锅炉安全问题浅析

关键词：

锅炉作为工业生产和人类生活的热能、动力之源, 在国民经济中占有重要地位, 被称为工业的心脏。锅炉是一种能量转换器, 它是利用燃料燃烧释放的热能或其他热能将工质 (水或其他流体) 加热到一定参数的设备。锅炉在使用过程中必须要求安全、稳定、长期地运行, 否则一旦发生故障, 就可能造成不可挽回的安全事故和经济损失。近年来, 由于对锅炉的设计、制造、安装等采用了严格的审查和监督措施, 由质量问题引起的锅炉事故己大大减少但是与发达国家相比还有较大的差距。例如, 发达国家锅炉寿命30~50年, 我国锅炉使用寿命平均15年, 甚至更低, 锅炉事故更是发达国家的30倍。1975年6月3日, 内蒙古喇嘛湾电厂发生锅炉爆炸事故。该锅炉系英制拔伯葛型, 设计参数蒸发量为7吨/时, 工作压力为1.03兆帕, 运行40余年后拆迁安装到该厂, 进行了改造, 加大了受热面, 使锅炉蒸发量提高到12吨/时, 最高使用压力改为1.37兆帕。改造后使用2368小时, 锅炉在运行中突然发生爆炸, 右侧锅筒飞出45米远, 全部过热器管子及部分排管砸弯变形, 锅炉钢架及锅筒横梁全部变形弯曲。2004年9月23日16时, 新兴铸管股份有限公司在建发电厂煤气发电锅炉在锅炉点火瞬间, 炉膛及排烟系统内发生煤气一次性爆炸, 致使锅炉、管道、烟囱等设备垮塌, 造成锅炉等设备严重损毁, 13人死亡, 8人受伤, 直接经济损失630万元。

锅炉用水质量的好坏, 与锅炉的安全、稳定、长期、经济运行直接相关。水质恶化或水处理不当, 容易造成锅炉系统发生故障。在使用过程中, 如果锅炉水结垢, 则直接影响传热和汽水的正常循环, 轻者造成垢下腐蚀、燃料浪费、降低和缩短锅炉使用寿命, 重者造成胀管、变形, 威胁锅炉的安全运行;如果产生腐蚀, 则直接影响锅炉材料强度, 轻者缩短锅炉使用寿命, 重者造成裂纹、泄漏等事故;若水被携带则会直接影响蒸汽质量, 导致换热器及其它用气设备结垢甚至引起安全事故。锅炉系统发生的各种故障相互牵连、互为因果。锅炉给水系统和蒸汽-冷凝水系统的腐蚀, 会因腐蚀产物带入锅炉而引起锅炉的结垢和腐蚀;给水系统脱氧不彻底则会引发锅炉和蒸汽-冷凝水系统的氧腐蚀, 若锅炉给水脱硬不好则容易引起锅炉本体结垢;锅炉水中的碳酸盐碱度成份在锅炉中发生热分解又会造成蒸汽-冷凝水系统的腐蚀。在锅炉使用过程中造成锅炉安全隐患的主要原因分析如下。

(1) 锅炉装置是由一系列的受热面组成的, 如省煤器、空气预热器、水冷壁 (蒸发受热面) 、过热器等, 其中最重要的受热面就是水冷壁。水冷壁最初的使用, 主要是为了保护炉墙不被烧坏, 降低烟气温度, 防止受热面及炉墙上结渣, 以提高锅炉运行的安全可靠性。水冷壁的采用, 不仅完成了上述任务, 而且在一定范围内还能降低锅炉金属的耗量和造价。由于水冷壁在高温的燃烧室内主要依靠辐射传热, 辐射传热量与烟气温度的四次方成正比, 而对流换热量只与温差的一次方成正比, 因此辐射受热面能比对流蒸发受热面节省金属从而减少了整个锅炉的总受热面及造价所以, 在现代锅炉中, 水冷壁已成为不可缺少的蒸发受热面。按照目前水冷壁的使用情况, 一般有两种形式:一是光管水冷壁这是在现在的中小型自然水循环锅炉中比较常见的形式。光管垂直地布置在炉膛的各面墙上, 管子上部与汽包或者上集箱连接, 上集箱通过汽水引出管与汽包相连, 下部与下集箱相连, 下集箱与汽包用不受热的下降管相连。第二种是目前比较普遍使用的膜式水冷壁, 整个水冷壁是由轧制的鳍片管焊接在光管之间而形成的, 由于制造工艺的发展, 这种水冷壁目前使用的比较多。这种膜式水冷壁最初是为了改善炉膛的密封性, 减少漏风, 使炉膛可采用微正压燃烧, 取消了引风机, 提高锅炉效率。同时炉墙不直接受火焰辐射, 因而可不用耐火材料, 而只用绝热材料, 使炉墙重量大大减轻。但是由于整个水冷壁焊成一个整体, 而且又是在高温环境中工作, 所以应当特别注意热膨胀的一致性, 不然会因过大的热应力致使水冷壁损坏。对于运行中的锅炉来说, 水冷壁始终处在炉膛高温火焰的辐射作用下, 能否保持其长期安全可靠地运行, 主要取决于管子的壁温。

(2) 水冷壁是锅炉燃烧室的蒸发受热面, 是主要的辐射受热面, 是循环回路的上升管。煤粉通过燃烧器送入炉膛, 在燃烧室内激烈燃烧, 水冷壁外部受到高温火焰的辐射作用, 内部流动着高温高压的水和汽水混合物, 内外都经受不同程度的腐蚀和热流分配不均等热力工况带来的不利影响。电站锅炉常采用膜式水冷壁、轻型炉墙, 便于悬吊, 使膨胀不受拘束、且密封性好。水冷壁一般由50mm~76mm的管子组成, 水冷壁在后墙布置上较为复杂, 一个锅炉一个样, 是检验的难点。判断自然水循环是否可靠的根本标准是看能否保证所有的水冷壁管子都得到充分冷却, 故检查自然水循环可靠性时, 常检查所有能引起水冷壁管不能得到正常冷却的条件是否发生。若这些条件不发生, 则说明该水循环是正常的或可靠的。其中最重要的一个条件是与管壁接触的介质应当是水而不是不流动或缓慢流动的蒸汽。一般情况下, 影响锅炉水循环的因素有以下几点。

(1) 管子受热不均匀。锅炉的水冷壁是由许多平行连接的管子组成, 管数众多, 当受热不均匀时, 必然存在某些管子受热较弱的情况, 当受热较弱的管子受热弱到一定程度时, 这根管子可能处于其进口水量等于出口蒸汽量的循环停滞状态, 即循环倍率为l。如果此时上升管从汽包的汽空间引入, 则发生自由水位现象。所以发生循环停滞总只在受热弱的那根管子上。

(2) 低负荷运行。锅炉在低负荷运行时, 由于蒸发量小, 锅炉的燃料量就比较低, 因此水冷壁的整体受热程度就比较弱, 这时, 就很难保证整个水冷壁管子受热的均匀性, 必然会有一些管子受热相对较强, 水循环量大, 而有的管子受热较弱, 水循环也较小。

(3) 锅炉受热面是将烟气中的热量传递给汽、水的界面, 多由管子组成。受热面管工作环境复杂而恶劣, 虽围绕使用合适材料和改善工作条件做了大量工作, 但由于炉内流动、传热、燃烧过程难以控制, 用户水平参差不齐, 锅炉使用工况常常出现异常。工况不正常, 设计、制造、安装、使用等环节的不足都会在锅炉受热面管这个薄弱环节集中爆发。当受热面爆管时, 高温高压的汽水喷出, 轻则要停炉影响生产, 重则容易造成人身伤亡, 给企业带来巨大的经济损失。受热面管失效是锅炉安全使用中的突出矛盾, 对确保锅炉的安全、稳定和经济运行将起到十分重要的作用。因而, 如何解决受热面管失效的问题, 针对锅炉受热面管的失效模式进行研究并提出相应的预防措施, 一直是锅炉从业人员, 特别是锅炉压力容器安全监察工作者需要探索研究的重要课题。

摘要：锅炉在使用过程中必须要求安全、稳定、长期地运行, 否则一旦发生故障, 就可能造成不可挽回的安全事故和经济损失。本文在强调锅炉安全重要性的同时, 分析了影响锅炉安全因素。

关键词：锅炉安全,影响因素