鍋爐典型故障分析與識(shí)別課件

3.3鍋爐制粉系統(tǒng)故障

3.3.1

概述

制粉系統(tǒng)是電廠鍋爐的主要系統(tǒng)之一，其運(yùn)行狀況直接影響鍋爐機(jī)組的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

一、制粉系統(tǒng)類型

制粉系統(tǒng)一般指從原煤倉(cāng)落下的原煤經(jīng)磨制成煤粉后輸運(yùn)到鍋爐燃燒器的全部工藝流程。其中以磨煤機(jī)為核心設(shè)備，還有給煤機(jī)，給粉機(jī)，粗粉分離器，細(xì)粉分離器，排粉風(fēng)機(jī)等，與之組成系統(tǒng)還包括相關(guān)閥門，管件，管道，以及各轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的滑潤(rùn)冷卻系統(tǒng)等。

電廠制粉系統(tǒng)至少具備以下四項(xiàng)功能：燃料的干燥、磨碎、分離和粉粒傳輸。制粉系統(tǒng)總體來(lái)說(shuō)有兩種類型：中間儲(chǔ)倉(cāng)式和直吹式

(一)中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)

圖3-1示中間儲(chǔ)倉(cāng)式、干燥劑送粉制粉系統(tǒng)和熱風(fēng)送粉系統(tǒng)。

鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)圖３-１中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)(a)干燥劑送粉(b)熱風(fēng)送粉鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)

燃料從原煤倉(cāng)由給煤機(jī)送入磨煤機(jī)磨碎成煤粉顆粒，通入干燥劑（空氣預(yù)熱器來(lái)的熱風(fēng)）對(duì)煤和煤粉進(jìn)行干燥，隨后干燥劑（熱風(fēng)）攜帶煤粉離開(kāi)磨煤機(jī)進(jìn)入粗粉分離器，分離出合格的粗煤粉經(jīng)回粉管重新返回磨煤機(jī)再磨制，合格的煤粉被干燥劑帶入細(xì)粉分離器，大部分的煤粉在細(xì)粉分離器分離出來(lái)后通過(guò)切換擋板送入煤粉倉(cāng)或利用螺旋輸粉機(jī)輸送到鄰爐的煤粉倉(cāng)。根據(jù)鍋爐燃燒的需要由給粉機(jī)將粉倉(cāng)中的煤粉送入一次風(fēng)管。從細(xì)粉分離器出來(lái)的乏氣帶著未分離掉的少量煤粉（約占煤粉總量的10%）進(jìn)入排粉機(jī)送入一次風(fēng)管，一次風(fēng)把給粉機(jī)（排粉機(jī)）送來(lái)的煤粉通過(guò)燃燒器噴入爐膛燃燒從排粉機(jī)出口至磨煤機(jī)進(jìn)口設(shè)有再循環(huán)管，可讓一部分干燥劑回到磨煤機(jī)，以提高風(fēng)速，增大送粉能力。當(dāng)磨煤機(jī)停運(yùn)時(shí)，排粉機(jī)還可直接利用熱風(fēng)送粉，以維持鍋爐的正常燃燒。為防止氣流短路流動(dòng)，在系統(tǒng)的某些管道上裝有鎖氣器，阻氣回粉，在系統(tǒng)中多處設(shè)置了防燥門，以保護(hù)設(shè)備安全。

這類制粉系統(tǒng)能耗高，煤粉分離和儲(chǔ)存系統(tǒng)著火爆炸的危險(xiǎn)性大

(二)直吹式制粉系統(tǒng)

圖3-2示直吹式中速磨制粉系統(tǒng)，與中間儲(chǔ)倉(cāng)式系統(tǒng)的差別就是沒(méi)有專門的煤粉儲(chǔ)存容器（煤粉倉(cāng)），磨煤機(jī)的制粉出力根據(jù)鍋爐負(fù)荷實(shí)時(shí)需要提供。鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)圖3-2直吹式中速磨制粉系統(tǒng)鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)

相對(duì)來(lái)說(shuō)直吹式制粉系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，其主要設(shè)備較少。直吹式制粉系統(tǒng)的磨煤機(jī)往往選用中速磨煤機(jī)。該制粉系統(tǒng)具有布置簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)靈活，維護(hù)方便，能夠保證與鍋爐燃燒負(fù)荷良好的匹配性，對(duì)煤種適應(yīng)性較強(qiáng)，磨煤制粉電耗較低、運(yùn)行壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，隨著機(jī)組容量等級(jí)不斷增加，對(duì)單元大容量機(jī)組更多的選用直吹式制粉系統(tǒng)。

(三)其他：１.乏氣分離式直吹制粉系統(tǒng)２.中儲(chǔ)或半直吹系統(tǒng)二、磨煤機(jī)類型

(一)滾壓式中速磨煤機(jī)

電廠使用外作用力磨煤機(jī)已近40年的歷史，按其結(jié)構(gòu)性能的不同，可以分為:

球環(huán)式E型磨煤機(jī)，適應(yīng)于煙煤和貧煤原煤水分≤15%；輥碗式RP（HP）型磨煤機(jī)有較強(qiáng)的適應(yīng)性，可磨水分<45%，灰分<40~45%的煙煤、褐煤；滾輪式MPS（MBF）型對(duì)煤種適應(yīng)性強(qiáng)，良好的研磨運(yùn)行特性。這類磨煤機(jī)的研磨部件是磨環(huán)，磨輥，鋼球和磨盤等，燃料進(jìn)入磨輥下部即形成磨料層和壓實(shí)層，在磨料層內(nèi)和接觸面積內(nèi)的磨擦力與輥壓力，離心力和流動(dòng)阻力處于平衡條件下，完成煤的破碎。中速磨煤機(jī)制粉出力和煤粉細(xì)度穩(wěn)定，顆粒度均勻，且啟動(dòng)速度快、調(diào)節(jié)靈活，工作經(jīng)濟(jì)可靠，特別適于直吹式制粉系統(tǒng)和單元機(jī)組的自控系統(tǒng)。鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)(二)鋼球磨煤機(jī)（低速）這類磨煤機(jī)堅(jiān)固耐用和易于維護(hù)。研磨部件就是鋼球（直徑為20~70mm之間）和耐磨的園柱形筒體，利用鋼筒旋轉(zhuǎn)（工作轉(zhuǎn)速為15.6r/min），鋼球落下的動(dòng)能破碎原煤。用于低揮發(fā)和高灰分的貧煤，無(wú)煙煤，中等水份低揮發(fā)分的煙煤?，F(xiàn)已發(fā)展為雙進(jìn)雙出式鋼球磨煤機(jī)系統(tǒng)。原煤從兩頭通過(guò)與筒體同轉(zhuǎn)的螺旋輸煤機(jī)送入磨煤機(jī)內(nèi)，干燥氣體通過(guò)兩頭的內(nèi)管進(jìn)入研磨室，并逆著原煤進(jìn)口方向?qū)⒚悍鬯腿敕蛛x器。為了保證磨煤機(jī)兩頭原煤（煤粉）和干燥氣體均勻送入，采用了復(fù)雜的控制系統(tǒng)。(三)高速風(fēng)扇磨煤機(jī)和錘擊磨煤機(jī)研磨水分高達(dá)70%，灰分高達(dá)40%的軟質(zhì)或硬質(zhì)褐煤，特別當(dāng)其出力高達(dá)200t/h時(shí)，采用有很大自身通風(fēng)能力的風(fēng)扇磨煤機(jī)比較有利。風(fēng)扇磨煤機(jī)可將煙氣的NOx含量控制在200mg/m3排放限值以下。研磨硬煤、褐煤和泥炭宜采用無(wú)自身通風(fēng)能力的錘擊磨煤機(jī)。錘擊磨煤機(jī)的出力遠(yuǎn)低于風(fēng)扇磨煤機(jī)。3.3.2

制粉系統(tǒng)故障由于制粉系統(tǒng)和磨煤機(jī)的類別繁多，實(shí)際出現(xiàn)的故障及故障部位多種多樣，診斷識(shí)別必須按類別，輕重不同進(jìn)行。按故障部位類別可分三種，即運(yùn)動(dòng)機(jī)械的故障、器件（包括粉倉(cāng)）故障及系統(tǒng)故障。鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)一、運(yùn)動(dòng)機(jī)械的故障這指給煤機(jī)、磨煤機(jī)、給粉機(jī)、螺旋輸煤（粉）機(jī)、排粉風(fēng)機(jī)等運(yùn)動(dòng)機(jī)械本體及其輔助系統(tǒng)（潤(rùn)滑油、冷卻水系統(tǒng)）出現(xiàn)的故障。

(一)磨煤機(jī)１.機(jī)體振動(dòng)大２.磨損嚴(yán)重（鋼球、磨環(huán)及磨輥磨盤等）３.潤(rùn)滑不佳：冷油器水側(cè)堵塞；漏油、油質(zhì)質(zhì)量差４.軸承故障：軸瓦溫度居高不下，軸承破損５.中速磨煤機(jī)磨輥不轉(zhuǎn)，液壓加載無(wú)力，“四塊”（煤、石、木、鐵）問(wèn)題敏感６.傳動(dòng)齒輪損壞，減速箱漏油７.電動(dòng)機(jī)故障：定子線圈燒壞，鼠籠條斷裂，軸承質(zhì)量差(二)給煤機(jī)１.皮帶拉緊裝置損壞２.皮帶驅(qū)動(dòng)滾筒損壞３.軸承或支撐損壞４.皮帶為木棒、鋼絲繩、鐵皮等異物損壞５.刮板給煤機(jī)墊煤、卡鏈、斷鏈。鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)(三)給粉機(jī)軸套漏粉，軸套卡澀(四)排粉風(fēng)機(jī)１.磨損嚴(yán)重，葉輪壽命短２.進(jìn)口調(diào)節(jié)擋板開(kāi)度不足，節(jié)流損失大

二、器件及容器故障主要包括粗粉分離器，細(xì)粉分離器、螺旋輸煤器（雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)）、離心式可旋轉(zhuǎn)、可調(diào)導(dǎo)流片的分離器、原煤倉(cāng)及相關(guān)的熱風(fēng)隔絕門、鎖氣器、磨煤機(jī)出口排除伐、防爆門等的故障?；景N類型：(一)煤、煤粉的漏泄(二)煤、煤粉的堵塞(三)氣粉流動(dòng)造成的磨損三、制粉系統(tǒng)的故障著火（自燃）、陰燃和爆炸鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)3.3.3

制粉系統(tǒng)的著火與爆炸煤粉的著火和爆炸，既造成損備損壞，增加維修成本，又嚴(yán)重威脅人身及電廠生產(chǎn)的安全，還對(duì)生產(chǎn)環(huán)境造成污染。一、煤粉著火爆炸機(jī)理(一)著火爆炸的產(chǎn)生煤粉以一定濃度分散在容器或系統(tǒng)中，一旦遇到點(diǎn)燃能就會(huì)著火燃燒，導(dǎo)致不可控制的連續(xù)快速燃燒反應(yīng)，壓力驟然升高，造成強(qiáng)大沖擊力，即發(fā)生煤粉爆炸。沉積不流動(dòng)的煤粉，經(jīng)一段時(shí)間后往往會(huì)自燃。煤或煤粉在缺氧情況下燃燒叫“陰燃”，由于制粉系統(tǒng)含氧濃度較低，煤粉自燃著火后即轉(zhuǎn)為陰燃，陰燃的煤粉是煤粉發(fā)生爆炸的主要引火源。(二)煤粉爆炸的三要素煤粉必須同時(shí)具備可燃物濃度，氧濃度和點(diǎn)燃能三個(gè)條件才能發(fā)生爆炸1.煤粉的濃度煤粉的爆炸濃度有一個(gè)范圍，它在高限濃度和低限濃度之間。這個(gè)范圍與煤種、初溫、初壓等多個(gè)因素有關(guān)。2.氧氣的濃度

熱風(fēng)、冷風(fēng)以及漏風(fēng)中均含有一定量的氧氣，氧氣濃度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，才可能發(fā)生爆炸。排粉風(fēng)機(jī)前的含氧濃度一般應(yīng)控制在16%以下（高揮發(fā)分，高溫干燥劑情況應(yīng)為11~13%以下）

鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)3.點(diǎn)燃能（引爆源）煤粉混合物必須在有高于最小、最低可爆的點(diǎn)燃能時(shí)才能發(fā)生爆炸。最小、最低的點(diǎn)燃能與多個(gè)因素有關(guān)，但主要決定于煤粉爆炸反應(yīng)本身活化能的大小。煤粉中摻入少量可燃?xì)怏w比純空氣的混合物更能降低煤粉爆炸的最小、最低點(diǎn)燃能。初溫初壓對(duì)點(diǎn)燃能有明顯的影響，初溫初壓越高，發(fā)生爆炸所需點(diǎn)燃能就越小。煤粉自燃（陰燃），木屑，及其他易燃物的燃燒，機(jī)械摩擦產(chǎn)生的火花等系統(tǒng)外來(lái)的火源會(huì)形成爆炸的點(diǎn)燃能，一定濃度的風(fēng)粉氣流吹向自燃點(diǎn)，不僅加劇自燃，還會(huì)引起燃燒，隨時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸。煙煤、褐煤著火溫度低，不僅容易點(diǎn)燃，而且極易自燃（陰燃），因此褐煤和高揮發(fā)分煙煤是易爆煤種。(三)影響著火爆炸的主要因素1.揮發(fā)分

Vˊ<10%時(shí)

一般無(wú)自燃爆炸的危險(xiǎn)

Vˊ>20%時(shí)

這是著火溫度低的煤，容易自燃，有爆炸的危險(xiǎn)。煙煤、褐煤的Vˊ均大于此值。煤的陰燃溫度與其揮發(fā)分成反比關(guān)系，煤的揮發(fā)分越高，其陰燃溫度越低，（詳見(jiàn)表3-9）鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)2.氣粉混合物濃度煤粉濃度過(guò)高或過(guò)低，都不會(huì)發(fā)生爆炸，不同的煤種有不同的爆炸危險(xiǎn)濃度。煙煤氣粉濃度只在0.32~4kg/m3范圍內(nèi)才會(huì)發(fā)生爆炸，而在1.2~2kg/m3范圍發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)性最大。3.煤粉細(xì)度通常煤粉粒度較大不易發(fā)生爆炸，粒度愈小俞易發(fā)生爆炸。煙煤當(dāng)量粒徑dp>1000

m時(shí)，一般沒(méi)有爆炸危險(xiǎn)；

dp<833

m時(shí)的煤粉與微粒共存時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸；

dp<74

m的煤粉的爆炸危險(xiǎn)性非常大。電廠所用煤粉細(xì)度都在爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)4.灰分燃料中含灰分越小，爆炸傾向性越大5.煤粉中的含氧量及干燥劑種類燃燒煙煤時(shí)，含氧量低于14%，肯定不會(huì)發(fā)生爆炸；粉塵中若含CH4等可燃?xì)怏w時(shí)，煤粉爆炸極限會(huì)降低，即使含氧量小于10%，也會(huì)發(fā)生爆炸；向干燥劑中摻入惰性介質(zhì)（如煙氣、CO2、N2、水蒸汽等），煤粉的爆炸危險(xiǎn)性就會(huì)減少。6.煤粉中的水分顯然，水分愈高愈不易著火爆炸7.通風(fēng)量通風(fēng)不良時(shí)，爆炸的危險(xiǎn)程度增大8.磨煤機(jī)出口的氣粉溫度只有到達(dá)著火溫度氣粉混合物才會(huì)燃燒，一般此處遠(yuǎn)低于著火溫度，故不會(huì)發(fā)生著火爆炸。但遇到點(diǎn)火源或特殊工況（啟動(dòng)、停運(yùn)或突然斷煤）或漏入熱風(fēng)使氣粉溫度達(dá)到100℃以上時(shí)，容易引起沉積煤粉著火爆炸9.煤粉沉積狀態(tài)堆積狀態(tài)比浮懸狀態(tài)煤粉的著火溫度低。譬如當(dāng)Vˊ<20%時(shí)，懸浮狀態(tài)的著火溫度為630℃，而堆積粉塵的著火溫度降為220℃；當(dāng)Vˊ=40%時(shí)，懸浮狀態(tài)的著火溫度為580℃，而堆積粉塵的著火溫度降為170℃。鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)二、防爆與探測(cè)(一)制粉系統(tǒng)著火爆炸的預(yù)防１.保持原煤斗出口有足夠高度的密封煤柱一定高度的煤柱可防止熱空氣通入給煤機(jī)，使機(jī)內(nèi)壓力高于磨煤機(jī)的出口壓力，避免熱空氣竄入煤斗２.加強(qiáng)吹掃消除積粉原則上說(shuō)，制粉系統(tǒng)各處都有著火爆炸的危險(xiǎn)性，但爆炸多發(fā)生處為煤粉倉(cāng)，磨煤機(jī)入口，磨煤機(jī)再循環(huán)管道，排粉機(jī)一次風(fēng)箱，粗粉分離器，細(xì)粉分離器，給煤機(jī)，中速磨煤機(jī)磨碗上部、下部及排出閥、一次風(fēng)機(jī)，分離器出口，磨盤邊緣死角，煤粉管道的水平彎頭下部及石子煤箱等處。正常停爐時(shí)應(yīng)將煤粉倉(cāng)內(nèi)的煤粉燒盡，緊急停爐時(shí)利用放粉設(shè)施將煤粉放掉３.消除漏風(fēng)煤粉倉(cāng)密封差引起漏風(fēng)，致使粉倉(cāng)內(nèi)含氧量加大，易發(fā)生著火爆炸。當(dāng)系統(tǒng)突然停運(yùn)時(shí)，熱風(fēng)門關(guān)閉不嚴(yán)，空預(yù)器出來(lái)的熱風(fēng)或熱煙氣會(huì)流入有積粉的磨煤機(jī)中（熱風(fēng)溫度超過(guò)100℃以上），引起著火爆炸熱風(fēng)門關(guān)閉不嚴(yán)造成熱風(fēng)門內(nèi)漏外漏、磨煤機(jī)出口排除閥缺陷（不易全關(guān)）都是制粉系統(tǒng)著火爆炸的隱患，必須通過(guò)檢修達(dá)到設(shè)備系統(tǒng)的密封完善，消除漏風(fēng)。４.控制磨煤機(jī)入口（出口）溫度５.加強(qiáng)煤質(zhì)檢驗(yàn)及煤粉化驗(yàn)鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)６.通入惰性介質(zhì)制粉系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)應(yīng)通入煙氣、CO2、N2、水蒸汽等惰性介質(zhì)。摻入煙氣送風(fēng)可以控制氣粉混合物中的含氧量。７.適當(dāng)提高制粉系統(tǒng)管道的抗爆設(shè)計(jì)（用材）標(biāo)準(zhǔn)８.布置足夠面積的防爆門，選擇合適的防爆門類型９.加強(qiáng)消防系統(tǒng)的維護(hù)、蒸汽消防系統(tǒng)應(yīng)暢通（或采用惰性氣體或CO2消除）(二)制粉系統(tǒng)著火燃燒探測(cè)裝置1.磨煤機(jī)內(nèi)燃探測(cè)系統(tǒng)類型有：(1)CO監(jiān)測(cè)(2)O2量監(jiān)測(cè)(3)溫度監(jiān)測(cè)：在磨煤機(jī)出口，通過(guò)監(jiān)測(cè)介質(zhì)溫度來(lái)判斷磨煤機(jī)是否著火或易爆危險(xiǎn)狀態(tài)。。2.氧量測(cè)量系統(tǒng)和紅處測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量磨煤機(jī)排出氧氣數(shù)量來(lái)判斷著火燃燒狀況。有著火情況時(shí)，CO2增加，氧量減少。紅外線探測(cè)系統(tǒng)是利用紅處線傳感器來(lái)探測(cè)煤著火發(fā)熱產(chǎn)生預(yù)定波長(zhǎng)的紅外輻射線，此法對(duì)煤層內(nèi)部陰燃的探測(cè)能力較差。3.CO監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用煤粉發(fā)生氧化情況（產(chǎn)生CO）與燃燒的關(guān)系，測(cè)定CO的濃度就可預(yù)報(bào)磨煤機(jī)著火。美國(guó)KVB公司的煤粉燃燒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CFDS，又稱中速磨CO監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已被國(guó)內(nèi)外廣泛采用。鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)3.3.4制粉系統(tǒng)其它故障（1）一次風(fēng)在粉管內(nèi)的流動(dòng)速度偏低，煤粉在管道中沉積，造成堵粉、煤粉在粉管中燃燒，燃燒器噴口燒壞。（2）制粉系統(tǒng)漏風(fēng)，三次風(fēng)量大，使煤粉燃燒不完全，爐內(nèi)火焰中心提高，引起爐膛出口超溫，排煙溫度提高，鍋爐熱損失q2和q4增加。鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)3.4

鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)故障

動(dòng)力鍋爐的水循環(huán)方式可分自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)兩類，水循環(huán)系統(tǒng)的安全性具有十分重要的意義，鍋爐由鍋（內(nèi)）爐（內(nèi)）的兩大塊構(gòu)成，爐內(nèi)主要研究燃燒，鍋內(nèi)主要研究工質(zhì)在管內(nèi)的流動(dòng)換熱，即水動(dòng)力特性水循環(huán)問(wèn)題。3.4.1水循環(huán)原理水循環(huán)的作用在于通過(guò)水冷壁管內(nèi)，流體流動(dòng)把爐膛內(nèi)燃料燃燒的熱量傳遞給流體，建立穩(wěn)定的熱傳導(dǎo)過(guò)程，保護(hù)金屬管壁，使管壁壁溫保持允許值以下，保證鍋爐長(zhǎng)期安全運(yùn)行。一、自然循環(huán)鍋爐圖3-3為簡(jiǎn)單自然循環(huán)回路的示意圖，給水泵將給水經(jīng)省煤器泵入汽包與爐水混合后，通過(guò)下降管及下聯(lián)箱進(jìn)入水冷壁，水在水冷壁中吸收爐膛火焰及煙氣流的熱量達(dá)到飽和溫度并產(chǎn)生部分蒸汽。下降管中為飽和或欠飽和的水，上升管中是汽水混合物，其重度比下降管中水的重度小，在這一壓差作用下，將使上升管中汽水混合物向上流入汽包。汽水混合物將在汽包中進(jìn)行汽水分離，分離出的蒸汽送往過(guò)熱器，分離出的水與省煤器來(lái)的給水混合繼續(xù)參與循環(huán)。這種依賴工質(zhì)本身的重度差進(jìn)行循環(huán)的鍋爐稱為自然循環(huán)鍋爐。鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)二、強(qiáng)制循環(huán)鍋爐隨著鍋爐蒸汽參數(shù)的提高，汽包中的壓力相應(yīng)提高，鍋爐中的汽水重度差越來(lái)越小，接近亞臨界參數(shù)時(shí)，自然循環(huán)所產(chǎn)生的動(dòng)壓頭只有0.05~0.1MPa，這使得工質(zhì)在循環(huán)回路中的流動(dòng)發(fā)生困難，必須采取強(qiáng)制循環(huán)，即借助水泵迫使工質(zhì)在循環(huán)回路中流動(dòng)，這種利用水泵強(qiáng)制進(jìn)行工質(zhì)循環(huán)方式的鍋爐叫強(qiáng)制循環(huán)鍋爐（圖3-4所示）。強(qiáng)制循環(huán)鍋爐與自然循環(huán)鍋爐結(jié)構(gòu)基本相同，也有汽包，差別就是在下降管末端增裝了循環(huán)泵作為強(qiáng)制循環(huán)的動(dòng)力。強(qiáng)制循環(huán)鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行及停爐時(shí)，由于裝設(shè)了爐水泵，使水冷壁能夠得到工質(zhì)足夠冷卻而不致被燒損。為解決爐膛內(nèi)熱負(fù)荷分配不均，在水冷壁的入口設(shè)置了節(jié)流圈，通過(guò)調(diào)整各上升管中的流量分配，避免了水循環(huán)出現(xiàn)脈動(dòng)，停滯及倒流等故障，減輕了水冷壁管的熱偏差，保證了水冷壁溫度的均勻分布。

圖3-4簡(jiǎn)單強(qiáng)制循環(huán)鍋爐示意圖鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)3.4.2

水循環(huán)特性一、相關(guān)參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)(一)循環(huán)流速

一般認(rèn)為水冷壁入口水速即等于循環(huán)流速。只有水膜不斷沖刷管壁，才能保證受熱的上升管得到有效的冷卻，為此應(yīng)有一定的循環(huán)流速。在循環(huán)回路中，水在飽和溫度下按上升管入口截面計(jì)算為循環(huán)流速，以w0表示

m/s （3-11）式中G——上升管中的循環(huán)水量,kg/h；fss——上升管的流通面積,m2；

’——汽包壓力下飽和水的重度,kg/m3。循環(huán)流速w0是水循環(huán)系統(tǒng)可靠性的重要指標(biāo)之一，若w0值接近于零，水循環(huán)將發(fā)生停滯可能導(dǎo)致水冷壁管燒壞。循環(huán)流速只反映了進(jìn)入上升管的水流快慢。熱負(fù)荷不同的管子，由于產(chǎn)汽量不同，在上升管出口處的水流量就不同，對(duì)于熱負(fù)荷大的管子，產(chǎn)汽量多，出口處的水量就少，甚至在管壁上維持不住連續(xù)流動(dòng)的水膜，造成傳熱惡化，管壁結(jié)鹽金屬超溫。循環(huán)流速的范圍一般為w0=0.5~1.5m/s。鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)(二)循環(huán)倍率這是自然循環(huán)中另一個(gè)重要的可靠性指標(biāo)，循環(huán)倍率用K表示， （3-12）式中G——進(jìn)入上升管入口的水流量;D——該上升管出口的汽流量循環(huán)倍率K表示上升管出口產(chǎn)生一公斤蒸汽，在上升管入口進(jìn)入的水量。一般循環(huán)倍率推薦值系指鍋爐額定負(fù)荷下回路的平均計(jì)算循環(huán)倍率，當(dāng)鍋爐在低于額定負(fù)荷下工作時(shí)，可按下式估算循環(huán)倍率K：

（3-13）式中

De、D——分別為鍋爐額定蒸發(fā)量和實(shí)際蒸發(fā)量;ke——額定負(fù)荷下的循環(huán)倍率推薦值(三)質(zhì)量含汽率在汽水混合物中，蒸汽質(zhì)量流量所占混合物質(zhì)量流量的份額數(shù)為質(zhì)量含汽率以x表示，也稱蒸汽干度。上升管出口的質(zhì)量含汽率為循環(huán)倍率K的倒數(shù)。

(3-14)

鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)

循環(huán)倍率K越大，質(zhì)量含汽率越小，它表示上升管出口端汽水混合物中水的份額越大，水循環(huán)就越安全。一臺(tái)鍋爐由多個(gè)循環(huán)回路組成，一個(gè)回路又由許多根平行連接的水冷壁管組成，由于各循環(huán)回路之間以及每根管子的結(jié)構(gòu)和吸熱量的差異，整臺(tái)鍋爐的循環(huán)倍率（所有下降管的總水流量與所有上升管出口的汽流量之比）和各回路的循環(huán)倍率及各根管子的循環(huán)倍率是不相同的。為防止傳熱惡化，受熱最強(qiáng)管子的質(zhì)量含汽率x應(yīng)限制在0.4以下即循環(huán)倍率K>2.5。(四)質(zhì)量含汽率與結(jié)構(gòu)參數(shù)，循環(huán)特性參數(shù)的關(guān)系 （3-15）式中

——飽和水密度；N——水冷壁管根數(shù)；

D——水冷壁管內(nèi)徑；F——水冷壁管的流通面積。

鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)(五)水冷壁熱負(fù)荷qf與結(jié)構(gòu)參數(shù)，循環(huán)特性參數(shù)的關(guān)系

（3-16）

式中S——水冷壁管節(jié)距L——水冷壁管平均長(zhǎng)度

hqh——上升管入口欠焓

——汽化潛熱(六)爐膛周界與結(jié)構(gòu)參數(shù)、循環(huán)特性參數(shù)關(guān)系近似認(rèn)為： （3-17）

從以上諸關(guān)系式可以看出，通過(guò)調(diào)節(jié)各參數(shù)的數(shù)值可以控制合理的質(zhì)量含汽率。鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)(七)下降管入口過(guò)冷度1.對(duì)自然循環(huán)鍋爐，為保證下降管中不帶汽，下降管入口應(yīng)有一定的過(guò)冷度，它為汽包工作壓力下的飽和溫度與下降管入口混合水溫度之差：（3-18）下降管內(nèi)流體應(yīng)保持8.3~12.2℃過(guò)冷度。2．對(duì)強(qiáng)制循環(huán)鍋爐，為保證泵入口不產(chǎn)生汽化，泵入口應(yīng)有一定的過(guò)冷度，它為泵入壓力下的飽和溫度與泵入口混合水溫度之差：（3-19）(八)蒸汽干度裕量（3-20）式中：

X——干度裕量；X

——某回路（或區(qū)段）出口干度

XAL——該回路（或區(qū)段）壓力，最大熱負(fù)荷和質(zhì)量流速下不發(fā)生膜態(tài)沸騰的許可干度。鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)(九)自補(bǔ)償能力循環(huán)回路中的循環(huán)速度與負(fù)荷大小有關(guān)。在一定循環(huán)倍率范圍內(nèi)，上升管受熱增強(qiáng)時(shí)，產(chǎn)生的汽流量多，截面含汽率增加，運(yùn)動(dòng)壓頭增加，循環(huán)流量增大即循環(huán)流速提高。反之，上升管受熱減弱，循環(huán)流速減少。這種循環(huán)流量隨上升管產(chǎn)汽量的增減而增減的特性叫做自然循環(huán)的自補(bǔ)償能力，對(duì)水循環(huán)的安全有利，也是自然循環(huán)的一大優(yōu)點(diǎn)。故合理的自然循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)是在上升管吸熱汽化時(shí)，鍋爐始終工作在自補(bǔ)償特性區(qū)段內(nèi)（見(jiàn)圖3-5AC部分）。運(yùn)動(dòng)壓頭能產(chǎn)生多大的循環(huán)流速還將取決于回路的阻力特性。上升管出口汽流量增加，不僅運(yùn)動(dòng)壓頭增加，流速阻力也隨之增加。開(kāi)始階段運(yùn)動(dòng)壓頭的增加大于流動(dòng)阻力增加，所以循環(huán)流速增加（見(jiàn)圖3-5中曲線ABC段），當(dāng)循環(huán)流速達(dá)到最大值（C點(diǎn)）以后，若繼續(xù)增加熱負(fù)荷，則會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)阻力的增加大于運(yùn)動(dòng)壓頭的增加，使循環(huán)流速降低，循環(huán)失去了自補(bǔ)償能力?？梢?jiàn)上升管工作在曲線的CD部分時(shí)，水循環(huán)是不安全的。

對(duì)應(yīng)于圖中最大流速時(shí)的上升管質(zhì)量含汽率、循環(huán)倍率稱之為界限含汽率Xj，界限循環(huán)倍率Kj，為了安全，推薦的循環(huán)倍率應(yīng)比界限循環(huán)倍率大一定數(shù)值（裕量）。

鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)(十)傳熱惡化（膜態(tài)沸騰）受熱管中發(fā)生“膜態(tài)沸騰”時(shí)，在液體中迅速產(chǎn)生的汽泡結(jié)合起來(lái)形成了覆蓋加熱壁面的蒸汽膜，熱量必須通過(guò)蒸汽膜的傳導(dǎo)才能達(dá)到中間液體，蒸汽膜的熱阻造成受熱面的傳熱惡化，致使水冷壁壁溫急劇上升而爆管。影響產(chǎn)生膜態(tài)沸騰的主要因素是壓力、重量流速、局部熱負(fù)荷、流體干度、管徑等。二、鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)的安全性(一)水循環(huán)系統(tǒng)安全性的主要判斷標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于中、高壓及超高壓鍋爐，循環(huán)倍率是判斷水循環(huán)安全性的主要標(biāo)準(zhǔn)之一，但進(jìn)入亞臨界壓力區(qū)域后，膜態(tài)沸騰（DNB）成為影響水冷壁安全性的最主要的考慮因素。以工作條件最惡劣的個(gè)別回路（或區(qū)段）中的蒸汽干度（含汽率）與該回路（或區(qū)段）的質(zhì)量流量和最大局部熱負(fù)荷下不發(fā)生膜態(tài)沸騰的最大許可干度之間的差值或者以上述回路（或區(qū)段）中的最大局部熱負(fù)荷與不發(fā)生膜態(tài)沸騰的臨界熱負(fù)荷之間的比值作為DNB裕度。該差值或比值愈大即表示防止產(chǎn)生膜態(tài)沸騰的裕度也愈大。在自然循環(huán)鍋爐設(shè)計(jì)中可通過(guò)改變引入，引出管的管徑和數(shù)目，而在強(qiáng)制循環(huán)鍋爐設(shè)計(jì)中則可通過(guò)調(diào)節(jié)質(zhì)量流速、合理劃分回路，改變節(jié)流圈孔徑等措施，來(lái)保證足夠的DNB裕度。當(dāng)然，循環(huán)倍率仍然是表征水循環(huán)安全性的指標(biāo)之一。循環(huán)倍率愈大，質(zhì)量流速也愈高，愈能提高水冷壁工作的安全性。鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)(二)影響水循環(huán)系統(tǒng)安全性的因素除了質(zhì)量流速，熱負(fù)荷等直接影響DNB裕度的這些因素外，還和給水品質(zhì)、酸洗的及時(shí)性和下降管入口過(guò)冷度等有關(guān)。爐水中含氫或其他雜質(zhì)將造成管子的氫腐蝕或結(jié)垢，誘發(fā)垢下腐蝕而使水冷壁管泄漏。此外，管壁垢層將導(dǎo)致傳熱系數(shù)降低，在熱負(fù)荷最高的區(qū)域造成超溫爆管。下降管入口含汽將削弱水循環(huán)的運(yùn)動(dòng)壓頭，造成水循環(huán)的不穩(wěn)定性。對(duì)于強(qiáng)制循環(huán)鍋爐來(lái)說(shuō)，泵入口含汽可能導(dǎo)致循環(huán)泵氣蝕和振動(dòng)。運(yùn)行因素亦不可忽視，爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)不良致使火焰貼壁甚至直接沖刷水冷壁造成過(guò)高的局部熱負(fù)荷而爆管。(三)各公司對(duì)水循環(huán)安全性的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則１.CE公司(1)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)鍋爐壓力，水冷壁最大局部熱負(fù)荷和最大出口干度由曲線查取允許最小質(zhì)量流速，加適當(dāng)?shù)脑Ａ孔鳛椴捎玫淖钚≠|(zhì)量流速。再加10~20%的裕量作為整臺(tái)鍋爐的平均質(zhì)量流速，由此可獲得鍋爐的總循環(huán)水量和循環(huán)倍率。采用內(nèi)螺紋管的強(qiáng)制循環(huán)的300~600MW機(jī)組鍋爐循環(huán)倍率一般為2~2.5，300MW比600MW機(jī)組鍋爐的循環(huán)倍率略大一些。(2)對(duì)DNB校驗(yàn)準(zhǔn)則：在MCR（最大鍋爐蒸發(fā)量）工況下，任何回路均應(yīng)滿足下列條件：a.最大出口干度為75%左右；b.光管的干度裕量不小于10%；c.回路質(zhì)量流速應(yīng)比許可最小質(zhì)量流速高出10%以上鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)２.B&W公司(1)采用內(nèi)螺紋管的亞臨界自然循環(huán)鍋爐的循環(huán)倍率應(yīng)不低于2.8，目前，對(duì)300~600MW機(jī)組鍋爐采用的循環(huán)倍率為3~4，質(zhì)量流速范圍為950~1200kg/m2s。(2)用DNB比值來(lái)進(jìn)行DNB校驗(yàn)：

B&W公司認(rèn)為，最小的DNB比值是位于熱負(fù)荷最高的上排燃燒器中心標(biāo)高處。

三、水循環(huán)的故障類別(一)停滯、倒流及汽水分層鍋爐中任一循環(huán)回路均由多根并列工作的上升管組成，同一回路中每根上升管的受熱情況不一致，因此，每根上升管的循環(huán)流速有差異，當(dāng)受熱弱的上升管循環(huán)流速w0趨近于零時(shí)，稱為循環(huán)停滯；當(dāng)循環(huán)流速等于負(fù)值時(shí)，即流向顛倒，上升管成為下降管時(shí)算為循環(huán)倒流。當(dāng)直接引入汽包汽空間的上升管發(fā)生循環(huán)停滯時(shí)，水將停留在上升管一定的部位，上面只有蒸汽而無(wú)水的流動(dòng)，在管內(nèi)出現(xiàn)了一個(gè)清晰的汽水分界面，稱“自由水位”。如果上升管接入汽包的水容積，當(dāng)發(fā)生循環(huán)停滯時(shí)，管中產(chǎn)生的蒸汽會(huì)逐漸向上積累形成很大的汽塞。鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)

循環(huán)倒流發(fā)生在汽水混合物引入汽包水空間的上升管或具有上聯(lián)箱的水冷壁管中，當(dāng)?shù)沽魉倥c蒸汽向上的流速相差較大時(shí)不會(huì)產(chǎn)生直接的危害，若二者相近時(shí)，會(huì)帶來(lái)危險(xiǎn)。因?yàn)?，處于停滯或流?dòng)緩慢的蒸汽泡會(huì)逐漸聚集、增大形成汽塞，有汽塞的這部分管壁的溫度升高或壁溫交變，最后導(dǎo)致超溫或疲勞損壞。試驗(yàn)表明，當(dāng)循環(huán)流速達(dá)到0.4m/s。就不會(huì)產(chǎn)生停滯和倒流現(xiàn)象。當(dāng)汽水混合物在水平或微傾斜的管中流動(dòng)時(shí)，由于汽水重度的不同，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)清晰的汽水分界面，這現(xiàn)象叫做汽水分層。垂直管中不會(huì)出現(xiàn)汽水分層現(xiàn)象。對(duì)水平或微傾斜的管子，若其中汽水混合物的流速較高，攪動(dòng)作用大于汽水重力分離作用時(shí)，汽和水混合得比較好，也不會(huì)出現(xiàn)汽水分層，只有汽水混合物流速較小，汽和水的重力分離作用超過(guò)攪動(dòng)作用時(shí)才會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象。出現(xiàn)汽水分層時(shí)，管壁上下之間的壁溫差，形成溫度應(yīng)力；管中水的起伏波動(dòng)，在汽水交界處產(chǎn)生交變熱應(yīng)力；此外汽側(cè)水膜被破壞，使上部管壁溫度顯著提高或沉積大量鹽分，這在熱負(fù)荷較高的沸騰管中十分危險(xiǎn)。運(yùn)行實(shí)踐表明，高壓以上的鍋爐很少出現(xiàn)停滯、倒流。特別隨著鍋爐向高參數(shù)大容量和高熱強(qiáng)度發(fā)展中，由于上升管單位流通截面蒸發(fā)量越來(lái)越大，管中含汽率很高，循環(huán)安全問(wèn)題已從受熱弱的管子轉(zhuǎn)化為受熱強(qiáng)的管子方面，即避免受熱強(qiáng)的管子發(fā)生膜態(tài)沸騰而惡化傳熱。為了不使“膜態(tài)沸騰”發(fā)生，對(duì)汽包壓力為170kg/cm2以上的鍋爐，規(guī)定其出口處的質(zhì)量含汽率X≤0.4，即循環(huán)倍率K

2.5。對(duì)于內(nèi)螺紋管，重量含汽率X即使達(dá)到0.6，也不會(huì)出現(xiàn)膜態(tài)沸騰，傳熱惡化現(xiàn)象。防止汽水分層的辦法是盡可能避免布置水平或傾斜度小于15°的沸騰管，實(shí)在避免不了的，要求汽水混合物的最小允許流速高于規(guī)定的下限循環(huán)流速。鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)(二)下降管帶汽自然循環(huán)鍋爐的下降管內(nèi)工質(zhì)如果含汽，將使總壓差變小，對(duì)水循環(huán)不利。它的后果將使循環(huán)流速降低，增大了出現(xiàn)循環(huán)停滯、倒流、自由水位等不正常流動(dòng)現(xiàn)象的可能。現(xiàn)代鍋爐由于爐水都處于或接近飽和狀態(tài)，且下降管直徑一般均較大，故常出現(xiàn)下降管入口的自汽化現(xiàn)象、下降管進(jìn)口截面上部形成漩渦斗和水室含汽等故障１.下降管入口自汽化現(xiàn)象下降管入口處的壓力若低于當(dāng)時(shí)水的飽和壓力時(shí)，將有部分水自行汽化，而生成的蒸汽就會(huì)被帶入下降管中。對(duì)高壓以上鍋爐，爐水的溫度常低于飽和溫度，其欠焓較大，對(duì)應(yīng)于欠焓水的飽和壓力也相應(yīng)降低，故出現(xiàn)自汽化的可能性小。為防止自汽化的產(chǎn)生，除提高爐水欠焓之外，還須設(shè)法提高下降管的水位高度及減小下降管中的流速。為此，下降管均應(yīng)從汽包的最低處引出，并采用較大的下降管直徑，采用變徑管擴(kuò)大下降管入口直徑或增加下降管數(shù)目等以降低水的流速。２.下降管進(jìn)口截面上部形成漩渦斗當(dāng)下降管進(jìn)口形成漩渦斗，蒸汽可能自汽包水面上隨水流而帶入下降管中。水從汽包進(jìn)入下降管，由于水流方向的突變，造成管口周邊壓力不平衡，迫使水在下降管進(jìn)口處產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)渦流，渦流中心是低壓區(qū)，所以水面降低，形成漏斗狀，當(dāng)斗底很深時(shí)，蒸汽就會(huì)由旋渦斗中心被吸入下降管。高參數(shù)鍋爐的下降管流速較高，管徑較大，形成漩渦斗的可能性大。為防止漩渦斗的出現(xiàn)，一般要求下降管入口截面上部的最低水位應(yīng)不小于四倍下降管的內(nèi)徑，入口水速應(yīng)小于3m/s，否則應(yīng)在入口處加裝隔柵。對(duì)高壓以上鍋爐，不論水位高低，均要求加裝隔柵。對(duì)采用大直徑的集中下降管，必須在管子入口部位加裝十字。

鍋爐典型故障分析與識(shí)別(2)３.汽包水室含汽、循環(huán)泵入口汽化汽包水容積內(nèi)都會(huì)含一定的蒸汽，這些蒸汽可能隨爐水一起被帶入下降管，造成下降管帶汽。爐水帶汽在循環(huán)倍率較大的鍋爐中，顯得不太突出。在采用大直徑集中下降管的情況下，特別是亞臨界鍋爐，蒸汽在水中的上浮速度較小，下降管入口水速又比較大，下降管帶汽是很難避免的，可選用合理的下降管流速，管徑以減少阻力，提高泵入口工質(zhì)欠熱和增大吸入管高度等措施。亞臨界強(qiáng)制循環(huán)鍋爐，推薦下降管流速為5~6m/s，進(jìn)水欠熱為4~9℃四、實(shí)際設(shè)備的水循環(huán)故障或事故水循環(huán)故障往往不限于水循環(huán)系統(tǒng)自身，而是與燃燒系統(tǒng)故障，四管爆漏故障等緊密相連，嚴(yán)格地說(shuō)一起鍋爐故障或事故多是多個(gè)系統(tǒng)綜合造成的結(jié)果，所以有時(shí)很難將其分開(kāi)，往往從具體的實(shí)際發(fā)生的故障或事故中分析查找各個(gè)系統(tǒng)的因素。(一)滿水事故鍋爐型號(hào)：DG1025/18.2—Ⅱ（3）自然循環(huán)燃煤汽包爐事故簡(jiǎn)況：機(jī)組從220MW降負(fù)荷致180MW，7分鐘后，#2高加水位高報(bào)警且自動(dòng)解列汽包水位下降從—70mm至—110mm，給泵自動(dòng)跟蹤上調(diào)汽包水位上升至+90mm給泵迅速降速（手動(dòng)）汽包水位繼續(xù)上升，又過(guò)7分鐘，汽包水位高Ⅲ保護(hù)動(dòng)作，鍋爐主燃燒（MFT）跳閘，機(jī)組解列。原因分析：汽包水位發(fā)生大幅度異常波動(dòng)，源自于虛假水位，