锅炉再热器超温的原因分析及解决对策

锅炉再热器超温的原因分析及解决对策
摘要：本文对影响锅炉再热器壁温的因素进行了归类，并根据各类原因提出建设性解决措施，这些措施可为制定降低再热器壁温的技术方案提供参考。

关键词：锅炉；再热器；超温
0简述
由于过热器和再热器的受热面积增大，同屏管子数目增多，如何设计合理使得热量及流量等分配均匀成为我国锅炉设计向大容量、高参数发展的过程中亟待解决的问题。

从大量文献中可看出在目前大型电厂中，锅炉再热器超温爆管现象很常见，电厂中对此种事故处理的方法主要是停机检修，或者在大修中更换管子材料使其更耐高温，虽超温次数在一定程度上得到减少，但仍没有从根本上解决再热器超温爆管这一问题。

本文在文献[1]~ [6]的基础上，总结分析各电厂在运行中出现的再热器超温问题，并提出一些解决措施以供设计参考。

1再热器超温的因素分析
在运行当中造成再热器超温的原因很复杂，不仅与再热器的设计有关，而且还与机组的运行、燃烧方式等因素有关。

但从换热角度来分析，主要原因有再热管管壁与管外烟气，管壁与管内蒸汽间换热及管壁本身的导热不良所致，下面分别对其影响因素进行简单分析。

1.1 管外换热
由热阻的定义分析可知，管外烟气换热对再热器温度的影响占主导地位，具体因素如下：
（1）炉膛出口过量空气系数。

机组运行中通过监测炉膛出口过剩氧量来监控过量空气系数。

烟气量和炉膛出口烟温的变化对过量空气系数造成最直接的影响，同时还会引起其他运行参数的改变。

由炉膛出口温度计算公式：
式中：M—经验系数，它与燃料的性质、燃烧方式和燃烧器布置得相对高度、炉内火焰平均温度和理论温度等因素有关；Ta—炉膛理论燃烧温度；0—波尔兹曼常数；a1—炉膛黑度；—炉内辐射受热面热的有效系数；F1—炉膛辐射换热面
积；—考虑炉膛散热损失的保热系数；Bj—计算燃料消耗量；VCp—燃烧产物的平均比热容。

假设只有过量空气系数发生了变化，则忽略掉一些次要因素以后引入常数k，则：
然后两边取自然对数，并取求导，最后得：
经计算当变化不是很大时，其前面的系数变化非常小，可以忽略不计，因此变化时，炉膛出口烟温几乎不变。

增大时，烟道内对流换热量变化可以定性的有以下公式求得：
其中：k=（d+f），是对流换热面有效换热系数；d=C1w0.65；；
f=C3T3；t=ty-tg。

同样两边取自然对数，并求导得：
式中f=f /（d+f）。

从上式可以判断出过量空气系数增大，对流换热量增大。

同时增大时，烟气容积同步增大。

因此过量空气系数增大时，再热器壁温升高。

另外，当过量空气系数减少时可能造成燃烧空气供给不足，使飞灰含碳量增高，从而增加机械不完全燃烧损失，另一方面过量空气系数减小时，排烟体积减小，排烟热损失降低，从而引风机电耗降低，增加锅炉整体的经济性。

因此，选择合适的过剩氧量值非常重要。

（2）炉膛出口烟气动力场。

①烟气余旋。

在切向燃烧方式的锅炉中，炉膛出口的烟气残余旋转是造成过热器和再热器区域烟道中沿宽度烟气温度场和流速场不均匀的基本原因。

这种不均匀性会造成过热器和再热器沿烟道宽度各屏(片)的吸热(热负荷)偏差。

②烟气走廊。

对流受热面中横向节距不均匀时，在个别蛇形管片间具有较大的烟气流通截面积，形成烟气走廊。

烟气走廊阻力小，烟气流速快，加强了对流换热，烟气走廊还具有较大的烟气辐射层厚度，也加强了辐射传热。

因此，烟气走廊也加大了再热管壁超温的可能性。

③配风工况。

炉膛配风工况的好坏直接关系着炉膛出口的烟气流场。

一二次风配合良好有利于燃烧完全且使得出口烟气流场均匀。

（3）炉膛出口烟温及其分布。

①煤质及煤粉细度。

若运行燃烧煤种极不稳定，经常与设计煤种存在较大偏差。

当燃煤的水分增大时，水分在炉内蒸发需吸收热量，这使得炉膛温度相对降低；水分增加同时使得烟气体积增大，屏式过（再）热器吸热量减少，对流过（再）热器吸热量增大，也有可能造成超温。

②水冷壁结渣。

当锅炉的水冷壁结焦时，水冷壁管被焦渣所覆盖，导热热阻增大，水冷壁吸热量减少，炉膛出口烟温升高；且当水冷壁吸收的热量减少时，锅炉的蒸发量减少了，这时就要加大煤量，烟气量的增加和蒸汽流量的减少将导致后部再热器的超温。

③炉膛内的温度场。

炉膛四面炉壁的热负荷可能各不相同，沿炉膛宽度温度分布的不均，将会不同程度地在对流烟道中延续下去，也会引起对流受热面的吸热不均，造成局部超温。

④烟气余旋。

对于四角切圆燃烧方式，烟气余旋不光使得烟气流场不均，也造成烟道内温度场不均，最后导致局部超温。

1.2 管内对流换热
（1）管内热偏差。

热偏差是指并联管组中由于每根管子的结构、热负荷和工质流量大小不完全一致，导致工质焓增不同的现象。

影响再热器热偏差的因素主要有三方面：①结构不均。

结构不均会影响蒸汽的流量不均和吸热不均，受热面积大的管子工质吸热多，但阻力大，使管内工质流量减少，导致热偏差加剧，受热面产生超温爆管。

②流量不均。

结构不均会引起流量不均，在吸热量相同的条件下，流量越小的管子热偏差越大。

③热力不均。

影响热力不均的因素较多，烟气侧温度不均和流量不均是导致热力不均的主要原因，此外，受热面结构不均也会导致热力不均。

（2）设计方面。

再热器进口集箱的三通处存在涡流流动，造成较大的同屏间各管流量偏差，负荷低时，流量偏差更加明显。

涡流区由于蒸汽静压损失，管屏中蒸汽流速降低，流量减少造成再热器超温爆管。

（3）汽机高压缸排汽温度较高时，低温再热器入口汽温增大，使得管内换热的温差减少，换热效率降低，管壁温度升高。

1.3 管壁的导热
（1）管壁积灰使管壁导热热阻增大，传热效果变差，同时烟气通流面积减少，造成局部烟气流速高，加剧壁温升高。

（2）当煤质变化频繁或者烟气流速过大时，飞灰长时间冲刷管壁导致管壁被磨薄，影响金属壁热阻，进而影响再热器出口气温，也会引起再热器爆管。

2再热器超温的解决对策
根据再热器管壁超温的几种可能因素，下面给出再热器超温的一些解决方案。

2.1 管外措施分析
（1）选取合理的过量空气系数。

过量空气系数的选取既要能够使得煤粉较快、较充分的燃烧，另外也不能选得太大，太大会造成烟气流量增大，再热器管壁换热加强可能超温。

（2）改善炉膛出口烟气流场。

①消除炉膛出口烟气余旋。

目前，解决水平烟道换热偏差问题的方法，应用最广泛的方式就是进行二次风和三次风的反切，减少炉膛出口烟气余旋，降低流速偏差。

或在顶部燃尽风喷口设置燃烧器水平摆动，在运行条件下调节残余旋转。

②消除烟气走廊。

除结构合理设计，安装合适外，还应保证定期吹灰，防止因积灰所造成的烟气走廊。

③合理组织炉内空气动力工况。

应对各喷燃器的风粉配比，一、二次风配比进行科学组织，以保证各喷燃器煤粉浓度、风速的合理性，使炉内空气动力工况接近正常，火焰中心上移的状况得到改善。

（3）降低炉膛出口烟温及减少烟温偏差。

①根据煤质的波动及时调整风量的变化，以防止炉膛出口烟温的升高。

但应尽量避免煤质的变化。

②在启动磨煤机时应尽量均衡考虑，减少投煤对炉内燃烧的扰动，防止短时间内受热面的受热强度急剧升高。

另外，尽量少投上层磨煤机，以降低炉膛火焰中心温度。

③定期的吹灰，除渣以保持受热面清洁。

2.2 改善管内换热
（1）再热器进口装节流装置。

增加节流装置后，使烟温高处管子蒸汽流量大，烟温低处管子的蒸汽流量较小，这样通过改变沿炉膛宽度方向各再热器管道的蒸汽流量分配，达到平衡再热器出口管壁温度的目的。

（2）减小同屏各管的热偏差。

根据各管子沿管子长度方向上的壁温分布，更换管材，提高管子耐高温的能力。

另外，管内换热偏差一般都是很难调节的。

所以不以调节管内热偏差为主。

2.3 及时吹灰，除垢。

定期吹灰，保证吹灰质量，不留死角。

3小结
本文从管外、管内两个方面详细介绍了再热器超温原因及解决对策。

同时还可采用在线监测技术保证锅炉运行的安全性，减小沿宽度方向的温度偏差，降低偏差屏的炉内壁温水平，从而延长高温部件的使用寿命。

希望通过以上分析能够为再热器超温问题的解决提供参考依据。

参考文献
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