220t/h鍋爐二級(jí)噴水減溫器隱患分析與改造
　　　　[摘要]鍋爐噴水減溫器對(duì)控制鍋爐主汽溫度具有重要意義，實(shí)際運(yùn)行中減溫器主要故障就是泄漏，今天連云港振輝公司針對(duì)某熱電站220t/h高溫高壓鍋爐噴水減溫器在運(yùn)行初期發(fā)現(xiàn)的減溫器泄漏問題進(jìn)行分析，從根本上找到了泄漏原因并采取必要措施，成功消除了這一隱患。
一、概述
　　　　某熱電站兩臺(tái)220t/h高溫高壓鍋爐主要燃燒高爐產(chǎn)生的廢氣—高爐煤氣，并摻燒一定比例焦煤，利用鍋爐產(chǎn)生的蒸汽送入汽輪機(jī)發(fā)電，或通過減溫減壓器向煉鋼廠供汽。該電站為高煤消耗大戶，每小時(shí)消耗高煤40萬Nm3,為公司減少高煤放散、節(jié)能減排發(fā)揮了重要作用，為循環(huán)經(jīng)濟(jì)典型實(shí)例。
　　　　該220t/h鍋爐系制造WGZ220-9.81/18型，噴水器為混合式減溫器，采用噴水減溫方式，減溫器分兩級(jí)，一級(jí)粗調(diào)，二級(jí)微調(diào)。投運(yùn)時(shí)，減溫器將高壓給水（二級(jí)除鹽水）通過笛形噴管上的7個(gè)小孔，直接噴入集箱內(nèi)的保護(hù)襯套，與過熱蒸汽混合并換熱，對(duì)汽溫進(jìn)行調(diào)節(jié)（如圖1）。2013年5月25日，巡檢人員發(fā)現(xiàn)1#爐甲側(cè)二級(jí)減溫器處大量漏水，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)減溫器集箱與保護(hù)套管結(jié)合處的焊縫（A點(diǎn)）有兩條裂紋，分別有4～5cm和8～9cm長(zhǎng)，進(jìn)一步對(duì)減溫器分解檢查發(fā)現(xiàn)噴管與保護(hù)套管對(duì)接處的焊縫（B點(diǎn)）破裂，大量給水從焊縫溢出，流入保護(hù)襯套和集箱壁面之間的縫隙中，由于在運(yùn)行工況下給水溫度與蒸汽溫度相差高達(dá)350℃，集箱壁面反復(fù)不斷被高溫蒸汽和低溫減溫水沖刷,溫度變化頻繁而劇烈,材料內(nèi)部產(chǎn)生交變的熱應(yīng)力而疲勞破壞。若不能及時(shí)消除該隱患，極有可能損壞整個(gè)減溫器，造成緊急停機(jī)停爐,影響主體廠生產(chǎn)。由于二級(jí)減溫器懸吊布置在煙道內(nèi)，位置高,連接管道繁雜，裝拆不便，工期長(zhǎng)，施工人員操作起來也很危險(xiǎn)。長(zhǎng)期停爐造成的損失也是巨大的。

二、攻關(guān)措施
　　　　對(duì)此重大隱患，工廠技術(shù)人員人員與連云港振輝機(jī)械設(shè)備有限公司的技術(shù)人員作進(jìn)一步核實(shí)，對(duì)隱患產(chǎn)生的根源進(jìn)行分析，并提出了一套整改措施。
1.減溫器噴管與保護(hù)套管對(duì)接焊縫破裂的原因
　　　　通過對(duì)該減溫器內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為原因有以下幾點(diǎn)：
（1）減溫器工作條件惡劣
　　　　二級(jí)減溫器位于鍋爐水平煙道內(nèi)，高溫過熱器冷段和熱段之間，在運(yùn)行工況下，此處汽溫高達(dá)470～480℃，蒸汽壓力達(dá)到9.8MPa，減溫水額定流量4.17t/h,但隨汽溫變化要不斷調(diào)節(jié)甚至停/投運(yùn)，它的流量變化會(huì)產(chǎn)生熱沖擊。在高溫高壓和熱沖擊下，材料內(nèi)部就產(chǎn)生交替變化的熱應(yīng)力，而A、B兩處焊縫存在殘余應(yīng)力，它與熱應(yīng)力疊加，使這兩處應(yīng)力最大，強(qiáng)度最差，是整個(gè)結(jié)構(gòu)中的弱點(diǎn)。
（2）減溫器內(nèi)部有共振現(xiàn)象
　　　　經(jīng)過流體力學(xué)計(jì)算得知，蒸汽流量200t/h時(shí)，減溫器集箱內(nèi)蒸汽流速在50m/s左右，雷諾數(shù)為9.77×106，是典型的湍流狀態(tài)，汽流速度不規(guī)則的劇烈變化，對(duì)噴管產(chǎn)生激振力。而蒸汽流經(jīng)噴管處因集箱流通截面突變而產(chǎn)生渦流，也能引起振動(dòng)，此外二級(jí)減溫水從噴管小孔以每秒數(shù)百米的速度噴射，這種高速射流對(duì)噴管產(chǎn)生很大的反沖力（如圖2）。這三種因素使整個(gè)噴管發(fā)生受迫振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)頻率與噴管固有頻率一致時(shí),整個(gè)噴管就發(fā)生共振。

圖2  渦流及減溫水反沖力對(duì)噴管的作用（俯視圖）
（3）噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在問題
　　　　二級(jí)減溫器噴管為一長(zhǎng)540mm，直徑42mm，壁厚5mm的細(xì)長(zhǎng)、薄壁管道，剛性很差，容易發(fā)生撓性變形。此外噴管僅靠底部一個(gè)定位螺栓定位,其他地方?jīng)]有加固件,類似懸臂布置,當(dāng)噴管處于共振狀態(tài)時(shí),B點(diǎn)焊縫處受到的彎矩最大,如前所述,焊縫是噴管最薄弱的部分，受到共振就容易斷裂，減溫水溢出，和蒸汽反復(fù)沖刷集箱處最薄弱的A點(diǎn)，使之疲勞破壞產(chǎn)生大裂縫。
2.整改方案的提出與實(shí)施
　　　　針對(duì)上述分析，確定了具體整改方案:
（1）將二級(jí)減溫器噴管抽出，將B點(diǎn)焊縫的破裂部分補(bǔ)焊好，
　　　　對(duì)A點(diǎn)處的裂縫也進(jìn)行了修補(bǔ)。
（2）將噴管進(jìn)行加固。做一有錐度的托盤，托盤材料為
　　　　12Cr1MoV鋼。為便于安裝和為熱膨脹留下余量，托盤與噴管，套管之間留有0.25～0.5mm的間隙，并沿管長(zhǎng)方向開有2mm寬的口（如圖4）。將托盤套上噴管，并焊于噴管和集箱連接點(diǎn)（A點(diǎn)）附近（如圖3）。

圖4   托盤的結(jié)構(gòu)
　　　　2013年6月5日，該方案在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施完畢。
三、攻關(guān)效果
　　　　通過上述措施，重新運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)二級(jí)減溫器漏水現(xiàn)象得到很好消除，確保了鍋爐汽溫的穩(wěn)定，有利于機(jī)組的安全運(yùn)行。該措施從根本上消除了減溫器集箱漏水可能導(dǎo)致其報(bào)廢這一危險(xiǎn)因素，避免了拆換整個(gè)減溫器這一繁雜的修理工作。有效控制了事故停爐停機(jī)的次數(shù)，對(duì)有效消耗高煤和保證主體廠生產(chǎn)起了重要作用。