(華西能源工業(yè)股份有限公司，四川 自貢 643001)

1 噴水減溫器概述

1.1 減溫器的作用

減溫器主要有兩個作用，一是調(diào)整汽溫，使鍋爐送出的蒸汽溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。汽輪機(jī)對蒸汽溫度要求非常嚴(yán)格，一般要求在額定汽溫±5 ℃范圍內(nèi)。汽溫超過規(guī)定值，會使過熱器、蒸汽管道、汽輪機(jī)及閥門等設(shè)備壽命減少，嚴(yán)重時可使上述設(shè)備損壞。汽溫低于規(guī)定值，將會降低機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。汽溫降低10 ℃，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性降低0.6%～0.8%。為了保持蒸汽溫度在規(guī)定范圍內(nèi)，需對蒸汽溫度進(jìn)行調(diào)整。而減溫器調(diào)整汽溫是廣泛采用的方法。

減溫器的第二個作用是保護(hù)過熱器、汽輪機(jī)、相應(yīng)的蒸汽管道和閥門。當(dāng)汽溫在450 ℃以上時高溫過熱器、汽輪機(jī)的高壓部件和管道閥門都采用合金鋼材料。合金鋼性能好，可用溫度高但價格貴，為了降低造價，一般都讓合金鋼材料工作在材料允許使用溫度的上限，當(dāng)然要留有一定余地。只要汽溫在規(guī)定范圍，設(shè)備就一定是安全的。

1.2 噴水減溫器介紹

噴水減溫器又稱混合式(或夾套式)減溫器，就是將給水(或自制冷凝水)直接噴入過(或再)熱蒸汽，經(jīng)霧化后與蒸汽混合以達(dá)到減溫的目的。因?yàn)闇p溫水汽化成為蒸汽的一部分，對減溫水質(zhì)量要求很高，一般都采用凝結(jié)水或除鹽水。噴水減溫器的優(yōu)點(diǎn)是：構(gòu)架簡單，汽溫調(diào)節(jié)靈敏，大型鍋爐采用較多。

噴水減溫器按噴頭的結(jié)構(gòu)型式又分為笛形管式、旋蝸式、文丘利管式3種。近些年來，由笛形管式發(fā)展起來的多孔管式噴水減溫器在世界各國的高參數(shù)、大容量電站鍋爐上得到廣泛應(yīng)用，見圖1。

1.筒身；2.套管；3.噴管；4.固定塊

1.3 噴水減溫器主要結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代鍋爐噴水減溫器的噴水管大都設(shè)計(jì)為孔徑為φ5～φ7的多孔式噴孔結(jié)構(gòu)，孔數(shù)由3～5 m/s的噴水速度決定。小孔朝向蒸汽流動方向，噴水管一般從減溫器筒體垂直插入，穿過內(nèi)套筒。減溫器的固定結(jié)構(gòu)由三部分組成：一是為防止內(nèi)套筒沿減溫器筒體軸線方向可能的竄動而設(shè)置了擋塊；二是為防止內(nèi)套筒在減溫器筒體內(nèi)可能的轉(zhuǎn)動而設(shè)置了定位螺栓和緊固螺栓；三是設(shè)置了防止或減輕噴水管劇烈振動的定位板或固定板(呈瓦形)，因?yàn)檎羝鹘?jīng)內(nèi)套筒時，流速達(dá)50 m/s左右，噴水管通常會發(fā)生劇烈振動。另外，減溫水從噴水管噴出時，也會使噴水管發(fā)生振動。

1.4 噴水減溫器布置位置

減溫器一般安裝在3個位置：低溫段過熱器入口、高溫段過熱器出口、低溫段和高溫段過熱器之間。安裝在低溫段，汽輪機(jī)及高低溫段過熱器均在其保護(hù)之下，不會過熱。蒸汽在減溫器內(nèi)的溫度，始終等于汽包壓力下的飽和溫度， 不但減溫器的溫度均勻，而且溫度波動幅度很小，工作條件較好，不易損壞或泄露。安裝在高溫段，汽溫調(diào)整快，時滯小。對滿足汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度要求和保護(hù)集汽集箱以后的汽輪機(jī)、管道及其管道附件的安全都非常有利。但這兩種方式都有一定的缺點(diǎn)和條件限制。而安裝在低溫段和高溫段過熱器之間的布置方式則可以解決這些問題。既可以讓高溫段過熱器得到保護(hù)，又能使汽溫達(dá)到我們想要的溫度。大容量高壓和超高壓鍋爐常常安裝兩級或兩級以上的減溫器，以滿足迅速調(diào)整汽溫和保護(hù)設(shè)備的要求。有再熱系統(tǒng)的大型鍋爐，為了調(diào)整再熱汽溫，保護(hù)再熱器和汽輪機(jī)的中壓缸，在再熱器的入口也裝有減溫器[1]。

2 鍋爐噴水減溫器噴管斷裂檢查以及原因分析[2]

本文針對某2×300 MW鍋爐減溫器噴管斷裂事故展開分析。專業(yè)工作人員現(xiàn)場切割減溫器噴水管，見圖2，使用內(nèi)窺鏡對停止工作后鍋爐減溫器進(jìn)行檢查，見圖3，發(fā)現(xiàn)過熱器左側(cè)三級噴水減溫器噴管斷裂，見圖4，而減溫器噴管斷裂會對鍋爐的安全運(yùn)行造成威脅。根據(jù)現(xiàn)場提的供運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，隨鍋爐負(fù)荷波動三級減溫間斷性投入使用，投入使用后經(jīng)常在短時間內(nèi)將減溫水流量由0.0 t/h或小流量快速提高至10-25 t/h，三級減溫器噴管下端為懸空結(jié)構(gòu)，流量快速變化引起噴水管振動，噴水管根部出現(xiàn)交變應(yīng)力，在實(shí)際運(yùn)行中，由于鍋爐負(fù)荷變化大，運(yùn)行工況復(fù)雜，在蒸汽流速高達(dá)50 m/s左右時，噴管通常會發(fā)生劇烈振動，從而使噴管中直徑φ60×8的管子與管座內(nèi)的弧形板之間的間隙大于圖紙要求。長期反復(fù)作用導(dǎo)致了噴水管根部出現(xiàn)疲勞裂紋，從而引發(fā)噴水管根部斷裂，而減溫水經(jīng)噴管斷裂處沿壁面流至減溫器外筒身內(nèi)壁，冷熱交替作用下還會導(dǎo)致外筒身局部應(yīng)力集中，長期作用下，外筒身母材產(chǎn)生疲勞裂紋。

3 鍋爐噴水減溫器噴管斷裂改進(jìn)措施

當(dāng)蒸汽流繞過噴水管時，會產(chǎn)生卡門渦流，使噴水管發(fā)生振動，當(dāng)卡門渦流激振頻率與噴水裝置自身的固有頻率相等時，就會發(fā)生共振，從而造成噴水管斷裂。為確保噴水管不因振動而產(chǎn)生斷裂，必須進(jìn)行振動校核計(jì)算[3]。同時，優(yōu)化減溫器噴管結(jié)構(gòu)，延長噴管使用壽命。綜上所述，在后續(xù)減溫器設(shè)計(jì)中，從以下兩個方面改進(jìn)噴水減溫器。

1)對噴水減溫器的噴水管振動進(jìn)行校核計(jì)算，滿足噴水減溫器性能要求。計(jì)算中需使用斯特羅哈系數(shù)K，K值與雷諾數(shù)Re有關(guān)，Re=WDn/V(式中W為汽流速度，Dn為內(nèi)套筒內(nèi)徑，V為蒸汽的動力粘度系數(shù))，計(jì)算時K值可按表1取用。

表1 斯特羅哈系數(shù)

圖5 改進(jìn)后的噴水減溫器

2)優(yōu)化噴水減溫器噴管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不再采用懸臂噴水管固定方式，而是采用固定噴水管的結(jié)構(gòu)，見圖5。在鍋爐實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)流量快速變化、流速急劇增大時，噴水管根部能夠承受交變應(yīng)力，能夠很好的保護(hù)減溫器。

4 結(jié)語

本文針對于某電廠發(fā)生的噴水減溫器噴水管斷裂事故展開具體分析，通過原因分析提出了2個具體可行的防范鍋爐噴水減溫器噴水管發(fā)生斷裂事故的措施。本文的相關(guān)分析具有很大的設(shè)計(jì)指導(dǎo)意義，不僅適用于200 MW鍋爐噴水減溫器噴水管設(shè)計(jì)，也可應(yīng)用于更大容量鍋爐的噴水減溫器噴水管設(shè)計(jì)。