徐 甫 梁耀東 李之光 北京盛昌鍋爐公司

鄭子輝 于 洋 盤(pán)錦市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所

組合螺紋煙管鍋爐制造安裝運(yùn)行需要關(guān)注的問(wèn)題

徐 甫 梁耀東 李之光 北京盛昌鍋爐公司

鄭子輝 于 洋 盤(pán)錦市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所

我國(guó)自行開(kāi)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(guó)大量應(yīng)用30載并積累相當(dāng)豐富經(jīng)驗(yàn)的新型水火管鍋殼鍋爐[2]基礎(chǔ)上，發(fā)展起來(lái)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(duì)流受熱面：前者為數(shù)個(gè)拼在一起的兩排高效傳熱螺紋煙管筒——高溫?zé)煿芡才c低溫?zé)煿芡?，而后者為被爐墻包圍起來(lái)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(lái)明顯優(yōu)點(diǎn)：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(yùn)測(cè)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(duì)比，二者長(zhǎng)寬基本相同，而高度相差4.5m；二者材料消耗過(guò)于懸殊：金屬件相差約一倍(見(jiàn)表1)。

至今，已投運(yùn)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(jìn)入第二年運(yùn)行。目前，已設(shè)計(jì)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(diǎn)的此型鍋爐，本文根據(jù)已積累的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其制造安裝運(yùn)行需要特殊關(guān)注的問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)論述。

表1 29MW兩種鍋爐耗材對(duì)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(guān)注。

1.1 螺紋煙管

經(jīng)大量考察，實(shí)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(duì)此重視不夠。按經(jīng)過(guò)大量鍋爐運(yùn)行長(zhǎng)期考驗(yàn)過(guò)的計(jì)算方法，進(jìn)行對(duì)比計(jì)算的結(jié)果，見(jiàn)表2。

表2 螺紋高度對(duì)鍋爐煙溫的影響*

* 同一結(jié)構(gòu)鍋爐，皆為額定負(fù)荷。

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

采用螺紋煙管對(duì)流受熱面是本鍋爐的基本特點(diǎn)，對(duì)它的加工、檢驗(yàn)必須嚴(yán)格滿足要求。

●1.1.1 螺紋高度

螺紋高度e對(duì)煙氣放熱、流阻的影響最大：e增大，放熱加強(qiáng)，但流阻明顯增大。應(yīng)嚴(yán)格保證圖紙的要求！對(duì)此必須建立嚴(yán)格監(jiān)檢制度。

需要找出內(nèi)壁高度e與外壁深度e′(見(jiàn)圖2)的關(guān)系。

1）檢測(cè)外壁深度e′

檢測(cè)外壁深度e′的方法見(jiàn)圖3。

2）檢測(cè)內(nèi)壁高度e

首先切割成“瓦片”，再測(cè)內(nèi)壁高度e，見(jiàn)圖4。

圖4 檢測(cè)內(nèi)壁高度e

●1.1.2 螺紋寬度

螺紋寬度（2R）對(duì)傳熱效果也有一定影響。

R為滾輪的軋制半徑，見(jiàn)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(guò)小，會(huì)損壞壁面。

如R=4～5mm時(shí)，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(shí)，軋制功率也較大。經(jīng)試驗(yàn)與運(yùn)行考核，建議：R=1.5mm。

●1.1.3 螺紋節(jié)距

螺紋節(jié)距s對(duì)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?zé)煿芡补馨迦肟跓煖氐陀?50℃，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(diǎn)

國(guó)內(nèi)外鍋爐強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，高溫管板煙氣入口端必須嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，管板長(zhǎng)期運(yùn)行安全可靠，國(guó)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(guò)長(zhǎng)，會(huì)使端頭冷卻欠佳、導(dǎo)致溫度過(guò)高，不僅端頭燒損，而且引起焊縫較大熱應(yīng)力，后者是多次啟停后焊縫漏水與管板孔橋開(kāi)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(huì)一樣。如端頭長(zhǎng)度1.5mm對(duì)應(yīng)最長(zhǎng)焊腳，則較短焊腳部位的端頭長(zhǎng)度將大于以上要求。端頭長(zhǎng)度較大部位的溫度必然較高。因此，端頭的上述要求應(yīng)該對(duì)應(yīng)最短焊腳處，端頭多余長(zhǎng)度應(yīng)切削去，不會(huì)影響連接強(qiáng)度。

消除管子與管板之間的間隙也是防止焊縫漏水、管板開(kāi)裂必須保證做到的重要措施。因?yàn)殚g隙中停滯的水會(huì)蒸發(fā)，再進(jìn)入水，再蒸發(fā)，逐漸積垢，對(duì)應(yīng)的管段溫度明顯上升，引起焊縫較大熱應(yīng)力。由于全部完工后無(wú)法檢查是否已經(jīng)消除了間隙，故在施工生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)不斷進(jìn)行監(jiān)檢。

未達(dá)到上述要求，經(jīng)一冬運(yùn)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(gè)別超出約10mm，皆已明顯超過(guò)圖10要求的0～1.5mm。超出較長(zhǎng)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(shí)使焊縫產(chǎn)生交變應(yīng)力。

2）煙管與管板之間未能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的必須消除間隙。該段煙管運(yùn)行一段時(shí)間后逐漸結(jié)垢難以冷卻，啟停時(shí)使焊縫產(chǎn)生交變應(yīng)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(bǔ)充措施

為防止高溫?zé)煿芡踩肟诠芏藷龘p，應(yīng)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?zé)煿芡矡煿芘c入口管板的焊接：應(yīng)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(chǎng)安裝時(shí)，誤插入于管板以內(nèi)，煙管筒充水時(shí)，插入段難以排出空氣；運(yùn)行時(shí)，可能形成蒸汽層。而空氣或蒸汽的冷卻能力遠(yuǎn)低于水或汽水混合物，將導(dǎo)致煙管壁溫明顯上升。

1.3 防止高溫?zé)煔馀酝?/h3>

此型鍋爐在車(chē)間制造現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，應(yīng)采取措施防止組合煙管筒形成煙氣旁通問(wèn)題。

2 運(yùn)行

組合螺紋煙管鍋爐運(yùn)行時(shí)，可能遇到以下問(wèn)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(kāi)有一定數(shù)量的落灰孔，可落下大部分積灰。應(yīng)觀察落灰孔是否落灰順暢，如堵塞，應(yīng)及時(shí)通開(kāi)，否則，灰層會(huì)不斷加厚，增加拱的載荷，另外，灰塵過(guò)高時(shí)，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(duì)流受熱面的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，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(fù)荷，鍋爐在以后運(yùn)行時(shí)，也有可能在低于一半負(fù)荷以下運(yùn)行，此時(shí)由于煙管筒后部煙速較低，會(huì)逐漸積灰。燃燒生物質(zhì)時(shí)，也可能于高溫?zé)煿芡驳臒煔馊肟谔幗Y(jié)渣。在上述情況下，可利用正對(duì)煙管筒上部的檢查孔與進(jìn)入煙管筒下部的煙氣轉(zhuǎn)向室進(jìn)行清理。如不清除積灰，額定負(fù)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(yùn)行實(shí)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(guò)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?zé)煿芡矡熕佥^大煙管的入口端工作條件變得更差。較大容量鍋爐應(yīng)采用自動(dòng)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(shè)置人孔，僅設(shè)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(yīng)通過(guò)檢查、清洗孔定期窺視內(nèi)部，必要時(shí)進(jìn)行煙管筒內(nèi)清洗處理。

1 李之光,等.工業(yè)鍋爐現(xiàn)代設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā).北京:中國(guó)質(zhì)檢出版社、中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011

2 李之光,李柏生.新型鍋殼鍋爐原理與設(shè)計(jì).北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)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）