铁合金烟气余热发电系统中锅炉管子变形原因分析及解决措施

1.概况

2.余热锅炉出现问题

2.1 项目于2010年10月投产发电，稳定正常，基本满足设计要求，实现可观的发电量和经济效益，完成足够的节能减排指标，取得环保效益。

2.2 用户侧于2013年初，先后对8台电炉的生产工艺进行技改，加强保温，减少漏风，管理强化等，使进入锅炉的烟气温度升高至400---500℃，瞬时可达550℃，电站运行人员密切监视系统状况，发电量明显提高。然而大约3个月后，在进行定期维护时发现过热器下面的*级蒸发器受热面部分管子中间部位向下弯曲，经过入炉测量大下弯量100--150mm左右，但是当时未查出根源所在，经技术人员进行锅炉的热力校核计算和水动力分析后认为，暂时不存在安全风险（主要指因水循环不畅导致爆管等问题），继续维持现状运行，密切观察，待寻找原因。

2.3在继续运行3个月后的下一季度停炉维护时，发现该蒸发器管子严重下沉，大处达到300—400,几乎属于塌陷，见图1,同时第二级蒸发器也有少量变形；

2.4 锅炉目前采用燃气激波吹灰，除灰效果好，管子无积灰或积灰搭桥现象。

3. 问题分析及解决措施

3.1 查阅该锅炉的设计结构图，各级受热面的主要结构参数见表3,锅炉的5级蒸发器是相同的。蒸发器的主要结构特征，见图2,变形后的蒸发器状态。我们判断，1级蒸发器已属于"塌陷",该蒸发器已经无法循环工作。

3.2 公司组织锅炉技术人员再次勘察测绘分析，分别对锅炉的水质情况，管子取样检查内、外部的结垢、腐蚀、管壁厚等情况，均为正常。

3.3 处于烟气温度高区域的过热器管子并未变形，管子材质与蒸发器相同；而且实际上过热器的管壁温度要高于蒸发器的管壁温度；锅炉运行2年多一直正常，自从烟温升高后大约半年时间就出现塌陷变形，烟温升高的程度只造成蒸发受热面变形，而未使壁温更高的过热器变形，说明，与管子内部的工作特征有关：蒸发器内部为水介质，自重大于蒸发器内部的蒸汽，另外，结合水动力计算发现，该锅炉的5级蒸发器采用了集中下降管和集中上升管的设计，而且各级蒸发器的受热面积*相同，各级之间的传热功率差异很大，造成各级之间水循环倍率差异很大，在由蒸发器出口接管汇入总管时，汽化率大的1、2级蒸发器的循环动力较小，而汽化率小的3、4、5级蒸发器循环动力较大。造成出口阻塞现象，使各级蒸发器内产生振动现象。

3.4 经锅炉技术人员分析讨论后得出以下结论：1）由于业主单方面对电炉技改后，使进入锅炉的烟气温度升高达100---200℃，严重偏离设计参数，锅炉传热和水动力过程严重偏离设计值，使水循环不稳定（过热器未变形是由于管内工质流动稳定，不存在热冷交替产生的疲劳问题），管内有汽塞现象产生，导致管子局部短时间过热，加之激波吹灰力的作用下，使管子瞬间下沉弯曲，而一旦开始弯曲就会产生循环阻力，使水循环不畅加剧，汽塞严重，导致管子不断的受到热冷交替作用下，强度降低；2）支吊管子两端的管夹间距偏大，使管子自身刚度不足。3）水平结构的蛇形管式烟气余热锅炉本身自然循环动力不足，加之各级并联共用下降管和上升管，造成各级之间流动影响，是受热强的2级反而循环动力小，循环倍率太小，管子冷却不足。

4）此种水平蛇形管结构的烟气余热锅炉，对烟气温度比较敏感；如果烟温波动较大，需要按照实际烟气参数进行水动力计算考核分析，可能需要调整循环管路的结构；5）自然循环锅炉，不宜采用共用上升管形式设计，避免各级循环不平衡而相互影响；

3.5 处理措施：自从用户改造电炉以后使烟气温度升高本来是好事，但是却造成锅炉蒸发器管子变形；如果只是简单的更换管子，该问题没有从根源上改善，则换管子后管子还会变形。因此结合锅炉的设计算过程，我们发现在实际工况下，锅炉的受热面管子偏多了，因此在检查检验锅炉管子材质并未明显变性的情况下：

1）将过热器、第1、2级蒸发器的面积减小；

2）对已经产生弯曲而循环不畅的管子进行增加支吊装置加固避免进一步变形，见图3;

3）增加高温循环水泵，使1、2级蒸发器内部工质循环稳定；

4）将1、2级蒸发器串联，减少循环泵数量。这是投资少，施工简便，效果明显的措施。

3.6 经过短期的施工处理，该锅炉很快投入正常运行，运行人员反映，锅炉没有了过去的不明原因的低频振动现象，锅炉产蒸汽平稳，运行良好。

4.结束语

4.1铁合金烟气余热利用发电中的余热锅炉是衔接铁合金生产系统和汽轮机发电系统的中间环节，烟气余热锅炉的性能、质量至关重要。

4.2 在节能减排工程实践中，应改变"粗放式"做法，从"精细化"着手，应就包括主生产工艺在内的整个系统进行优化分析配置，提出佳化的解决方案，注重每一个环节的技术和质量工作，使系统、节能、环保。

3.3充分总结余热锅炉技术实践经验，并积极研发新技术和新工艺，提高余热转化效率，设备性能稳定、降低系统成本，提高稳定性，是当今工业锅炉技术人员的探索方向。