摘 要:對某鍋爐過熱器爆管的原因進行了CFD模型分析,通過煙氣速度流場在不同工況下的模擬的對比,認為過熱器的爆管原因是因為鍋爐長期處于超負荷運行,沉降室內(nèi)擋煙板變形、脫落以及均流假管區(qū)域局部損壞,造成氣體流動路徑的偏差,過熱器管局部區(qū)域流速過高,煙氣磨損過熱器管,造成管子被刺穿、爆管,同時提出了改進措施。
關(guān)鍵詞:過熱器;CFD分析;改進措施
1事故描述:
鍋爐運行一年左右時間,近期出現(xiàn)爆管現(xiàn)像,停爐檢修發(fā)現(xiàn)過熱器入口處擋板變形,并且有一處擋板脫落;發(fā)現(xiàn)2根過熱器的管子被刺破、附近的管子也存在煙氣磨損的情況;均流假管局部損壞、附近區(qū)域耐火澆注料脫落(詳見圖1、2、3)。
2 初步原因分析
從表中得知,實際運行工況煙氣量超設(shè)計值32%,煙氣溫度超設(shè)計值70℃,鍋爐處于嚴重超負荷超溫狀態(tài)。
分析初步原因如下:
1)過熱器入口處擋板在煙氣高流速沖刷、以及高溫煙氣雙重作用下,嚴重變形、甚至有部分擋煙板已脫落。
2)擋板的變形、脫落造成氣體流動路徑的偏差,氣體流動路徑的改變導(dǎo)致過熱器一側(cè)的氣體流動很大,偏流的大量煙氣造成過熱器入口側(cè)的局部煙氣流速過快。
3)高流速煙氣沖刷過熱器管,長時間超負荷運行導(dǎo)致管子穿孔,進而造成附近其他管子部分磨損。
3 建立CFD模型
為了驗證初步分析的正確性,我們利用CFD仿真技術(shù)特點,針對鍋爐的沉降室和過熱器進行內(nèi)部煙氣流動進行數(shù)值模擬,獲得內(nèi)部速度流場參數(shù),通過設(shè)計工況和運行工況等多工況下數(shù)值模擬做對比,分析并得出事故原因。
根據(jù)鍋爐設(shè)計圖紙,利用三維建模軟件建立鍋爐沉降室和過熱器1:1全尺寸實物模型。對鍋爐內(nèi)部煙氣流動進行CFD模擬計算,物理模型如圖4所示。
對已損壞的沉降室,對鍋爐內(nèi)部煙氣流動進行CFD模擬計算,物理模型如圖5、6所示。
4 鍋爐內(nèi)部煙氣流動計算結(jié)果(速度場)
5 結(jié)論
針對鍋爐內(nèi)部煙氣流動進行CFD計算和分析,從圖9可知局部區(qū)域流速過高,并且鍋爐長期處于超溫超負荷運行,過熱器入口處擋板已嚴重變形、甚至有部分擋煙板已脫落。
擋板的變形、脫落造成氣體流動路徑的偏差,氣體流動路徑的改變導(dǎo)致過熱器一側(cè)的氣體流動很大,偏流的大量煙氣造成過熱器入口側(cè)的局部煙氣流速過快,造成均流假管磨損,局部缺失430x430mm面積假管,造成空缺區(qū)域煙氣流速高于34m/s,長時間的超流速運行,導(dǎo)致管子因磨損造成管子被刺穿而爆管,進而造成附近其他管子部分磨損。
6 改進措施
1)嚴格控制入口煙氣量和煙氣溫度,盡量控制鍋爐不要長時間超負荷運行;
2)增加煙氣擋板的剛性,增加支撐,避免擋板被吹變形;
3)將煙氣擋板進行絕熱澆筑處理,避免高溫下變形;
作者簡介:
曹勇(1987-):男,漢,贛榆人,工程師,大學(xué)本科,2010年畢業(yè)于南京師范大學(xué)熱能與動力工程專業(yè),從事余熱鍋爐研發(fā)工作。
(南通萬達鍋爐有限公司,江蘇 南通226000)