干熄焦余熱鍋爐低負荷運行隱患：蒸發量驟減引發的過熱器爆管風險

在工業鍋爐與電站鍋爐的實際運行中，低負荷工況是常見的運行狀態之一。然而，當鍋爐長期處于低負荷運行時，一系列潛在風險隨之而來，其中因蒸發量驟減引發的過熱器爆管問題尤為突出。這不僅會導致設備損壞、生產中斷，還可能帶來嚴重的安全事故與經濟損失。深入探究其風險形成機制，并制定有效的防范措施，對保障設備安全穩定運行至關重要。

一、低負荷運行與蒸發量驟減的關聯

鍋爐的蒸發量與負荷呈正相關關系。正常工況下，鍋爐按照設計參數運行，燃料燃燒釋放的熱量與給水吸收的熱量保持平衡，產生穩定的蒸汽量。但當鍋爐進入低負荷運行狀態時，燃料供給量與給水量相應減少。此時，爐膛內的燃燒工況發生變化，火焰充滿度降低，燃燒效率下降，導致產生的熱量不足。同時，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，使得工質在蒸發受熱面中的吸熱量減少，蒸發量隨之驟減。

例如，在一些工業生產淡季，企業為節省能源降低鍋爐運行負荷，當負荷降至設計值的 40% 以下時，部分鍋爐的蒸發量甚至會下降至正常水平的 30% - 35%，這種顯著的蒸發量變化為后續問題埋下隱患。

二、蒸發量驟減引發過熱器爆管的風險機制

過熱器是利用高溫煙氣加熱蒸汽，使其溫度升高到額定參數的重要部件。在低負荷、蒸發量驟減的情況下，過熱器面臨多重風險因素，最終可能導致爆管事故：

1. 蒸汽流量不足引發的超溫：蒸發量驟減直接導致進入過熱器的蒸汽流量大幅下降。而此時，雖然燃料量減少，但爐膛出口煙溫并不會等比例降低，甚至在某些工況下可能出現局部煙溫升高的情況。這使得過熱器管內蒸汽對管壁的冷卻能力減弱，而管外高溫煙氣仍持續向管壁傳遞熱量，導致管壁溫度迅速上升，超過鋼材的許用溫度，造成金屬材料強度下降，長期運行下極易引發爆管。

2. 汽水循環異常：低負荷運行時，蒸發量減少可能打破鍋爐原有的汽水循環平衡。自然循環鍋爐中，循環流速降低，甚至可能出現循環停滯或倒流現象，使得部分受熱面得不到充分冷卻；強制循環鍋爐中，也可能因流量調節不當，導致水冷壁出口蒸汽干度增加，進入過熱器的蒸汽帶水，造成過熱器局部水塞或水擊現象，損傷管壁，增加爆管風險。

3. 熱應力集中：由于蒸發量驟減導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，產生較大的熱應力。特別是在過熱器的彎管、聯箱等結構復雜部位，熱應力更容易集中，反復的熱應力作用會使金屬材料產生疲勞裂紋，隨著時間推移，裂紋擴展最終引發爆管。

三、典型案例分析與危害

某熱電廠在供暖淡季采用低負荷運行模式，將鍋爐負荷降至 30% 額定負荷。運行約 1 個月后，一次巡檢中發現過熱器區域出現異常蒸汽泄漏聲，經檢查確認，多根過熱器管道發生爆管。事故導致該機組被迫停運檢修，直接經濟損失達數百萬元，同時影響了周邊區域的正常供暖。

進一步分析事故原因發現，低負荷運行時，蒸發量大幅下降，蒸汽流量不足，使得過熱器管壁溫度持續超溫。此外，由于未及時調整燃燒工況和汽水系統參數，加劇了熱應力和汽水循環異常問題，最終導致爆管事故發生。該案例充分體現了低負荷運行下蒸發量驟減引發過熱器爆管的嚴重后果，不僅造成經濟損失，還對社會服務產生負面影響。

四、防范低負荷運行過熱器爆管風險的措施

為有效防范低負荷運行時過熱器爆管風險，可從設備運行調整、參數監測與技術改進等方面入手：

1. 優化燃燒調整：在低負荷工況下，采用合理的燃燒器布置和配風方式，提高燃燒的穩定性和均勻性，確保爐膛熱負荷分布合理。例如，采用分層配風、旋流燃燒器組合等技術，避免局部高溫。同時，根據負荷變化及時調整燃料量與給水量，保持合適的燃料 - 給水比，維持蒸發量的相對穩定。

2. 加強參數監測與控制：完善鍋爐運行參數的監測系統，重點關注過熱器進出口蒸汽溫度、壓力，蒸汽流量，管壁溫度等關鍵參數。設置合理的報警閾值，當參數出現異常波動時，及時采取調整措施。同時，利用先進的在線監測技術，對過熱器管壁溫度進行實時分布式監測，提前發現超溫隱患。

3. 改進設備結構與運行方式：對鍋爐的汽水系統進行優化設計，如增加節流圈、改進下降管與上升管的布置，改善低負荷下的汽水循環特性。對于頻繁需要低負荷運行的鍋爐，可考慮采用可調速給水泵、分級燃燒等技術，提高設備在低負荷工況下的適應性。此外，定期對過熱器進行檢查和維護，及時發現并處理管道磨損、腐蝕、裂紋等缺陷，降低爆管風險。

低負荷運行時蒸發量驟減引發的過熱器爆管風險不容忽視。通過深入了解風險形成機制，結合實際案例總結經驗教訓，采取科學有效的防范措施，能夠最大程度降低該風險，保障鍋爐設備的安全、穩定、高效運行，為工業生產和社會服務提供可靠的能源支持。