SZL7-109570-AⅡ 热水锅炉炉拱坍塌原因及改造措施

PAGEPAGE6SZL7-1.0/95/70-AⅡ热水锅炉炉拱坍塌原因及改造措施王成军罗豫军金虎新疆石油管理局供热公司摘要：根据锅炉炉拱设计标准、实际尺寸以及使用煤种，分析炉拱坍塌原因，并提出整改措施。关键词：炉拱坍塌煤质整改措施1概况2002年新疆石油管理局供热公司对所辖的红山供热锅炉房4台SHL6-16热水锅炉更换为4台SZL7-1.0/95/70-AⅡ热水锅炉改的扩建工程（此锅炉的设计煤种为Ⅱ类烟煤QDWY=18751KJ/Kg，Vr=28.8%，Ay=30.4%）。改扩建中由于厂房空间的限制，无法安装省煤器和空气预热器，锅炉厂家根据现场实际，在设计此锅炉时采取了扩大对流换热面，使烟气流程加长的方法。然而在2002～2003保温期运行使用中，则出现了诸多问题，就该问题供热公司依据实际运行情况，向厂家提出了整改措施。通过两次整改，目前该锅炉房4台锅炉达到了使用要求。2主要问题及现象2.1、2002年冬季运行时，发现2#炉后拱出现裂纹，在运行中期开始出现坍塌现象。坍塌部位集中在后拱头部以内30cm处，坍塌宽度40cm至70cm不等，长度100cm左右。到2003年3月初，4台锅炉的后拱都先后出现坍塌事故，根据轻重随即对2#、3#炉后拱进行抢修，以确保运行后期供热，但2台锅炉运行不足一个月，后拱再次坍塌。2.2、锅炉挂焦。主要集中在侧炉墙的炉门两侧，水冷壁管和锅筒底部；前后拱部位基本上没有挂焦，后拱底面及后拱部位的两侧墙砖表面釉质化；锅炉负荷越大结焦越严重，在运行时观察两侧墙上的挂焦呈液态状，沿着侧炉墙向下流，如在两周内不进行清焦处理，挂在炉墙两侧的炉焦会将炉排上的煤挤压在炉排面中间1/3的部位；在12月下旬到第二年的2月下旬，平均10天必须对炉膛清焦一次。2.3、后拱上部烟道入口处结焦严重，此部位积灰结焦，最为严重的是4#炉，如果在两周之内不做清理，烟道将被大面积堵死，造成锅炉对流管束负压严重超标，而炉膛又表现为超强正压，影响锅炉的正常运行。2.4、炉膛内部温度（特别是后拱下部）偏高。主要表现在砖体釉质化、对流管束下部落灰装置的烧坏（每锅炉台烧坏2个，共8个）、后烟室落灰装置（装载炉墙外部）烧红。2.5、除尘量大，灰尘中未燃烬的煤末在20%之上。3原因分析3.1、煤质情况。新疆石油管理局供热公司使用煤炭燃料主要有两个来源，一是和丰煤矿，另一个是铁厂沟煤矿。和丰煤矿煤质为：平均低位发热值为QDWY=21980kJ/kg(5258.6kcal/kg)、挥发分Vr=44.59%、灰分Ay=9.41%；铁厂沟煤平均低位发热值为QDWY=22766kJ/kg(5446.5kcal/kg)、挥发分Vr=32.1%、灰分Ay=11.13%。从煤种煤质参数上比较，两个煤矿的煤质除灰分Ar外都高于锅炉设计煤质QDWY=18751kJ/kg、Vr=28.8%、Ay=30.4%，但相对较适合的还是铁厂沟的煤种，而2002-2003年运行期该锅炉房使用的主要是和丰煤种。根据上海工业锅炉研究所对供热锅炉煤种的分类（见表一），煤种挥发物Vr(%)灰分Ay(%)应用基低位发热量Qdwy[KJ/kg（kcal/kg）]≥>40>>≥25<Ay<40>>≥<25>>烟煤的分类表一可见锅炉实际燃用的煤质属于Ⅲ类煤。燃用Ⅱ、Ⅲ类煤中的工业锅炉的前后拱不宜过长，后拱倾角也不宜小于130。同时依照上海工业锅炉研究所提供的链条炉炉拱参照尺寸（见表二），链条炉炉拱几何尺寸（单位：m）表二名称符号褐煤无烟煤、Ⅰ类烟煤Ⅱ、Ⅲ类烟煤前拱高度（m）h11.4～2.31.6～2.11.6～2.6前拱覆盖炉排长度（m）a1(0.15～0.35)L(0.15～0.25)L（0.1～0.2）L后拱高度（m）h20.8～1.20.9～1.30.9～1.3前拱覆盖炉排长度（m）a2(0.25～0.5)L(0.6～0.7)L(0.25～0.35)L后拱倾角α120～18080～100120～180后拱最小高度（m）h0.4～0.550.4～0.550.4～0.55对于不同的煤种，炉膛要布置不同形状和不同尺寸的前后拱。对于该锅炉房4台锅炉炉拱尺寸，经实测（见图一、表三），实测SZL7-1.0/95/70-AⅡ热水锅炉炉拱尺寸表三名称符号实测数炉排前后轴间距（mm）L6420后拱长度（mm）a22856后拱倾角α100后拱高度（mm）h2936前拱高度（mm）h11192前拱长度（mm）a11280前拱倾角β300喉口间距（mm）L11470后拱最小高度（mm）h580其数据与厂家提供的技术资料的数据完全一致，说明炉拱的布置与外形尺寸严格遵循了厂家的技术要求。但是如果该尺寸与上海工业锅炉研究所提供的炉拱数据相比较，有几项数据有较大的差别，见表四。表四名称符号Ⅱ、Ⅲ类烟煤计算值实测值前拱高度（m）h11.6～2.61.192前拱覆盖炉排长度（m）a1（0.1～0.2）L0.642～1.2841.280后拱高度（m）h20.8～1.10.936后拱覆盖炉排长度（m）a2(0.25～0.35)L1.605～2.2472.856后拱倾角α120～180100后拱至炉排最小高度（m）h0.4～0.550.58前后拱覆盖炉排长度（m）4.136由表四中可以看出，前、后拱高度偏小；后拱覆盖炉排长度偏大，前拱覆盖长度接近最大值；后拱倾角偏小；前后拱覆盖炉排长度占整个炉排长度的64.4%，覆盖面积过大，必然导致喉口尺寸偏小。前拱的主要作用是吸收燃烧火床面的辐射热和部分火焰辐射热，通过再辐射和镜反射将热量传递到新燃料的着火区，加快着火进程，故前拱又称为辐射拱。后拱的主要作用是将大量的高温烟气和炽热炭粒输送到燃料的燃烧区，以保证那里的高温，从而保证前拱的辐射引燃作用；另一个作用是对燃烬区的保温促燃，以降低灰渣的热损失。一般情况下燃用无烟煤的锅炉，后拱较长；燃用烟煤，因挥发分较高，着火并不困难，一般采用高而短前拱，后拱也不必太长；重要的是如何加强炉内气体的扰动，减少气体不完全燃烧损失，所组成的喉口应有较大的扰动作用。而现在的炉拱尺寸及布置，气体的扰动性能差；因后拱拱头部位为水平型，输送的烟气直接冲刷到前拱下部，不能与前拱相互配合，在喉口处很难形成扰动性气流，煤粉得不到充分的燃烧，这也是除尘中含有大量未燃烬煤粉的主要原因；喉口尺寸偏小，炉排面上热量不能及时有效的被抽走，导致后拱温度偏高。通过上述比较、分析，炉拱的设计尺寸及布置不适合当地煤种，是导致后拱坍塌的主要原因。前后拱的偏低偏长，造成拱下部的热量不能及时被抽走，被风吹起得煤灰、煤末呈熔融状态，遇到温度相对较低的炉墙、水冷壁管结成焦块。因为前后拱温度太高，熔融状态的结焦物就很难粘覆在其表面，故前后拱上没有挂焦。后拱上部烟道入口在整个炉膛内属于温度偏低部位，此处烟气流速大、阻力大，烟气撞击在挡烟墙上，粉尘动能降低，粉尘沉落，所以此部位积灰积焦多。4改造措施4.1措施一（1）将后拱缩短、抬高。拆除后拱，重新砌筑，由于对流管束加长，必然导致后拱延长、倾角变小，再者在后拱顶部装有集箱，这就在很大程度上缩小了后拱的改造空间。后拱的缩短和抬高都受到限制。在改造后拱的工作中，采取后拱的后半部分不改变原尺寸，前半部分缩短抬高的办法，这样后拱呈阶梯状，可以有效降低后拱下部烟气流速，增大后拱下部容积，单位容积的蓄热量减少，后拱表面温度也随之降低，可以延长后拱的使用寿命。后拱抬高时尽可能的不要减小后拱上部的绝热层厚度，防止后拱传递的热量直接加热下锅筒，导致锅筒受热不均匀而变形。这样后拱可以抬高、缩短各约20cm。改造后拱时，将上部用100槽钢做的单横梁改为双横梁，可以有效减小横梁的纵向受热变形而向下挤压后拱。更换烧坏的落灰装置。（2）缩短、抬高前拱。长而低的前拱将后拱输送来的烟气又压向后拱，这也是后拱下蓄热量过大、后拱坍塌的一个主要原因。将前拱倾角由原来的300改为450，高度由原来的1192mm改为1240mm（h1=h2+100mm），长度由原来的1280mm缩短到990mm。这样不但不影响烟煤的着火，而且可以把喉口尺寸由原来的1470mm加大到1960mm，有效改变由于喉口小而不能及时将炉拱下的热量送走的局面。4.2措施二（1）前拱改造同措施一。（2）将后拱的最小高度由原来的580mm降至400mm，这样后拱倾角为160（见图二中的虚线）。改造后的效果要优于措施一。5措施的实施及效果根据运行期间所出现的问题，使用单位向厂家反映并提出了整改意见，对此2003年8月，锅炉厂家进行了修理、整改工作。在2003-2004年运行期，该车间选用了铁厂沟的煤，从整个运行期的使用情况来看，后拱改造与煤种的选用起到了一定的积极作用，与上个运行期相比较，结焦量降低，清焦周期延长，后拱砖体面上的釉质变薄，落灰装置只烧坏了4个翻灰板。但到了2004年2月中旬以后，4台锅炉的后拱出现了不同程度的裂纹，其中2#、3#锅炉后拱前部有5—10cm的下陷，绝热材料漏出，部分砖块松动。原因何在？经查找、分析则是由于厂家在修理、整改中，在炉拱的修复上只对后拱