蒸汽锅炉降压运行弊端分析

摘 要：本文主要对矿山采暖、用热、保温用蒸汽锅炉降压运行弊端进行分析和讨论，旨在对存在的问题进行处理和解决。

关键词：锅炉降压运行；弊端；分析

引言

晋煤集团各个矿山生活区采暖、生活用热、井筒保温、瓦斯气柜保温基本上都依靠燃煤或燃气蒸汽锅炉。就目前情况而言，绝大多数锅炉经常在远远低于锅炉额定工况下运行，例如锅炉额定压力为1.0MPa，其运行压力一般为0.4MPa及以下。其原因有两个：

（1）运行安全问题

锅炉属于压力容器，操作失误或不当往往会引起爆炸。运行人员为杜绝安全事故，往往在一个相对较低的压力下操作运行锅炉。

（2）降压运行对锅炉热负荷的影响较小，甚至可以忽略不计

饱和蒸汽锅炉热负荷计算公式：

Q= ×（ - ） ①

式中：Q为锅炉热负荷，kJ/h； 为饱和蒸汽流量，kJ/h； ， 分别为锅炉出口干饱和蒸汽质量焓和给水质量焓，kJ/kg。

随锅炉出口压力变化不大，如锅炉供气量 保持不变，由式①可以得出在给水焓值 不变的情形下锅炉热负荷变化也不大，即锅炉热负荷随锅炉出口蒸汽压力的变化不大。

笔者认为，上述看法并不全面。下面将一一针对分析。

1 降压运行对锅炉的影响

1.1 锅炉降压运行对安全的影响

锅炉的工作压力对锅炉运行的安全性有直接的影响。以锅炉锅筒为例，由锅筒强度计算时理论计算壁厚公式S= 可以看出锅筒元件在壁厚一定时，工作压力越高，安全裕量越小。因此，为了保证某些特殊锅炉的安全运行，例如锅炉设计时结构不合理或存在设计缺陷或使用日期较久的老旧锅炉，往往采取降压运行的方式。对于工业锅炉来说，降压运行不过是为防止锅炉出现重大安全事故而以牺牲其运行经济性而被迫做出的选择。因此对新锅炉或锅炉元件强度计算满足要求的在用锅炉，为了保证所谓的安全性而降压运行是不可取的。

按照相关锅炉制造规范的要求，锅炉制造厂家生产的锅炉，完全也应该必须应该做到：保证其出厂的锅炉在额定工作压力下能够长期连续运行，而同时能够满足安全的要求。也即厂家必须能够保证锅炉受压元件的强度。锅炉额定使用年限内，在额定运行压力条件下，该元件不会发生任何形式的破裂或重大变形，即不会发生破坏。

因此，锅炉的安全不只是与锅炉受压部件的强度有关，同时与它的装配条件密切相关。不存在在使用年限内锅炉在额定压力下长期连续运行，对锅炉的安全性有影响的问题。

（1）锅炉降压运行对受热面的影响

当锅炉出口蒸汽压力为1.25MPa时，蒸汽比容为0.1570 /kg；在0.4MPa（这里以0.4MPa计，实际中运行压力甚至更低）运行压力下饱蒸汽比容为0.4625 /kg，比容几乎为1.25MPa蒸汽压力下的3倍。也就是说，当锅炉出口蒸汽量恒定时，锅炉出口处的蒸汽压力为0.4MPa，蒸汽水分含量比1.25MPa压力下高3倍。故锅炉在较低的压力下运行时，其受热面得不能充分冷却。如进一步强化燃烧，就会使受热面因冷却不及时而过热变形弯曲。可见，降压运行会对蒸汽锅炉受热面造成损害。

（2）锅炉降压运行对安全阀的影响

安全阀是保证锅炉连续高效稳定运行的重要设备之一，如设置不合理，将导致极大的安全事故发生。

《锅炉安全技术监察规程》规范中规定，“安全阀整定压力应当按照以下原则确定：（1）蒸汽锅炉安全阀整定压力按照表6-3的规定进行调整和校验。”[1]

锅炉厂家均按额定工作压力配置的安全阀。由上表可知工作压力0.4MPa时，安全阀整定压力为0.43MPa；当工作压力为1.25MPa时，安全阀整定压力为1.30MPa。由此可见锅炉在降压运行时，安全阀不能正常开启，故降压运行对锅炉来说存在很大的安全隐患。

1.2 锅炉降压运行对热负荷的影响

针对锅炉降压运行对热负荷的影响不大的观点，笔者认为其理论分析是正确的。但是忽略了锅炉降压运行时，蒸汽容积流量增大，导致蒸汽品质变差的问题。根据公式②计算额定工况为1.25MPa的蒸汽锅炉降低到0.4MPa运行，比容将增大约3倍，蒸汽体积大大增加，导致汽水分离器的分离效率降低，从而导致蒸汽品質下降。

2 锅炉降压运行的经济分析

2.1 锅炉降压运行，热效率降低

锅炉的结构设计是按照锅炉在额定工况下运行来布置其辐射、对流管束。当锅炉降压运行时，锅炉的原设计工况将会降低，从而影响锅炉热效率。根据相关资料，在一定蒸汽流量下，锅炉出口蒸汽压力每降低50%～60%，锅炉效率下降1%左右。

2.2 锅炉降压运行，燃煤耗量增加

锅炉耗煤量计算公式：

B= ②

式中：B为锅炉耗煤量；D为锅炉额定蒸发量；Q为煤的低位发热量；η为锅炉热效率。

锅炉压力下降，锅炉效率随之降低，故由上式可知在其他条件不变的情况下，锅炉效率降低将导致煤耗量增加。

2.3 对供热管道及热网的影响

额定工况为1.25MPa的蒸汽锅炉降低到0.4MPa运行时，比容将增大约3倍。

蒸汽管管径的计算公式如下：

=594.7 ③

式中 为蒸汽管道管径； 为蒸汽质量流量； 为蒸汽流速； 为蒸汽比容。

从以上公式可以看出，当蒸汽质量流量 和流速 一定时，蒸汽比容增大为原来的3倍时，蒸汽管道外径增大1.73倍。同样因为管道内蒸汽流动阻力与蒸汽流速的平方成正比，因此，当锅炉出口蒸汽压力从1.25MPa下降至0.4MPa时，管道内蒸汽流阻增大为原来的9倍。综上，为了满足客户端使用压力的要求，蒸汽管道管径必然增大，造成投资增加。

如果室外蒸汽管网是根据锅炉额定压力设计的，那么当锅炉作降压运行时，由于管网流动阻力增加，就会导致用户端所需蒸汽压力不足。同时也会因为锅炉热负荷下降，导致炉膛温度降低，增大了机械不完全燃烧热损失，锅炉煤耗增大。

3 结束语

除因有严重缺陷而不能在额定压力下运行的锅炉外，所有锅炉都不推荐降压运行。如需采取降压操作，则应考虑以下几方面的问题：

（1）重新校核安全阀整定压力；

（2）增大蒸汽出口管道截面积，以减少管道沿程阻力和局部阻力；

（3）已经安装好的锅炉由于强度不足而被迫作降压运行时，除考虑上述两项因素外，还要考虑锅炉处理不能满足使用要求的问题。

参考文献

[1] 锅炉安全技术监察规程 TSG G0001-2012

作者简介

王锦辉，1984年12月，男，河北沧州，本科，中级机械工程师。

（作者单位：山西太原理工大学）

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