大型電站鍋爐過熱器_再熱器超溫問題分析及設(shè)計(jì)優(yōu)化概要

1、第20卷第3期電站系統(tǒng)工程 V ol.20 No.3 2004年5月Power SystemEngineering May, 2004 文章編號(hào):1005-006X(200403-0007-03大型電站鍋爐過熱器、再熱器超溫問題分析及設(shè)計(jì)優(yōu)化哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司韓建偉摘要:對(duì)早期的300 MW、600 MW鍋爐存在的過熱器、再熱器超溫問題及原因 進(jìn)行了論述和分析，提出了改進(jìn)、優(yōu)化措施。新一代的 600 MW鍋爐在技術(shù)上已經(jīng) 成熟，其性能更加先進(jìn),可靠性有較大提高。關(guān)鍵詞:600MW鍋爐性能;汽溫偏差;優(yōu)化措施中圖分類號(hào):TK223.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:BAnalysis and Design O

2、ptimization of SH & RH Overheating for Utility BoilersHAN Jia n-weiAbstract: The superheater and reheater overheati ng occurred in early 300MW, 600MW boilers and their reas ons are detailed and an alyzed, and the improveme nt and optimizatio n measure are put forward. The new gen erati on of 600

3、MW boiler is tech ni cally prove n, the performa nee of which is more adva need, and reliability of which is improved greatly.Key words: 600MW boiler performa nee; deviati on of steam temperature; optimizatio n measure20世紀(jì)80年代初，哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司引進(jìn)了美國CE(現(xiàn)Alstom公司亞臨界參數(shù)、大容量鍋爐的設(shè)計(jì)制造技術(shù)。安徽淮南平圩電廠HG-2008/18.2-YM1

4、型鍋爐是采用引進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)制造的第一臺(tái)600 MW機(jī)組,華能德州電廠HG-1025/18.2-PM2型鍋爐則是公司最早投運(yùn)的300 MW鍋爐。鍋爐投運(yùn)后都出現(xiàn)爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差或汽溫偏差問題，導(dǎo)致過熱器、再熱器個(gè)別管屏超溫爆管及過熱 器減溫水超限等問題，直接影響鍋爐機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。為此,專門研究了這些問題，找出兩側(cè)汽溫偏差、煙溫偏差的原因，提出相應(yīng)的改 進(jìn)措施，解決了汽溫偏差和局部超溫問題。通過消化、吸收引進(jìn)技術(shù) ，并結(jié)合鍋爐運(yùn) 行經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了哈鍋新一代產(chǎn)品一一盤山電廠#3、#4鍋爐。1早期300 MW、600 MW鍋爐運(yùn)行情況平圩電廠兩臺(tái)600 MW鍋爐投運(yùn)后，再熱器超溫爆管次數(shù)較

5、多，大多發(fā)生在材料 為12CrMoWVTiB(鋼研102管段上，且集中在管屏下部U形區(qū)域。而過熱器爆管次 數(shù)較少，但過熱器出口兩側(cè)汽溫偏差較大，右側(cè)較左側(cè)平均汽溫高38.6 C。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)水平煙道煙溫偏差及過熱器、再熱器兩側(cè)汽溫偏差的特點(diǎn)是：(1沿爐膛寬度，在末級(jí)再熱器后的水平煙道下部，氣流平均速度為左低右高，中部 為左側(cè)稍低于右側(cè)上部左側(cè)氣流速度明顯升高，而右側(cè)降低。(2煙溫分布在末級(jí)再熱器后煙道平均煙溫右側(cè)比左側(cè)高4060 C。(3過熱器工質(zhì)側(cè)汽溫偏差a. 分隔屏左側(cè)出口汽溫明顯高于右側(cè)出口汽溫。隨著負(fù)荷的升高，兩側(cè)汽溫偏差減小。收稿日期：2004-01-18韓建偉(1955-,男，高級(jí)

6、工程師。哈爾濱市,150046b. 后屏過熱器受分隔屏出口汽溫的影響也是左側(cè)出口汽溫高于右側(cè)出口汽溫。 隨著負(fù)荷升高兩側(cè)汽溫偏差減小。c. 末級(jí)過熱器，在584 MW時(shí)，左側(cè)汽溫升幅為30 C ,右側(cè)升幅為40 C (投二級(jí)噴水2過熱器、再熱器超溫原因分析2.1設(shè)計(jì)原因爐膛選型由于缺乏根據(jù)燃料特性選擇爐膛尺寸的可靠依據(jù)，設(shè)計(jì)的爐膛不能適應(yīng)煤種多 變的運(yùn)行條件，爐膛有的偏高,有的偏低，從而引起汽溫偏低或偏高。若對(duì)煤種的沾 污、結(jié)渣特性認(rèn)識(shí)不足，將使?fàn)t膛輻射吸熱量計(jì)算產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致爐膛出口煙溫不同 引起過熱器、再熱器出口汽溫偏低或偏高。華能德州電廠3、4號(hào)爐比1、2號(hào)爐加高3 m后,飛灰含碳量降低

7、兩個(gè)百分點(diǎn) 而且減溫水量減少，汽溫得以控制。哈三電廠3號(hào)爐600 MW機(jī)組鍋爐設(shè)計(jì)時(shí),煤種按輕微結(jié)渣考慮，沾污度取 25%。但運(yùn)行時(shí)該爐基本上不沾污、不結(jié)渣，結(jié)果造成爐內(nèi)輻射吸熱量過大、爐膛 出口煙溫偏低、再熱器出口汽溫偏低、預(yù)熱器入口煙溫偏低、制粉系統(tǒng)干燥出力不 足等一系列問題。過熱器、再熱器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1管組進(jìn)、出口集箱的引入、引出方式布置不當(dāng)，使蒸汽在集箱中流動(dòng)時(shí)靜壓 變化過大而造成較大的流量偏差。靜壓差小的管內(nèi)流量小 ，冷卻不足，管壁超溫爆 管。(2對(duì)于蒸汽進(jìn)口集箱的并聯(lián)管組，在進(jìn)入管三通處形成局部渦流，使得該渦流區(qū) 附近管組的流量較小，引起較大流量偏差。平圩電廠 600 MW鍋爐再

8、熱器超溫就與 此有關(guān)。(3按CE典型設(shè)計(jì),后屏出口有兩根管交叉引入末級(jí)過熱器，這樣將高溫的工質(zhì) 引到煙溫較高的右側(cè)區(qū)域，低溫的工質(zhì)引到煙溫較低的左側(cè)過熱器區(qū)域，使得高溫工 質(zhì)溫度升得更高，造成兩側(cè)汽溫偏差加大。噴水減溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)平圩電廠噴水減溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)用一只噴水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)二級(jí)噴水量，無法用調(diào)節(jié)兩 側(cè)噴水量的方法來平衡兩側(cè)汽溫。鐵嶺電廠調(diào)節(jié)閥C v值選用不當(dāng)，在切高加和57%(滑工況，一級(jí)減溫水系統(tǒng)調(diào)節(jié) 閥C v值(30都超出選定值。運(yùn)行時(shí)一級(jí)減溫水量不足，閥門全開無法解決屏超溫問 題,運(yùn)行中曾采用給水系統(tǒng)節(jié)流、增加閥門壓差來提高噴水量。2.2制造工藝由于制造工藝、現(xiàn)場(chǎng)安裝等質(zhì)量問題造成過熱器、再

9、熱器超溫爆管的事故時(shí)有 發(fā)生。如：聯(lián)箱中間隔板焊接不良，聯(lián)箱中蒸汽短路，部分管子流量減少。蛇形管制 造、安裝焊口的質(zhì)量不合格，個(gè)別管子通球率低，造成流量不均。管子彎頭橢圓度和 管壁減薄超標(biāo)等，降低了管子壽命。2.3運(yùn)行調(diào)整(1爐內(nèi)燃燒工況。對(duì)于四角切向燃燒，在爐內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)氣流，到屏的下沿還存在 一定的殘余旋轉(zhuǎn)，對(duì)于逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的爐膛，則會(huì)出現(xiàn)右側(cè)煙氣流速偏高，造成過熱器、 再熱器右側(cè)壁溫超溫爆管。運(yùn)行中一次風(fēng)率偏高、磨煤機(jī)投運(yùn)層數(shù)不同及過?？諝獯笮。伎赡茉斐扇紵舆t，爐膛出口煙溫升高，加劇爐膛出口煙溫偏差。(2高壓加熱器投入率。對(duì)于300 MW、600 MW鍋爐，高加投與不投給水溫度相 差約8

10、0100C。運(yùn)行和計(jì)算表明，給水溫度每降1 C,過熱汽溫上升0.40.5 C,因此, 高加停運(yùn)，過熱汽溫將升高3250 C。(3煤種變化。電站鍋爐一般都在非設(shè)計(jì)煤種下運(yùn)行，煤種多變給鍋爐運(yùn)行帶來 了許多不利條件。經(jīng)計(jì)算：燃料水分變化±%，汽溫變化±1.5 C;燃料灰分變化±%, 汽溫變化m0.5 C。(4汽機(jī)高壓缸排汽溫度。汽機(jī)高壓缸排汽溫度高，即提高再熱器入口溫度，為保 證再熱器出口溫度，勢(shì)必增加再熱器噴水量。豐城電廠 300 MW鍋爐高壓缸排汽壓 力比設(shè)計(jì)值高約0.20.31 MPa溫度高172C,相應(yīng)的再熱器噴水量為1320 t/h。(5受熱面沾污。由于鍋爐

11、設(shè)計(jì)或運(yùn)行原因往往造成爐膛結(jié)焦，過熱器超溫。若過熱器積灰，將造成過熱器汽溫偏低等。造成爐內(nèi)結(jié)焦、過熱器積灰的原因很多，如:煤質(zhì)、灰成分的變化，運(yùn)行調(diào)節(jié)不良, 一次風(fēng)速低，火焰偏斜,磨煤機(jī)投運(yùn)層數(shù)，吹灰器及制粉系統(tǒng)投運(yùn)行情況等。(6鍋爐運(yùn)行參數(shù)對(duì)汽溫的影響。目前多數(shù)300 MW、600 MW電廠鍋爐都在低于設(shè)計(jì)壓力下運(yùn)行，鍋爐降壓運(yùn)行，使得蒸發(fā)吸熱與過熱吸熱的比例發(fā)生變化。如黃 臺(tái)電廠7號(hào)爐,設(shè)計(jì)時(shí),主汽壓力為17.3 MPa運(yùn)行時(shí)，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在270290 MW,主 汽壓力僅有14 MPa,約低3.3 MPa。這種運(yùn)行方式使鍋爐蒸發(fā)段所需的吸熱量增大 , 過熱段所需的吸熱量減少，要求增加燃料量

12、來滿足蒸發(fā)吸熱，燃料量的增加使過熱器 超溫。3過熱器、再熱器的優(yōu)化措施3.1采用接近于正方形的爐膛根據(jù)設(shè)計(jì)煤種和校核煤種的結(jié)渣特性，在平圩電廠600 MW鍋爐爐膛斷面基礎(chǔ) 上加大爐膛深度，使?fàn)t膛寬/深比為1.063,接近于正方形，有利于組織爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng), 避免爐膛結(jié)焦，減弱氣流殘余旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，有利消除兩側(cè)煙溫偏差。3.2頂部風(fēng)反切和水平擺動(dòng)為了解決煙溫偏差，采取了較小的切圓直徑、較低的旋流數(shù)，燃燒器頂部風(fēng)與主 噴嘴中心線反切18。,頂部風(fēng)(OFA采用水平擺動(dòng)式，以減弱爐膛出口氣流的殘余旋轉(zhuǎn)， 有利于調(diào)節(jié)兩側(cè)汽溫偏差。3.3改進(jìn)連接方式過熱器和再熱器各級(jí)受熱面之間采用大口徑管道和三通連接，有利于

13、蒸汽的混合,消除汽溫偏差。屏過與末過連接管采用平行布置不再交叉，避免汽溫偏差疊加。3.4蒸汽調(diào)溫方式過熱器采用兩級(jí)噴水減溫器調(diào)節(jié)，每級(jí)減溫器分別布置在左右兩根連接管道 上。減溫器可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，有利于調(diào)節(jié)兩側(cè)汽溫偏差。3.5受熱面管子布置避開三通渦流區(qū)在進(jìn)出口集箱上采用大三通，避開在三通渦流區(qū)特定部位引入和引出蛇形管。3.6提高管材檔次根據(jù)沿?zé)煹缹挾雀髌林g的吸熱偏差、同屏各管之間的吸熱偏差以及流量偏 差、結(jié)構(gòu)不合理造成的偏差等計(jì)算管子的壁溫，根據(jù)壁溫來選擇管子材料。對(duì)高壁 溫管排則提高材料的檔次。4盤山電廠#3、#4爐運(yùn)行情況盤山電廠#3、#4鍋爐運(yùn)行安全穩(wěn)定，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到精品工程要求。

14、在燃用 設(shè)計(jì)煤種時(shí)，鍋爐出力及各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)均能達(dá)到設(shè)計(jì)值，爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定、不結(jié)焦，過熱 器、再熱器出口汽溫偏差小。圖1盤山#3爐過熱器管壁溫度分布圖2盤山#3爐過熱器沿爐寬管壁溫度分布（1頂部風(fēng)（OFA反切、并水平擺動(dòng)±2。是本爐設(shè)計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)。當(dāng)反切角度最 大時(shí)，過熱器汽溫幾乎沒有偏差，再熱器汽溫偏差近10 °C。當(dāng)反切風(fēng)反（下轉(zhuǎn)第10頁 400450600左爐寬右溫度分隔屏后屏過末過末過第22、75屏各管壁溫535540545123456刖溫度第22屏第75屏與原一次風(fēng)噴口流速相等或接近，又能夠基本上保持原爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)特性不 變。(3穩(wěn)燃腔結(jié)構(gòu)確定。穩(wěn)燃腔應(yīng)能保證上下一

15、次風(fēng)煤粉氣流在其內(nèi)能形成一定的回流區(qū)，盡量采用較高的截面熱負(fù)荷和容積熱強(qiáng)度，以縮小穩(wěn)燃腔的空間結(jié)構(gòu)。穩(wěn) 燃腔寬度與原燃燒器一次風(fēng)噴口相同，高度及深度尺寸根據(jù)不同規(guī)模的熱功率等級(jí) 設(shè)計(jì)。(4腰部風(fēng)設(shè)計(jì)。腰部風(fēng)采用狹長結(jié)構(gòu)，設(shè)置在上、下一次風(fēng)通道之間，風(fēng)源來自 熱二次風(fēng)，通過調(diào)節(jié)風(fēng)量大小來改變風(fēng)速，最高設(shè)計(jì)風(fēng)速可達(dá)50 m/s。2.3雙通道濃淡直流煤粉燃燒器的運(yùn)行雙通道濃淡煤粉燃燒器的結(jié)構(gòu)確定后，其在風(fēng)扇磨直吹式系統(tǒng)中的運(yùn)行調(diào)節(jié)主 要依靠腰部風(fēng)來進(jìn)行。因此在鍋爐實(shí)際運(yùn)行中著重考核了腰部風(fēng)對(duì)燃燒器運(yùn)行特性的影響，同時(shí)也全面地測(cè)試了鍋爐采用雙通道濃淡煤粉燃燒器后的點(diǎn)火啟動(dòng)、低負(fù) 荷穩(wěn)燃能力以及NO x

16、排放性能。腰部風(fēng)對(duì)燃燒器運(yùn)行特性的影響在3種腰部風(fēng)開度下，隨著腰部風(fēng)由關(guān)到開，燃燒器下通道根部溫度由570 C降 到210 C ,著火條件變差。各工況下，溫度沿燃燒器軸線方向逐漸升高，在噴口處，腰部 風(fēng)全關(guān)時(shí)溫度高達(dá)700 C ,這對(duì)大多數(shù)煤種能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)燃腔內(nèi)著火、燃燒。而腰部 風(fēng)全開下溫度只有350 C左右,兩者差350 C。沿著燃燒器軸向距離，腰部風(fēng)半開和 全開時(shí),02量水平降低,CO2含量增加;而腰部風(fēng)全關(guān)時(shí)，02、CO2幾乎保持不變，02 量維持在9%以下,C02在10%以上，這表明大量的煙氣已回流到燃燒器下通道噴口 ， 在此處煤粉就已能著火燃燒。在腰部風(fēng)半開和全開時(shí) ，距穩(wěn)燃腔噴口外

17、50 mm和 200 mm附近,02、C02才出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，02急劇下降,C02隨之迅速上升，著火 開始,很快在距穩(wěn)燃腔噴口 500 mm外達(dá)到全關(guān)時(shí)的水平。N0 x生成量相應(yīng)發(fā)生變 化，不開腰部風(fēng)N0 x生成量在2050ppm之間;半開和全開腰部風(fēng)N0 x生成量在 40170ppm之間。半開腰部風(fēng)在燃燒器噴口處有一個(gè)極值點(diǎn)，說明從這點(diǎn)開始環(huán)境 氣氛由氧化性變成還原性，將部分已生成的N0 x還原,而全開狀態(tài)下煤粉一直在過 氧條件下著火、燃燒,N0 x 一直在增加。綜合燃燒器穩(wěn)燃腔出口附近煙氣溫度和煙氣中各種成份的分布特性，很好地反 應(yīng)出腰部風(fēng)對(duì)燃燒器回流區(qū)的良好調(diào)節(jié)特性，而且腰部風(fēng)的大小對(duì)

18、N0 x的生成也有 很大的影響。雙通道濃淡燃燒器的啟動(dòng)特性及鍋爐低負(fù)荷性能從燃燒器在不同腰部風(fēng)下的溫度分布可知，雙通道濃淡煤粉燃燒器由于采用濃 淡燃燒和穩(wěn)燃腔，并通過調(diào)節(jié)（關(guān)小/關(guān)斷腰部風(fēng)改善煤粉氣流著火條件，煤粉投上后 容易點(diǎn)燃，由于煤粉及時(shí)穩(wěn)定著火，提高了燃盡度，增加向爐內(nèi)的放熱，從而加快了鍋爐 啟動(dòng)升溫速度，縮短了鍋爐啟動(dòng)時(shí)間，節(jié)約了啟動(dòng)用油。鍋爐低負(fù)荷考核是由100%負(fù)荷逐步降低，首先停兩個(gè)對(duì)角上一次風(fēng)噴口 ，使負(fù) 荷降到75%,穩(wěn)定一段時(shí)間后，停全部上一次風(fēng)使負(fù)荷降至 50%。在該負(fù)荷下鍋爐溫 度水平有所下降，但是沒有出現(xiàn)燃燒波動(dòng)的現(xiàn)象，可以穩(wěn)定燃燒。大約運(yùn)行1 h后，再 一次減少下

19、一次風(fēng)投粉量使負(fù)荷降至 40%,這時(shí)爐膛溫度下降很快，爐內(nèi)負(fù)壓基本平 穩(wěn),偶爾也出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象，但仍能穩(wěn)定燃燒、不滅火。這一結(jié)果表明，鍋爐采用雙通道 濃淡煤粉燃燒器后具有良好的低負(fù)荷能力。233鍋爐熱效率在100%額定負(fù)荷下測(cè)定了鍋爐整體熱效率，同時(shí)也測(cè)定了鍋爐排煙處NO x的 排放量。測(cè)試結(jié)果為，鍋爐燃燒效率97.83%,鍋爐熱效率91.63%,比原設(shè)計(jì)值89.16% 高2.47%。鍋爐實(shí)測(cè)NO x排放量為162ppm(O2=4.3%折算到02=6%的干煙氣條件 下為 298 mg/Nm3。3結(jié)束語實(shí)際應(yīng)用表明，雙通道濃淡煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)合理，采用的燃燒技術(shù)先進(jìn)，具有優(yōu)良 的綜合性能，能夠全面解決劣質(zhì)煤燃燒的諸多難題，應(yīng)用前景廣泛。編輯:巨川(上接第8頁切角度最小時(shí)，過熱器汽溫偏差約22 C,再熱器汽