徐 甫 梁耀東 李之光 北京盛昌鍋爐公司

鄭子輝 于 洋 盤錦市特種設備監(jiān)督檢驗所

組合螺紋煙管鍋爐制造安裝運行需要關注的問題

徐 甫 梁耀東 李之光 北京盛昌鍋爐公司

鄭子輝 于 洋 盤錦市特種設備監(jiān)督檢驗所

我國自行開發(fā)的水火管鍋爐，現(xiàn)已出現(xiàn)第三代產(chǎn)品——組合螺紋煙管鍋爐(非鍋殼式)[1]。

組合螺紋煙管鍋爐是在我國大量應用30載并積累相當豐富經(jīng)驗的新型水火管鍋殼鍋爐[2]基礎上，發(fā)展起來的一種嶄新鍋爐爐型，如圖1所示。

圖1 組合螺紋煙管鍋爐示意圖

組合螺紋煙管鍋爐與一般水管鍋爐的主要區(qū)別體現(xiàn)在對流受熱面：前者為數(shù)個拼在一起的兩排高效傳熱螺紋煙管筒——高溫煙管筒與低溫煙管筒，而后者為被爐墻包圍起來的排管、蛇形管、旗片U形管等。正是這種區(qū)別給組合螺紋煙管鍋爐帶來明顯優(yōu)點：鋼耗顯著降低、十分便于制造安裝、大容量鍋爐的高度明顯偏低等。

已投運測試效果頗佳的29MW組合螺紋煙管鍋爐與目前比較流行的雙橫鍋筒排管式水管鍋爐的結(jié)構(gòu)對比，二者長寬基本相同，而高度相差4.5m；二者材料消耗過于懸殊：金屬件相差約一倍(見表1)。

至今，已投運的組合螺紋煙管鍋爐有：29MW熱水型、10t/h蒸汽型、5.6MW壓力相變熱水型、4t/h蒸汽型，均已進入第二年運行。目前，已設計完成待生產(chǎn)的為91MW大容量組合螺紋煙管鍋爐。為了順利發(fā)展具有明顯優(yōu)點的此型鍋爐，本文根據(jù)已積累的經(jīng)驗，對其制造安裝運行需要特殊關注的問題進行詳細論述。

表1 29MW兩種鍋爐耗材對比

1 制造安裝

此型鍋爐制造工藝與一般水管鍋爐基本相同，其中螺紋煙管與高溫管板需要給予特別關注。

1.1 螺紋煙管

經(jīng)大量考察，實踐證明，只要螺紋幾何尺寸（主要是螺紋高度，如圖2所示）能夠保證，其高效傳熱效果十分顯著[2]。但是，至今仍有一些生產(chǎn)廠家對此重視不夠。按經(jīng)過大量鍋爐運行長期考驗過的計算方法，進行對比計算的結(jié)果，見表2。

表2 螺紋高度對鍋爐煙溫的影響*

* 同一結(jié)構(gòu)鍋爐，皆為額定負荷。

由表2可見，如螺紋高度e=2mm減少至1mm，鍋爐排煙溫度上升44℃。以前對螺紋高度不夠的新型鍋殼鍋爐熱力對比測試結(jié)果，與以上完全相符。

采用螺紋煙管對流受熱面是本鍋爐的基本特點，對它的加工、檢驗必須嚴格滿足要求。

●1.1.1 螺紋高度

螺紋高度e對煙氣放熱、流阻的影響最大：e增大，放熱加強，但流阻明顯增大。應嚴格保證圖紙的要求！對此必須建立嚴格監(jiān)檢制度。

需要找出內(nèi)壁高度e與外壁深度e′(見圖2)的關系。

1）檢測外壁深度e′

檢測外壁深度e′的方法見圖3。

2）檢測內(nèi)壁高度e

首先切割成“瓦片”，再測內(nèi)壁高度e，見圖4。

圖4 檢測內(nèi)壁高度e

●1.1.2 螺紋寬度

螺紋寬度（2R）對傳熱效果也有一定影響。

R為滾輪的軋制半徑，見圖6。2R代表螺紋寬度。R愈小，管內(nèi)壁的縱向形線愈有利于換熱（破壞層流邊界層)；R過小，會損壞壁面。

如R=4～5mm時，斷面趨向波浪狀，內(nèi)壁螺紋較圓滑，不利于破壞層流邊界層，另外，寬度（2R）較大時，軋制功率也較大。經(jīng)試驗與運行考核，建議：R=1.5mm。

●1.1.3 螺紋節(jié)距

螺紋節(jié)距s對放熱、流阻的影響較小，也不難保證。

1.2 高溫管板

組合螺紋煙管鍋爐高溫煙管筒管板入口煙溫低于950℃，略高于新型水火管鍋殼鍋爐高溫管板。

●1.2.1 高溫管板煙管端部工作特點

國內(nèi)外鍋爐強度計算標準規(guī)定，高溫管板煙氣入口端必須嚴格滿足圖6所示結(jié)構(gòu)要求，且鍋水水質(zhì)滿足鍋爐水質(zhì)標準要求時，管板長期運行安全可靠，國內(nèi)外皆如此。

由于煙管入口煙溫較高，煙速也較大，如煙管端頭過長，會使端頭冷卻欠佳、導致溫度過高，不僅端頭燒損，而且引起焊縫較大熱應力，后者是多次啟停后焊縫漏水與管板孔橋開裂的重要原因。由于焊縫不可能十分平齊，則焊腳尺寸K沿周界不會一樣。如端頭長度1.5mm對應最長焊腳，則較短焊腳部位的端頭長度將大于以上要求。端頭長度較大部位的溫度必然較高。因此，端頭的上述要求應該對應最短焊腳處，端頭多余長度應切削去，不會影響連接強度。

消除管子與管板之間的間隙也是防止焊縫漏水、管板開裂必須保證做到的重要措施。因為間隙中停滯的水會蒸發(fā)，再進入水，再蒸發(fā)，逐漸積垢，對應的管段溫度明顯上升，引起焊縫較大熱應力。由于全部完工后無法檢查是否已經(jīng)消除了間隙，故在施工生產(chǎn)過程中應不斷進行監(jiān)檢。

未達到上述要求，經(jīng)一冬運行的螺紋煙管筒的高溫管板發(fā)生燒損事故如圖7所示。

1）大部分煙管端頭超出焊縫δ約5mm，個別超出約10mm，皆已明顯超過圖10要求的0～1.5mm。超出較長者由于端頭難以冷卻，端頭煙氣側(cè)溫度明顯升高，致使氧化脫皮，而且啟停時使焊縫產(chǎn)生交變應力。

2）煙管與管板之間未能滿足國家標準要求的必須消除間隙。該段煙管運行一段時間后逐漸結(jié)垢難以冷卻，啟停時使焊縫產(chǎn)生交變應力。

3）因焊縫高度沿周向不一，則管頭溫度沿周向必有差異，多次啟停后，管頭變?yōu)榉菆A形。

●1.2.2 高溫管板煙管端部可靠性補充措施

為防止高溫煙管筒入口管端燒損，應采取如下措施：

1）將剛玉型陶瓷套管伸入煙管內(nèi)(如圖8所示)。

2）高溫煙管筒煙管與入口管板的焊接：應該先焊后脹[6]，或脹-焊-脹，并且最好采用坡口焊縫。

●1.2.3 管板引出管切忌插入壁內(nèi)

如引出管在制造現(xiàn)場安裝時，誤插入于管板以內(nèi)，煙管筒充水時，插入段難以排出空氣；運行時，可能形成蒸汽層。而空氣或蒸汽的冷卻能力遠低于水或汽水混合物，將導致煙管壁溫明顯上升。

1.3 防止高溫煙氣旁通

此型鍋爐在車間制造現(xiàn)場安裝時，應采取措施防止組合煙管筒形成煙氣旁通問題。

2 運行

組合螺紋煙管鍋爐運行時，可能遇到以下問題。

1） 清除后拱上部積灰

為了降低鍋爐原始排塵濃度，后拱開有一定數(shù)量的落灰孔，可落下大部分積灰。應觀察落灰孔是否落灰順暢，如堵塞，應及時通開，否則，灰層會不斷加厚，增加拱的載荷，另外，灰塵過高時，煙速增大，還影響灰塵繼續(xù)沉降。

2）清除煙管積灰

煙管受熱面區(qū)別于其它形式對流受熱面的一個突出優(yōu)點，是便于清除積灰與結(jié)渣。

鍋爐調(diào)試期間，可能遇到很低負荷，鍋爐在以后運行時，也有可能在低于一半負荷以下運行，此時由于煙管筒后部煙速較低，會逐漸積灰。燃燒生物質(zhì)時，也可能于高溫煙管筒的煙氣入口處結(jié)渣。在上述情況下，可利用正對煙管筒上部的檢查孔與進入煙管筒下部的煙氣轉(zhuǎn)向室進行清理。如不清除積灰，額定負荷下的排煙溫度可能明顯升高。

3）清除煙管筒下部煙氣轉(zhuǎn)向室的積灰

運行實踐表明，煙管筒下部煙氣轉(zhuǎn)向室中，煙氣180°轉(zhuǎn)向的灰塵分離效果頗佳。如不定期清除積灰，積灰過多，灰層表面可能高低不齊，致使煙氣流量不均，使各煙管煙速差異較大。尤其高溫煙管筒煙速較大煙管的入口端工作條件變得更差。較大容量鍋爐應采用自動清灰裝置。

4）煙管筒水側(cè)檢查與清洗

組合螺紋煙管鍋爐的煙管筒不是鍋殼（鍋筒），不可能設置人孔，僅設置檢查、清洗孔，同樣可觀察到煙管束的外圈煙管狀態(tài)（與鍋殼鍋爐一樣）。應通過檢查、清洗孔定期窺視內(nèi)部，必要時進行煙管筒內(nèi)清洗處理。

1 李之光,等.工業(yè)鍋爐現(xiàn)代設計與開發(fā).北京:中國質(zhì)檢出版社、中國標準出版社,2011

2 李之光,李柏生.新型鍋殼鍋爐原理與設計.北京:中國標準出版社,2008

3 吳向紅,等.淺析管板或鍋筒與管件的連接方法.工業(yè)鍋爐,2013,2

2013－12－23）