在工業(yè)鍋爐與電站鍋爐的實(shí)際運(yùn)行中，低負(fù)荷工況是常見的運(yùn)行狀態(tài)之一。然而，當(dāng)鍋爐長期處于低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，一系列潛在風(fēng)險(xiǎn)隨之而來，其中因蒸發(fā)量驟減引發(fā)的過熱器爆管問題尤為突出。這不僅會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞、生產(chǎn)中斷，還可能帶來嚴(yán)重的安全事故與經(jīng)濟(jì)損失。深入探究其風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制，并制定有效的防范措施，對(duì)保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

一、低負(fù)荷運(yùn)行與蒸發(fā)量驟減的關(guān)聯(lián)

鍋爐的蒸發(fā)量與負(fù)荷呈正相關(guān)關(guān)系。正常工況下，鍋爐按照設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行，燃料燃燒釋放的熱量與給水吸收的熱量保持平衡，產(chǎn)生穩(wěn)定的蒸汽量。但當(dāng)鍋爐進(jìn)入低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，燃料供給量與給水量相應(yīng)減少。此時(shí)，爐膛內(nèi)的燃燒工況發(fā)生變化，火焰充滿度降低，燃燒效率下降，導(dǎo)致產(chǎn)生的熱量不足。同時(shí)，為維持蒸汽壓力，給水流量的減少幅度可能小于熱量減少幅度，使得工質(zhì)在蒸發(fā)受熱面中的吸熱量減少，蒸發(fā)量隨之驟減。

例如，在一些工業(yè)生產(chǎn)淡季，企業(yè)為節(jié)省能源降低鍋爐運(yùn)行負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷降至設(shè)計(jì)值的 40% 以下時(shí)，部分鍋爐的蒸發(fā)量甚至?xí)陆抵琳Ｋ降?30% - 35%，這種顯著的蒸發(fā)量變化為后續(xù)問題埋下隱患。

二、蒸發(fā)量驟減引發(fā)過熱器爆管的風(fēng)險(xiǎn)機(jī)制

過熱器是利用高溫?zé)煔饧訜嵴羝蛊錅囟壬叩筋~定參數(shù)的重要部件。在低負(fù)荷、蒸發(fā)量驟減的情況下，過熱器面臨多重風(fēng)險(xiǎn)因素，最終可能導(dǎo)致爆管事故：

1. 蒸汽流量不足引發(fā)的超溫：蒸發(fā)量驟減直接導(dǎo)致進(jìn)入過熱器的蒸汽流量大幅下降。而此時(shí)，雖然燃料量減少，但爐膛出口煙溫并不會(huì)等比例降低，甚至在某些工況下可能出現(xiàn)局部煙溫升高的情況。這使得過熱器管內(nèi)蒸汽對(duì)管壁的冷卻能力減弱，而管外高溫?zé)煔馊猿掷m(xù)向管壁傳遞熱量，導(dǎo)致管壁溫度迅速上升，超過鋼材的許用溫度，造成金屬材料強(qiáng)度下降，長期運(yùn)行下極易引發(fā)爆管。

2. 汽水循環(huán)異常：低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)量減少可能打破鍋爐原有的汽水循環(huán)平衡。自然循環(huán)鍋爐中，循環(huán)流速降低，甚至可能出現(xiàn)循環(huán)停滯或倒流現(xiàn)象，使得部分受熱面得不到充分冷卻；強(qiáng)制循環(huán)鍋爐中，也可能因流量調(diào)節(jié)不當(dāng)，導(dǎo)致水冷壁出口蒸汽干度增加，進(jìn)入過熱器的蒸汽帶水，造成過熱器局部水塞或水擊現(xiàn)象，損傷管壁，增加爆管風(fēng)險(xiǎn)。

3. 熱應(yīng)力集中：由于蒸發(fā)量驟減導(dǎo)致的溫度場和壓力場變化，過熱器各部件的熱膨脹和收縮不一致，產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。特別是在過熱器的彎管、聯(lián)箱等結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位，熱應(yīng)力更容易集中，反復(fù)的熱應(yīng)力作用會(huì)使金屬材料產(chǎn)生疲勞裂紋，隨著時(shí)間推移，裂紋擴(kuò)展最終引發(fā)爆管。

三、典型案例分析與危害

某熱電廠在供暖淡季采用低負(fù)荷運(yùn)行模式，將鍋爐負(fù)荷降至 30% 額定負(fù)荷。運(yùn)行約 1 個(gè)月后，一次巡檢中發(fā)現(xiàn)過熱器區(qū)域出現(xiàn)異常蒸汽泄漏聲，經(jīng)檢查確認(rèn)，多根過熱器管道發(fā)生爆管。事故導(dǎo)致該機(jī)組被迫停運(yùn)檢修，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)百萬元，同時(shí)影響了周邊區(qū)域的正常供暖。

進(jìn)一步分析事故原因發(fā)現(xiàn)，低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)量大幅下降，蒸汽流量不足，使得過熱器管壁溫度持續(xù)超溫。此外，由于未及時(shí)調(diào)整燃燒工況和汽水系統(tǒng)參數(shù)，加劇了熱應(yīng)力和汽水循環(huán)異常問題，最終導(dǎo)致爆管事故發(fā)生。該案例充分體現(xiàn)了低負(fù)荷運(yùn)行下蒸發(fā)量驟減引發(fā)過熱器爆管的嚴(yán)重后果，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，還對(duì)社會(huì)服務(wù)產(chǎn)生負(fù)面影響。

四、防范低負(fù)荷運(yùn)行過熱器爆管風(fēng)險(xiǎn)的措施

為有效防范低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)過熱器爆管風(fēng)險(xiǎn)，可從設(shè)備運(yùn)行調(diào)整、參數(shù)監(jiān)測(cè)與技術(shù)改進(jìn)等方面入手：

1. 優(yōu)化燃燒調(diào)整：在低負(fù)荷工況下，采用合理的燃燒器布置和配風(fēng)方式，提高燃燒的穩(wěn)定性和均勻性，確保爐膛熱負(fù)荷分布合理。例如，采用分層配風(fēng)、旋流燃燒器組合等技術(shù)，避免局部高溫。同時(shí)，根據(jù)負(fù)荷變化及時(shí)調(diào)整燃料量與給水量，保持合適的燃料 - 給水比，維持蒸發(fā)量的相對(duì)穩(wěn)定。

2. 加強(qiáng)參數(shù)監(jiān)測(cè)與控制：完善鍋爐運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，重點(diǎn)關(guān)注過熱器進(jìn)出口蒸汽溫度、壓力，蒸汽流量，管壁溫度等關(guān)鍵參數(shù)。設(shè)置合理的報(bào)警閾值，當(dāng)參數(shù)出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)，及時(shí)采取調(diào)整措施。同時(shí)，利用先進(jìn)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)過熱器管壁溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)分布式監(jiān)測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)超溫隱患。

3. 改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式：對(duì)鍋爐的汽水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如增加節(jié)流圈、改進(jìn)下降管與上升管的布置，改善低負(fù)荷下的汽水循環(huán)特性。對(duì)于頻繁需要低負(fù)荷運(yùn)行的鍋爐，可考慮采用可調(diào)速給水泵、分級(jí)燃燒等技術(shù)，提高設(shè)備在低負(fù)荷工況下的適應(yīng)性。此外，定期對(duì)過熱器進(jìn)行檢查和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理管道磨損、腐蝕、裂紋等缺陷，降低爆管風(fēng)險(xiǎn)。

低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)蒸發(fā)量驟減引發(fā)的過熱器爆管風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。通過深入了解風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制，結(jié)合實(shí)際案例總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，采取科學(xué)有效的防范措施，能夠最大程度降低該風(fēng)險(xiǎn)，保障鍋爐設(shè)備的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，為工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)服務(wù)提供可靠的能源支持。