燃气蒸汽工业锅炉常见爆管问题剖析

　　近几年，我国北方地区的空气污染日益严重， 冬季供暖的燃煤锅炉排烟对大气环境的破坏日趋 加深。因此，许多地区自陆续进行煤改气工程，特别是以乌鲁木齐和天津最为迅速和彻底， 天津供暖市场于 2012 年开始大面积实施煤改气。但是一些锅炉房出现了锅炉振动剧烈、爆管等问题，导致司炉工不敢将负荷提高到 70% 以上，造成了巨大的经济浪费。
　　
　　导致燃气热水工业锅炉爆管的原因主要有锅炉问题、燃气燃烧器、风机、系统问题等，以下进行具体分析。
　　
　　1锅炉问题
　　
　　1. 1 锅炉本身质量问题
　　
　　锅炉本体加强有缺陷，特别是对流管束，根据
　　
　　ASME 规定，NPS2 的管子最大支撑间距为 3m，而
　　
　　NPS3 的管子最大支撑间距为 3. 7m。随着我国工业锅炉的大跃进，功率达到了 116MW 以上，对流管束长度大于 5m，相关设计人员缺少生产大锅炉的经验，也没有动力锅炉的设计者经验丰富，故而多数厂家未考虑对流管束的支撑，从而引起管子两端的断裂。
　　
　　此外，还有管子材质以及管壁厚度小的问题， 水动力失衡、烟气不流畅引起振动，主要发生在对 流管束出口，产生涡流导致振动而断管。
　　
　　1. 2 管内结垢
　　
　　锅炉水质差、硬度高，将导致运行过程中管内结垢严重( 见图 1) 。水垢是一种复杂的盐类，在高温下对铁有腐蚀作用，侵蚀金属会使得水管内壁变
　　
　　脆，并不断向深处腐蚀。水垢导热系数小，容易造成壁面温度升高，破坏热量吸收和该管水循环，降低金属性能、改变金相形态直至爆管。
　　
　　图 1 对流水管结垢后爆管
　　
　　2水系统问题
　　
　　当给水系统局部发生故障时，或者锅炉房内数台锅炉存在同一母管给水分配不当时，容易造成炉内水循环失衡，局部缺水或者水动力下降，直至干烧而爆管。这就需要设计单位在进行相关设计时充分考虑到当地情况以及一些特殊性，保证数台锅炉之间的供水平衡。
　　
　　3运行问题
　　
　　许多锅炉房的司炉工操作不规范，未按时或规定进行排污，日积月累从而导致锅筒内沉积的细小泥沙、废渣等杂质堵塞水管，阻碍了该水管的水循环，冷却条件变坏从而发生爆管。
　　
　　另外，长时间低负荷运行，或者循环水量过大、过小等都会影响锅炉的安全运行。
　　
　　4燃气燃烧器
　　
　　燃烧器是整个锅炉系统的核心部件，主要有 3 个功能，即: 最小化过量空气系数下空气与燃料的混合; 形成与炉膛相匹配的稳定火焰; 氮氧化物、一氧化碳、颗粒等污染物排放的控制。目前，我国应用的 29MW 以上燃气燃烧器主要依赖于进口。少部分国内的生产厂家，由于设计理念不足，缺少生产经验，设计的 29MW 以上的燃烧器在实际应用中容易出现问题，主要是燃烧器的如下 3 个功能没有做好。
　　
　　1)燃烧器燃烧状况不佳，空气与燃料没有混合好，就会有严重振动产生; 火焰不均匀，虽然整体不缺氧，但是局部缺氧甚至脱火，造成剧烈的局部脉动和剧烈膨胀。
　　
　　2)燃烧器厂家为了控制成本，本身用料不够， 重量较轻，导致天生存在缺陷; 燃烧器本体内部未做加强和流线型平滑设计，气流发生内部混乱而 振动。
　　
　　燃烧器喉口喷出的混合气体的燃烧固有频率与锅炉固有频率叠加在炉内发生共振，即锅炉的热声振动，由恒定的热源引起的声振或压力波动。
　　
　　5风机和系统问题
　　
　　鼓风机和管系的阻力匹配不好，使风机处于喘振区，引发风机出口周期性的压力波动，特别在低出力时问题更突出。风机的喘振使炉膛内的火焰发生脉动，炉内的压力也随之波动，因而引发锅炉的振动。甚至出现风机出口与风道的联接采用软联接后使整个风道乃至锅炉发生激烈的振动。风机工作时，只要流量和压力的波动在正常范围内都是允许的。风道、燃烧器和锅炉阻力一般为4000 ～
　　
　　6000Pa，如果风机采用蒙皮构成的膨胀节与风道相接，由于膨胀节的柔软，致使膨胀节处产生很大的收缩和扩张，每一次收缩和扩张的后果都会造成风道及锅炉的激烈振动。
　　
　　另外，现在较大功率的燃烧系统均采用变频器调节风量以达到节能目的，但是很容易造成系统烟风道、锅炉、燃烧器等气流不畅，发生“呼吸”喘振。还有燃烧器与锅炉不匹配，如燃烧器厂家未能
　　
　　提前预知和解决匹配问题，如果在水冷壁上发生火焰撞击，在撞击点上产生不完全燃烧将导致一氧化碳和其他副产品的生成，并发生猛烈的重燃，使炉子产生振动，同时水冷壁管也会过烧。
　　
　　美国 NTFB 燃烧设备公司率先提出了“量体裁衣”和“匹配性”理念，将整个系统统筹考虑，个性化的产品设计使得每个项目都做到有机一体化，可以较好地避免了振动问题。