火启动的初始阶段，负荷较低时，对流过热器就曾发生过爆管事故。如：陡河发电厂

HG-670/140-9 型锅炉曾多次发生高温对流过热器爆管事故，其中3次发生在锅炉点火启动的初始阶段。又如：湖北荆门热电厂HG-670/140-8型锅炉，5年内发生了10次过热器爆管事故(高温对流过热器8次，后屏过热器2次)，同样都发生在锅炉点火启动初始阶段，当时的最高负荷为150～160 MW。

陡河发电厂曾多次组织有关技术人员对HG-670/140-9型锅炉的高温对流过热器爆管事故进行分析。爆管的破口形状、颜色和金属组织均显示短期严重超温特征。从运行操作、仪表记录分析看出曾有水塞现象发生。以下就立式对流过热器出现水塞的原因、特征进行分析，提出消除水塞的几点措施。

1 水塞形成的原因及其特征

锅炉点火启动前，对流过热器立式蛇形管束下部U形管内积水原因如下：

(1) 因立式对流过热器的疏水管装在上部联箱上(见图1)，锅炉水压试验后，过热器管束内积存水放不出去。

(2) 锅炉停运冷却过程中，部分蒸汽凝结水积于过热器U形管下部。

(3) 锅炉点火启动前，从锅炉水冷壁下联箱引入外来蒸汽进行加热，当锅炉汽包内产生蒸汽时，在对流过热器管束内产生凝结水积于该管束下部U形管内。

(4) 减温器系统疏水门开度过小或关闭过早；锅炉点火启动初期，负荷较低时，减温水量过大；减温器喷水孔故障；减温水雾化不良等，均会造成对流过热器下部U形管束内积水。

对流过热器内的积水，在锅炉点火后经过相当长的时间才会逐渐蒸发掉。因此水塞多发生在锅炉点火启动的初始阶段。锅炉点火后因投入的喷燃器较少，炉膛热负荷分布不均，有的过热器管束内积水先蒸发掉，蒸汽便由该管通过，此时该管水塞消除。但因锅炉负荷较低(蒸汽在过热器管内流速低)，对流过热器进出口联箱压差很小，靠此压差尚不能排除个别蛇形管束U形管内积水，由此导致较长时间存在水塞现象。水塞形成原理(见图2)用式(1)表示：

p1－p2＝ρgΣh (1)

式中 p1——过热器进口联箱内蒸汽压力，Pa；

p2——过热器出口联箱内蒸汽压力，Pa；

ρ——管内积水密度，kg/m3；

g——重力加速度，9.8 m/s2；

Σh ——管内各段水塞高度总和，m。

当锅炉负荷逐渐增大时，过热器进、出口联箱内的压差Δp为：

水塞消除的瞬间，管内积水被蒸汽冲出，过热器管壁金属温度瞬时陡降，又很快回升，温度表指示变化为瞬时(几秒钟就过去了)，运行值班人员很难发现，有时会误认为是仪表晃动，而不被重视；有时也发现过热器出口主蒸汽温度陡降，降幅可达30～50℃，经几分钟后恢复正常(见图3)。如陡河发电厂HG-670/140-9型锅炉，在一次启动初始阶段曾出现一次锅炉主蒸汽温度突然陡降40℃，约2～3 min后恢复正常。在负荷增加时又发现一次锅炉主蒸汽温度陡降30℃，约2 min后恢复正常。上述现象多发生在锅炉蒸汽流速突然变化，如锅炉启动向空排汽阀开大时；Ⅰ—Ⅱ级旁路阀开大时；汽轮机突然较大幅度增大负荷时。其原因是，蒸汽流速突然增大，过热器进、出口联箱内压差增大，压力超过水塞静压，见式(4)，将对流过热器个别蛇形管内的积水排到过热器出口联箱内，水混于过热蒸汽中，造成锅炉过热器出口主蒸汽温度突然陡降。

对流过热器蛇形管中积水在负荷较低时本应自行排除，但为什么有些对流过热器管束内形成的水塞在较长时间不能自行排除，而造成超温爆管呢?原因与减温水系统的运行管理有关，具体分析如下：

(1) 大型锅炉启动初期，一般给水泵采用定压运行方式，锅炉给水采用给水调节阀进行节流调节，此情况下给水母管压力较高，锅炉过热蒸汽减温水取自给水母管，因此减温水压力较高。又因大型机组多采用滑参数启动，启动初期负荷较低时，过热蒸汽压力也较低，所以减温水调节阀前后压差较正常运行时大很多，使减温水调节阀漏流增大，即使不投减温水时也会有一些减温水漏入减温器内。漏入的减温水喷雾效果较差，减温水未汽化系数增大，

未汽化的减温水不断流入立式对流过热器蛇形管内，使水塞排除时间延长。

(2) 锅炉启动初期给水温度较低(因高压给水加热器尚未投入)，减温水温度较低。又因减温器内蒸汽流速较低，导致减温水未汽化系数增大，此时如减温器疏水门开得过小或关闭过早，就会使未汽化的减温水不断流入过热器蛇形管内，延长水塞排除时间。

表1为陡河发电厂4号炉减温水量与减温器温度异常的分析。

(3) 减温器内减温水喷孔故障。如喷孔有一部分被焊渣、锈皮等杂物堵塞，会影响喷雾质量，也会使减温水未汽化系数增大，延长水塞排除时间。

(4) 近年来为节省锅炉点火启动用燃油，投煤粉过早，炉膛热负荷增加过快，锅炉蒸汽温度上升过快，导致投减温水过早。又因启动初期各种扰动较大，减温水量的变化幅度较大，由于减温水量使用过大，减温器出口汽温接近甚至低于同压下的饱和蒸汽温度。表1为陡河发电厂6号锅炉(HG-670/140-9型煤粉炉)一次高温对流过热器爆管事故分析记录。表1看出，在锅炉启动初始阶段，负荷较低时，减温水量使用过大，减温器出口汽温有时接近甚至低于同压力下的饱和蒸汽温度，这就会使对流过热器水塞较长时间不能消除。

综上所述，锅炉对流过热器水塞导致的爆管事故具有以下特征：

(1) 锅炉对流过热器爆管事故发生在机组启动初期，最高负荷150 MW左右。

(2) 爆管发生在锅炉水压试验后的启动过程中。

(3) 锅炉启动过程中发现个别过热器管壁金属温度大幅度陡降，或锅炉过热器出口主汽温度突然陡降。

(4) 锅炉启动初期曾发现减温水量超标，减温器出口温度接近或低于同压力下的饱和蒸汽温度。

(5) 爆管经常发生在高温对流过热器入口处的管束上，因来自二级减温器未汽化的减温水首先流入这些管束内，在此易形成水塞。

(6) 爆管的破口形状、颜色及其金属组织具有短期大幅度超温特征。

2 消除对流过热器水塞的措施

为防止锅炉对流过热器因水塞导致爆管，经长期实践，对对流过热器内能形成水塞的水采取：“吸”、“截”、“冲”、“烧”、“烘” 5字措施。具体如下：

2.1 “吸”