盘山电厂MW超临界直流炉水冷壁超温爆管研究报告治理

500MW超临界直流炉水冷壁超温爆管研究治理李广瑞黄振康王树怀孙宝华＜天津国华盘山发电有限责任公司，天津301900）摘要：天津国华盘山发电有限责任公司＜以下简称盘电公司）#2锅炉自投产以来，在运行中发生过多次“四管”泄漏，尤其是在2000年以后出现水冷壁大面积爆管，严重影响了机组的安全稳定运行，给盘电公司带来了巨大的经济损失。

2003年以后盘电公司着手进行#2炉水冷壁爆管的问题查找，从运行方式上进行大量的实验与调整，解决了水冷壁超温过热爆管的现象，水冷壁泄漏次数明显减少，为机组的安全稳定运行奠定了基础。

本文通过对锅炉下辐射区的水动力工况计算肯定了运行调整方面对防止超温爆管所做的工作，从而规范锅炉运行方式的管理。

关键词：锅炉；水冷壁；爆管；研究1锅炉设备及运行情况简介天津国华盘山发电有限责任公司安装两台由前苏联成套引进的500MW超临界燃煤发电机组,锅炉为俄罗斯波道尔斯克奥尔忠尼启泽机器制造厂制造的nn—650—25—545KT ＜n —76型）超临界压力、直流、一次中间再热、平衡通风的固态排渣煤粉炉。

表一锅炉主要设计参数锅炉设计为室内布置，单炉膛全悬吊结构，左右两侧各有一对流竖井，炉本体呈 “ T 型结构。

炉膛断面呈矩形23080X 13864mm ,四壁由$ 32心12Cr1MnV 的膜式水冷壁构成。

锅炉一、二次汽 水流程以炉膛前、后墙中心线为界分为左、右两个对称的独立流程，每个流程的给水和汽温调节都 是独立的。

炉膛受热面为垂直往复一次上升布置，标高44.7m 以上为上辐射区，以下为下辐射区。

下辐射区前后墙分别有 6个组件，两侧墙各有10个组件。

前后墙相邻的3个组件与侧墙的半个组件组 成下辐射I,侧墙每4个组件加上相邻半个组件构成下辐射H 。

上辐射区前后墙各有 6个组件，组成上辐射I,两侧墙各有10个组件，组成上辐射H 。

每个组件由48根水冷壁组成，半组则为 24根。

—次汽水流程由省煤器、下辐射I 、下辐射n 、上辐射I 、上辐射n 、汽-汽交换器、顶棚和包墙受热面、内置阀门、i 、n 、川级屏式过热器和高温过热器组成。

在锅炉两 个流程中，给水进入省煤器前各设有一旁路，即 21%旁路，可控制相当0〜21%主汽流量的给水不经省煤器、下辐射区I 加热而与下辐射I 出口热水”混合后进入下辐射区n 。

制造厂设计流量为不论何种负荷，旁路的流量均为 21%，两级喷水减温流量为 6%,而经下辐射区I 的流量为 73%。

每台炉设有8套制粉系统，每台ZGM-95G 型中速辊式磨煤机各自带 4只旋流燃烧器，燃烧器共 32只，分四层布置，每层共 8只，分列于左 、右侧墙形成对冲燃烧方式。

图1锅炉总体布置图图2锅炉辐射区水冷壁管屏布置剖面图#1、#2炉分别于1995年12月31日、1996年5月15日由华北电力科学研究院进行调试通过 168小时试运行移交电厂，于1999年开始试烧神华煤，从 2000年3月开始全部燃用。

1999年12月为防止冷灰 斗斜坡被掉焦砸伤引起水冷壁管因流水不畅而过热爆管，在#2炉左侧斜坡试装了防磨瓦。

从1999年8月至2001年10月，经过19190小时低于60%负荷运行之后，发现前后墙大量水冷壁超 温爆管，被迫将前墙从左第 1根到144根标高21〜39M 区段全部更换，将后墙 73根到288根同样标高全部更换。

在此之后，又经过7000小时大于80%负荷率运行之后，于2002年12月中旬在后墙发生少量爆管 。

1 I I ill I二=*»LW1—1二II! 1炉 轴i|i1三n s二= n 1二 二QI III I 1闾镐炉上布置制锚炉下Ksmus为了查明原因于2003年初大修开始进行内窥镜查堵、冷态流量测量、加装壁温测点、燃烧调整以及大量实验分析，从2003年初至今，#2炉从壁温测量以及割管取样均未发现超温过热现象。

本文试图从下辐射区的壁温工况来探讨爆管原因以及有效的对策。

2计算分析2.1锅炉水冷壁壁温计算俄方提供的锅炉是70年代末发展起来的，比较成熟的炉型。

从设计数据看下辐射区i、n管壁温度分别为461 C和515 C,选取管子材质为12Cr1Mo V ,其十万小时许用温度580C，是比较保守的，相比之下，下辐射区H的裕度比下辐射区I小得多。

为了验证俄方提供的100%负荷下的壁温是否是最高壁温，同时也为了掌握负荷与壁温关系，应用电站锅炉水动力计算方法<JB/2201-83）进行了不同负荷下，下辐射区I壁温计算。

公式如下：公式1.1.1管子正面内壁温度t n<正面即为向火面）公式1.1.2管子正面外壁温度t w公式1.1.3用作强度计算的平均管壁温度t ba r^i上述列式中：t-壁温计算点内介质温度cq-计算点正面外壁辐射热负荷Kcal/m 2hJ n-管子正面内壁热量均流系数-管子正面沿厚度方向上的平均热量均流系数伊管子的外径与内径的比值a-壁温计算点管子内壁与介质的放热系数Kcal/m 2h C卜管壁厚度m入-管子的金属导热系数Kcal/mh C根据公式及有关的表格线算图以及制造厂提供的30%到100%负荷的有关数据进行计算，另外,根据《电站锅炉水动力计算方法》<JB/2201-83）推荐的燃烟煤的最大热负荷350Kcal/m2h作最高壁温计算，计算结果见表二：表二不同负荷下下辐射区I壁温计算综合表计算表明：(1)前苏联计算比我国《电站锅炉水动力计算方法》<JB/2201-83 )更为保守，就100%负荷而言相差14C <461-447 )，即使按最大热负荷计算473 C的壁温比起许用温度580 C仍有107C的裕度。

(2)壁温最高值在100%负荷，随着负荷下降重量流速、介质放热系数下降，但是辐射热负荷以及内外壁温差下降更快，所以壁温下降，从表面看，负荷越低，安全裕度越大。

(3)由内外壁温差很大如100%负荷时高达56.7 C，壁厚每毫M温降达到9.5 C,因此壁温测点打孔必须精确。

(4)由于介质温度与平均壁温差有50C，与外壁温差达到70〜80 C,因此在吹灰中影响传热的渣层被吹落时测点的温升50〜80 C是正常传热变化。

(5)从60%到100%负荷变化，平均壁温仅变20C，因此在燃烧结渣比较强的神华煤时，装在热负荷较区域的壁温测点反映不出壁温与负荷的关系。

通过两台炉共计96个装在热负荷最高区域32M测点的测量结果，证实<4 )、<5)结论是正确的2.2水动力校验在水动力正常条件下锅炉水冷壁的安全裕度最大，因此校验不正常条件十分重要。

通常此工作设计阶段已完成，并在运行条件上有所反映，锅炉已经发生多次超温爆管，补做计算很有必要。

<1 )停滞校验从壁温计算看，负荷越低下辐射区I受热面越安全。

但是，由于热负荷不均匀，造成个别管子内介质停滞或几乎停滞，因此必须进行停滞校验。

下辐射区I属于垂直上升的受热面，在不考虑联箱中压降时，可以认为上下两联箱之间并联的48根管子得到同样的压降△ P,管子的压降包括流动压降与重位压降，于是对于偏差管压降可以表达为：对于其它管子可以用平均值来表示:上述两式中：、一偏差管与平均管的阻力系数冋、却一偏差管与平均管的流量kg/s上！、上J —偏差管与平均管的比容m i/kg回、耳-偏差管与平均管的联箱高度差凶、凶—偏差管与平均管的重度kgf/m 在总压降相等时：式中—、：、三、三因为结构相同可以用H代替厂、三，用K表示三和」式中、一局部阻力系数和沿程阻力系数目、—分别为管子截面积m2和重力加速度9.8m/s当停滞发生时，凶=0,即右边根号值为0上式意义为，当停滞发生时，偏差管内平均重度为平均管内平均重度与平均管的流动压降除以联箱高度差产生的附加重度之和。

在不同负荷下，有不同的介质入口温度四，当土> 1时，停滞就不会发生；当到v 1时就可能停滞，而且比值越小，越容易停滞。

因为，一定负荷下，管子受热最弱情况下就是温升等于0,产生最大的重位压降为Hf,如果停滞重位压降旧停滞必然消失。

根据表盘记录进行五种工况计算，给水流量看来比较小的原因是锅炉设计流量分配造成的，其中旁路流量21%，两级减温水流量6%，下辐射区I流量约为73%计算结果如表三：在负荷450MW及以上时，|勺| >1，停滞决不可能发生，也就是说，此时无论结渣多么严重，管子的流动正常，即使流量有大有小，但有580-461 C的裕量可以充分利用。

在350MW寸，此时蒸汽流量为695/0.73=952t/h ，停滞就可能发生了。

这就是制造厂规程规定最低连续负荷为60%额定负荷即988t/h 的原因了。

随着负荷降低，S 的比值也随之下降，停滞过热的可能性增加，由此可见，在大负荷发生爆管最大可能是堵塞，低负荷时可能由于结渣产生吸热量小的管子流速缓慢甚至停滞而长期过热爆管。

（2>多值性校验多值性校验是指管子中的流量在一定条件下<一般负荷变化），从一种稳定的流量变到另一种稳定的流量，从而造成很大的流量偏差，危及安全运行，多值性产生的原因是管子的水动力特性< 压差一流量特性）呈多值曲线，即在一个压差下有几个流量，通常表现的形式为压差与流量的三次方关系。

首先从实践的角度看，近四年时间，从未发生在某种负荷下，前后墙的共96个测点温度有突然大幅度升高<流量减少）、有大幅度下降<流量增加）的现象。

从计算综合表4结果看，随着给水流量增加，重位压降也随之逐渐增加，而流动压降以平方关系增加，形成一个流量与总压降一一对应关系，单调上升。

从理论上看上下联箱间流量与压降呈二次曲线，即式中—, 不变，是随负荷增加，基本呈上升趋势，流动压差占总压降比例在30%左右，这可能是不产生停滞的临界区。

负荷越高，流动压差越大，提供的附加重度也越大，停滞的可能越小或者没有。

<3）关于倒流校验《电站锅炉水动力计算方法》<JB/2201- 83）明确规定，对于向上流动的直流炉不必进行倒流校验。

2.3对于下辐射区H的安全评价与下辐射区I相比，相同的材质、壁厚，相同的质量流速，虽然计算壁温达515C，但是对于两台炉十一、二年运行中从未发生过热爆管，其原因还需要从水动力着手，水动力中主要问题是停滞校验，从综合表五可以看出，停滞负荷已经降到250MW，其安全性与下辐射区I在350MW工况相当，相应的蒸汽流量为764t/h<718/(0.21+0.73> ),为额定负荷的46%，因此，除非结渣十分严重并且不均匀，否则管内工质流动不成问题。

2.4防止下辐射区I循环停滞的方法产生停滞有两个原因，一、为低负荷时流动阻力提供附加重度小，二、受热不均匀容易使个别管子太冷、太重，从而停滞。

那么，采取的措施为：<1 )关闭21%旁路。