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摘要:工业链条炉低负荷运行对水循环、对流受热面和尾部受热面腐蚀影响给锅炉造成一定的安全危害。
关键词：锅炉、低负荷、安全危害
中图分类号：TK223 文献标识码： A
通过对锅炉水循环、对流受热面积灰和尾部受热面腐蚀进行分析，了解工业链条炉的设计与使用之间工业链条炉运行经济负荷，认为额定负荷运行不是经济负荷，确定了经济运行负荷范围应在额定负荷的80~95%之间。结合工业链条炉经济运行的相关指标以及我国科技工作者多年来对锅炉低负荷的研究和分析，认为工业链条炉运行负荷低于额定负荷的70%应为低负荷运行，工业链条炉低负荷运行对安全的危害。
一．水循环对安全的影响
水动力计算确定各回路的平均循环流速、平均循环赔率、总压差、重位压差、流动压差、加速压差，用于判断水循环是否可靠。可以验证循环流速是否过低、是否产生停滞和倒流。如果产生循环流速过低、发生停滞和倒流，说明水循环是不正常或不可靠的。计算出各受热面管子内的水流速度并校核其安全性，确定水力系统布置结构的合理性和水循环的可靠性。锅炉热力特性决定，对于低负荷运行，造成炉膛热负荷不均匀，有可能造成工业链条炉的水循环停滞和倒流，热偏差大，过热器管会出现超温现象。
蒸汽锅炉低负荷运行对水动力可靠性的影响，对锅炉水冷壁管发生爆管进行分析。通过用一台自然循环中压锅炉，按额定负荷的100%、70%、50%、40%、30%、20%条件下分别进行水动力计算和实际试验，认为锅炉在100%额定负荷、70%负荷、50%负荷下运行，各循环回路水动力工况是安全的。在40%负荷下运行，各循环回路水动力工况是安全的但水循环流量有波动。在30%负荷下运行，锅炉水循环可靠性差，不宜长期运行。在≤20%以下负荷锅炉机组不宜运行。
工业链条锅炉在低负荷工况下运行时，炉膛热负荷随之降低，管内工质密度增大，重位压差增大，循环回路的运动压头减少，循环流速就会降低，因而低负荷运行时的水循环安全性较差。影响水循环的结果是造成水冷壁管、对流管、过热器管爆管、弯曲变形、产生鼓包变形，受热面结水垢等缺陷严重影响锅炉安全运行的事故。
尤其带有过热器的工业链条炉，在低负荷下长期运行对过热器的可靠性不利，随着锅炉负荷的降低，由于过热器内蒸汽流速降低，对管壁冷却减弱，导致壁温升高，过热器管损伤。此外，负荷变化大、启停炉次数多， 对过热器的危害也很大。
工业链条锅炉长期低负荷运行对过热器有一定的危害，通过额定负荷在10%～100%范围内，在不同负荷时进行水动力计算，认为锅炉运行负荷不应低于70%，尤其不要长期低负荷运行，否则，将严重影响过热器安全。
对工业链条锅炉低负荷下运行的烟气放热量、蒸汽吸热量的分析以及管壁壁温计算，认为工业锅炉低负荷下长期运行，尤其是在超低负荷30%～40%下运行，对过热器管将造成失效影响。
工业链条锅炉低负荷下水循环分析，对锅炉水冷壁管爆管原因进行了分析。认为若锅炉长期在70%负荷下运行，应重新进行热力计算、水动力计算、烟风阻力计算等，必要时对锅炉进行重新改造。
由此可见，工业链条炉长期在低负荷下运行，炉膛温度低、火焰稳定性变差，致使受热面局部受热，由于受热面变小，整个循环系统的自然动力也就变小，导致局部过热，对水循环的影响是很大的，尤其水质管理工作不好的单位，会加速对锅炉系统的破坏。
二．对流受热面上积灰对安全的影响
由烟风阻力计算可知，链条炉一般为平衡通风方式，采用负压通风，平衡通风方式下锅炉烟、风道风压发生曲线变化。其烟、风系统各部分介质流量、温度以及流通截面积等相关数据均依据锅炉额定负荷下的热力计算数据确定的。
对于低负荷运行工业链条炉，尤其是长期低负荷运行，其烟、风相对额定负荷时均有下降，会造成锅炉各受热面的烟速下降。再有,低负荷运行造成煤燃烧不完全，使固体不完全燃烧损失增大。
通过受热面积灰沉积过程的机理分析，积灰主要发生在对流受热面上，这是因为沉积在对流受热面上积灰，主要以飞灰为主。飞灰是由炉内高温状态下发生碰撞或未发生碰撞，经过炉膛辐射受热面选择性吸附及炉膛复杂的热环境氛围筛选后，聚聚尺寸只有0～200μm的颗粒构成的。由于其粒径很小，可被高温烟气携带出炉膛而进入烟道中。高温烟气携带飞灰沿程而下，由于各段温度不同，沿程流通面积的变化，使高温烟气的速度发生变化，在沿程各段形成积灰，不同烟速在沿程积灰的程度是不一样的，烟速越低积灰越多。这就是低负荷下运行，导致对流管束区、尾部受热面积灰的主要原因。若清灰不及时，造成积灰越来越多，又进一步会影响烟气速度，造成恶性循环。
此外，由于受热面积灰较多，污染系数增大，使总传热热阻增大，热有效系数显著低于正常值，传热变差，对流管束区、尾部受热面吸热量下降，导致在铸铁省煤器处烟气温度过高，再由于低负荷时给水流量减少，造成铸铁省煤器汽化，由于省煤器管内水流速度降低，管内汽化产生气体不宜带走，形成汽塞，工质停滞，加剧汽化、水击现象甚至沸腾、共振。
受热面积灰较多还会造成受热面管壁磨损，这主要因为：
1．进入锅炉尾部烟道的飞灰由于温度较低，具有一定的硬度，因此随烟气冲刷受热面管排时，会对管壁产生磨损作用，特别是省煤器，进口烟温已降至450度左右，灰粒较硬，且采用小直径薄壁碳钢管，更易受到磨损损坏。而且磨损也正是省煤器爆管在锅炉爆破事故中占的比例较高的原因之一。
2．含有硬粒飞灰的烟气相对于管壁流动，对管壁产生磨损称为冲击磨损，也成蒸汽锅炉冲蚀。冲蚀也有冲刷磨损和撞击磨损两种类型。两种磨损的金属流失过程的微观形态是不完全相同的。
3．冲刷磨损时灰粒相对管壁表面的冲击角较小，甚至接近平行。灰粒垂直于管壁表面的分力使它切入被冲击的锅炉的管壁，而灰粒与管壁表面相切的分力使灰粒沿管壁表面滑动。两个分力合成的结果起一种对管壁表面切削的作用。
三．尾部受热面腐蚀对安全的影响
工业链条炉低负荷下运行，锅炉的热力特性的重要指标锅炉热负荷随之降低，与之对应的衡量炉膛热负荷的炉排面热强度qr、炉膛容积热强度qv也随之下降。那么炉膛内燃烧温度也随之降低，这就造成锅炉出口烟气温度降低。
在对锅炉低负荷下如何控制排烟温度中有时排烟温度低于120℃，我们在日常能效测试时分析，有很多工业链条炉在低负荷运行时，烟气出口排烟温度低于100℃。
锅炉尾部受热面（省煤器、空气预热器）的硫酸腐蚀，因为尾部受热面的烟气和管壁温度较低，所以称为低温腐蚀。低温腐蚀的机理是燃料中的硫燃烧生成二氧化硫（S+O2→SO2），二氧化硫在催化剂的作用下进一步氧化生成三氧化硫（2SO2+O2→2SO3），SO3与烟气中的水蒸气生成硫酸蒸气。硫酸蒸气的存在使烟气的露点显著升高。空气预热器管壁温度与烟气及空气的流速和温度有关，约等于烟气与空气的平均温度。由于空气预热器下部空气的温度较低，空气预热器下部的烟气温度不高，壁温常低于烟气露点。
酸露点是烟气中硫酸蒸汽的凝结温度。烟气酸露点可达140～160℃甚至更高，烟气中SO3浓度（或硫酸蒸汽浓度）越高，酸露点越高。硫酸蒸气会凝结在空气预热器受热面上，造成了硫酸腐蚀。低温腐蚀常发生在空气预热器上，但是当燃料含硫量较高，过量空气系数较大，以致烟气中SO3含量较多，露点较高，且给水温度较低时，省煤器管也有可能发生低温腐蚀。凝结酸与管壁的温度有着密切的关系壁温在120℃时的酸的沉积率最高。硫酸浓度在一定的范围内对钢的腐蚀速度是有影响的，一般硫酸浓度在50％时，腐蚀速度最高。而且钢的腐蚀速度又与管壁的温度有着关系，管壁温度在120℃时腐蚀速度最快。又由于尾部受热面（省煤器、空气预热器）的壁温常低于烟气露点，也就是说壁温低于140～160℃，因此，尾部受热面（省煤器、空气预热器）的壁温在120℃时腐蚀速度最快。
此外，层燃设备通常是指加煤斗、煤闸板、炉排、侧密封件、炉排风室、老鹰铁、炉拱等构件。这些部件由于接触高温容易被烧毁或发生故障。经常被烧毁引起事故的是煤闸板、炉排、侧密封件、老鹰铁等。运行中炉排故障最多，经常发生的故障有链条炉排因部件烧毁被卡而停止运转，炉排片断裂脱离正常位置。大量煤流入炉排内把炉排前端顶起来，造成比较大的事故。燃烧设备故障降低了锅炉安全运行的可靠性。
四．结论
通过上述分析，认为对工业链条炉低负荷运行节能控制优化是必要的，从长远角度来看，严格控制工业链条炉长期低负荷运行，以减少运行安全危害，使其达到经济运行，不仅能达到节能减排，而且对锅炉安全保护也起到致关重要的作用。
参考文献：
[1] 张宝康等，《工业锅炉实用手册》[M]，江苏科学技术出版社，1991.8.
[2] 毛晓东，锅炉长期低负荷运行对过热器的危害[J]，中州建设，2006，第3期：75.
[3] 原欣等，锅炉水冷壁低负荷下爆管原因分析[J]，石油化工设备技术，2004.25（6）：57-58.
[4] 范革，锅炉低负荷运行之危害[J]，设备维修与改造技術论文集，2000.
[5] 张莉，蒸汽锅炉低负荷运行对水动力可靠性的影响[J]，大连大学学报，2005.4，第26卷第2期，20-23.
[6] 李灿，热水锅炉低温腐蚀及预防措施探讨[J]，《工业锅炉》2001年 第1期：46-48.
关键词：锅炉、低负荷、安全危害
中图分类号：TK223 文献标识码： A
通过对锅炉水循环、对流受热面积灰和尾部受热面腐蚀进行分析，了解工业链条炉的设计与使用之间工业链条炉运行经济负荷，认为额定负荷运行不是经济负荷，确定了经济运行负荷范围应在额定负荷的80~95%之间。结合工业链条炉经济运行的相关指标以及我国科技工作者多年来对锅炉低负荷的研究和分析，认为工业链条炉运行负荷低于额定负荷的70%应为低负荷运行，工业链条炉低负荷运行对安全的危害。
一．水循环对安全的影响
水动力计算确定各回路的平均循环流速、平均循环赔率、总压差、重位压差、流动压差、加速压差，用于判断水循环是否可靠。可以验证循环流速是否过低、是否产生停滞和倒流。如果产生循环流速过低、发生停滞和倒流，说明水循环是不正常或不可靠的。计算出各受热面管子内的水流速度并校核其安全性，确定水力系统布置结构的合理性和水循环的可靠性。锅炉热力特性决定，对于低负荷运行，造成炉膛热负荷不均匀，有可能造成工业链条炉的水循环停滞和倒流，热偏差大，过热器管会出现超温现象。
蒸汽锅炉低负荷运行对水动力可靠性的影响，对锅炉水冷壁管发生爆管进行分析。通过用一台自然循环中压锅炉，按额定负荷的100%、70%、50%、40%、30%、20%条件下分别进行水动力计算和实际试验，认为锅炉在100%额定负荷、70%负荷、50%负荷下运行，各循环回路水动力工况是安全的。在40%负荷下运行，各循环回路水动力工况是安全的但水循环流量有波动。在30%负荷下运行，锅炉水循环可靠性差，不宜长期运行。在≤20%以下负荷锅炉机组不宜运行。
工业链条锅炉在低负荷工况下运行时，炉膛热负荷随之降低，管内工质密度增大，重位压差增大，循环回路的运动压头减少，循环流速就会降低，因而低负荷运行时的水循环安全性较差。影响水循环的结果是造成水冷壁管、对流管、过热器管爆管、弯曲变形、产生鼓包变形，受热面结水垢等缺陷严重影响锅炉安全运行的事故。
尤其带有过热器的工业链条炉，在低负荷下长期运行对过热器的可靠性不利，随着锅炉负荷的降低，由于过热器内蒸汽流速降低，对管壁冷却减弱，导致壁温升高，过热器管损伤。此外，负荷变化大、启停炉次数多， 对过热器的危害也很大。
工业链条锅炉长期低负荷运行对过热器有一定的危害，通过额定负荷在10%～100%范围内，在不同负荷时进行水动力计算，认为锅炉运行负荷不应低于70%，尤其不要长期低负荷运行，否则，将严重影响过热器安全。
对工业链条锅炉低负荷下运行的烟气放热量、蒸汽吸热量的分析以及管壁壁温计算，认为工业锅炉低负荷下长期运行，尤其是在超低负荷30%～40%下运行，对过热器管将造成失效影响。
工业链条锅炉低负荷下水循环分析，对锅炉水冷壁管爆管原因进行了分析。认为若锅炉长期在70%负荷下运行，应重新进行热力计算、水动力计算、烟风阻力计算等，必要时对锅炉进行重新改造。
由此可见，工业链条炉长期在低负荷下运行，炉膛温度低、火焰稳定性变差，致使受热面局部受热，由于受热面变小，整个循环系统的自然动力也就变小，导致局部过热，对水循环的影响是很大的，尤其水质管理工作不好的单位，会加速对锅炉系统的破坏。
二．对流受热面上积灰对安全的影响
由烟风阻力计算可知，链条炉一般为平衡通风方式，采用负压通风，平衡通风方式下锅炉烟、风道风压发生曲线变化。其烟、风系统各部分介质流量、温度以及流通截面积等相关数据均依据锅炉额定负荷下的热力计算数据确定的。
对于低负荷运行工业链条炉，尤其是长期低负荷运行，其烟、风相对额定负荷时均有下降，会造成锅炉各受热面的烟速下降。再有,低负荷运行造成煤燃烧不完全，使固体不完全燃烧损失增大。
通过受热面积灰沉积过程的机理分析，积灰主要发生在对流受热面上，这是因为沉积在对流受热面上积灰，主要以飞灰为主。飞灰是由炉内高温状态下发生碰撞或未发生碰撞，经过炉膛辐射受热面选择性吸附及炉膛复杂的热环境氛围筛选后，聚聚尺寸只有0～200μm的颗粒构成的。由于其粒径很小，可被高温烟气携带出炉膛而进入烟道中。高温烟气携带飞灰沿程而下，由于各段温度不同，沿程流通面积的变化，使高温烟气的速度发生变化，在沿程各段形成积灰，不同烟速在沿程积灰的程度是不一样的，烟速越低积灰越多。这就是低负荷下运行，导致对流管束区、尾部受热面积灰的主要原因。若清灰不及时，造成积灰越来越多，又进一步会影响烟气速度，造成恶性循环。
此外，由于受热面积灰较多，污染系数增大，使总传热热阻增大，热有效系数显著低于正常值，传热变差，对流管束区、尾部受热面吸热量下降，导致在铸铁省煤器处烟气温度过高，再由于低负荷时给水流量减少，造成铸铁省煤器汽化，由于省煤器管内水流速度降低，管内汽化产生气体不宜带走，形成汽塞，工质停滞，加剧汽化、水击现象甚至沸腾、共振。
受热面积灰较多还会造成受热面管壁磨损，这主要因为：
1．进入锅炉尾部烟道的飞灰由于温度较低，具有一定的硬度，因此随烟气冲刷受热面管排时，会对管壁产生磨损作用，特别是省煤器，进口烟温已降至450度左右，灰粒较硬，且采用小直径薄壁碳钢管，更易受到磨损损坏。而且磨损也正是省煤器爆管在锅炉爆破事故中占的比例较高的原因之一。
2．含有硬粒飞灰的烟气相对于管壁流动，对管壁产生磨损称为冲击磨损，也成蒸汽锅炉冲蚀。冲蚀也有冲刷磨损和撞击磨损两种类型。两种磨损的金属流失过程的微观形态是不完全相同的。
3．冲刷磨损时灰粒相对管壁表面的冲击角较小，甚至接近平行。灰粒垂直于管壁表面的分力使它切入被冲击的锅炉的管壁，而灰粒与管壁表面相切的分力使灰粒沿管壁表面滑动。两个分力合成的结果起一种对管壁表面切削的作用。
三．尾部受热面腐蚀对安全的影响
工业链条炉低负荷下运行，锅炉的热力特性的重要指标锅炉热负荷随之降低，与之对应的衡量炉膛热负荷的炉排面热强度qr、炉膛容积热强度qv也随之下降。那么炉膛内燃烧温度也随之降低，这就造成锅炉出口烟气温度降低。
在对锅炉低负荷下如何控制排烟温度中有时排烟温度低于120℃，我们在日常能效测试时分析，有很多工业链条炉在低负荷运行时，烟气出口排烟温度低于100℃。
锅炉尾部受热面（省煤器、空气预热器）的硫酸腐蚀，因为尾部受热面的烟气和管壁温度较低，所以称为低温腐蚀。低温腐蚀的机理是燃料中的硫燃烧生成二氧化硫（S+O2→SO2），二氧化硫在催化剂的作用下进一步氧化生成三氧化硫（2SO2+O2→2SO3），SO3与烟气中的水蒸气生成硫酸蒸气。硫酸蒸气的存在使烟气的露点显著升高。空气预热器管壁温度与烟气及空气的流速和温度有关，约等于烟气与空气的平均温度。由于空气预热器下部空气的温度较低，空气预热器下部的烟气温度不高，壁温常低于烟气露点。
酸露点是烟气中硫酸蒸汽的凝结温度。烟气酸露点可达140～160℃甚至更高，烟气中SO3浓度（或硫酸蒸汽浓度）越高，酸露点越高。硫酸蒸气会凝结在空气预热器受热面上，造成了硫酸腐蚀。低温腐蚀常发生在空气预热器上，但是当燃料含硫量较高，过量空气系数较大，以致烟气中SO3含量较多，露点较高，且给水温度较低时，省煤器管也有可能发生低温腐蚀。凝结酸与管壁的温度有着密切的关系壁温在120℃时的酸的沉积率最高。硫酸浓度在一定的范围内对钢的腐蚀速度是有影响的，一般硫酸浓度在50％时，腐蚀速度最高。而且钢的腐蚀速度又与管壁的温度有着关系，管壁温度在120℃时腐蚀速度最快。又由于尾部受热面（省煤器、空气预热器）的壁温常低于烟气露点，也就是说壁温低于140～160℃，因此，尾部受热面（省煤器、空气预热器）的壁温在120℃时腐蚀速度最快。
此外，层燃设备通常是指加煤斗、煤闸板、炉排、侧密封件、炉排风室、老鹰铁、炉拱等构件。这些部件由于接触高温容易被烧毁或发生故障。经常被烧毁引起事故的是煤闸板、炉排、侧密封件、老鹰铁等。运行中炉排故障最多，经常发生的故障有链条炉排因部件烧毁被卡而停止运转，炉排片断裂脱离正常位置。大量煤流入炉排内把炉排前端顶起来，造成比较大的事故。燃烧设备故障降低了锅炉安全运行的可靠性。
四．结论
通过上述分析，认为对工业链条炉低负荷运行节能控制优化是必要的，从长远角度来看，严格控制工业链条炉长期低负荷运行，以减少运行安全危害，使其达到经济运行，不仅能达到节能减排，而且对锅炉安全保护也起到致关重要的作用。
参考文献：
[1] 张宝康等，《工业锅炉实用手册》[M]，江苏科学技术出版社，1991.8.
[2] 毛晓东，锅炉长期低负荷运行对过热器的危害[J]，中州建设，2006，第3期：75.
[3] 原欣等，锅炉水冷壁低负荷下爆管原因分析[J]，石油化工设备技术，2004.25（6）：57-58.
[4] 范革，锅炉低负荷运行之危害[J]，设备维修与改造技術论文集，2000.
[5] 张莉，蒸汽锅炉低负荷运行对水动力可靠性的影响[J]，大连大学学报，2005.4，第26卷第2期，20-23.
[6] 李灿，热水锅炉低温腐蚀及预防措施探讨[J]，《工业锅炉》2001年 第1期：46-48.