600MW自然循环锅炉屏式过热器爆管分析
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该机组锅炉按基本负荷设计制造,节流孔径 的大小也是以基本负荷为依据设计的。在基本 负荷下,锅炉的蒸汽循环比较稳定,设计与实际 流量偏差较小,同时热偏差也较小,分隔屏受热 面可以得到足够的冷却;而机组在低负荷或负荷 大幅变化时,分隔屏受热面各根管子的流量分布 规律与基本负荷相比会发生变化,造成管子的流 量分布偏差大。由于各片分隔屏布置位置方面 的原因,造成的热偏差就更为严重,从而引起部 分分隔屏管壁超温。反复发生爆管的区域均为 屏式过热器的第(1~31)根(A区),节流后通流 直径11.11 mm,其流通面积仅为无节流圈管子 的15.1%,局部的流动阻力系数为无节流圈的 43.79倍,可能导致管内蒸汽流速偏低。运行记 录显示,在锅炉低负荷时,此区域管壁温度普遍 较高。
(6)机组负荷变化及启停磨煤机时,严格控 制分隔屏上升管的管壁温度,以保证锅炉的安全 运行。
参考文献:
[1]华东六省一市电机工程学会编.600Mw火力发电机组培训 教材(锅炉设备及其系统)[M].北京:中国电力出版 社,2001.
[2]王孟浩.消除大容量电厂锅炉过热器及再热器局部超温的措 施[J].中国电力,2003,(3).
(4)机组抢修恢复时期,可以采用临时绝热 处理。即对分隔屏易爆区部分管段绝热处理,减 少易爆区受热面的吸热量。如在易爆区自顶棚 向下受热面绝热5 m~7 m高度,其它部位不做 处理。绝热层布置在管屏两侧,总厚度110 mm ~120 mm。
(5)机组启停和负荷变化时,应严格按规程 规定的速率控制机组负荷、蒸汽温度及压力变化 率,并制定有针对性的低负荷运行措施。
600 MW unit boilers,and some methods are present.
万方数据
600MW自然循环锅炉屏式过热器爆管分析
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刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数:
王家新, 陈增春, 边乐永, 丁庆殿, 王光新, WANG Jia-xin, CHEN Zeng-chun, BIAN Le-yong, DING Qing-dian, WANG Guang-xin 王家新,WANG Jia-xin(山东电力研究院,山东,济南,250002), 陈增春,丁庆殿,王光新,CHEN Zeng-chun,DING Qing-dian,WANG Guang-xin(邹县发电厂,山东,邹城,273522), 边乐永 ,BIAN Le-yong(国电费县发电有限公司,山东,临沂,273400)
表3节流孔直径
5号、6号机组分别于1997年1月及11月投 产发电以来,机组一般在高负荷下运行,锅炉运 行参数正常。2003年以来,由于电网电负荷的峰 谷差巨大,5号、6号机组每天至少1次参与负荷 调峰,有时每天负荷大幅变化3~4次,低负荷运 行至300 MW,而且时间较长。有时甚至达到 270 Mw投油稳定燃烧。该机组锅炉原按基本负 荷运行方式设计,在70%TRI。负荷以上运行 时,锅炉分隔屏上升管管壁温度在460℃~490 ℃之间,基本没有超温现象;而在机组调峰过程 中,有些分隔屏上升管壁温测点达到500℃~ 540℃,此种情况大部分发生在60%TRL负荷 (即360 MW)左右。在60%TRL负荷以下时, 分隔屏壁温有大幅度上升现象,部分点甚至高于 544℃报警值;在70%TRL负荷时进行机组负 荷变动(启动磨煤机)时,也会出现分隔屏壁温超 温现象。锅炉的过热蒸汽设计喷水减温的总喷 水量为317.5 t/h,但实际一级减温水量一直偏 低,机组负荷600 Mw时~级减温水量一般为30 t/h~50 t/h,低负荷时在100 t/h~150 t/h,主要 采取二级减温水控制主蒸汽温度偏差。
第4期
王家新,等:600 Mw自然循环锅炉屏式过热器爆管分析
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幅度较大,可能存在一定的流量偏差。容易引起 分隔屏在低负荷运行时蒸汽吸热量偏大,造成管 壁过热。运行数据也表明,在此低负荷范围运行 时,管壁温度普遍升高,减温水流量增大。
另外,根据以往多次的过热器壁温特性试验 及有关文献报道,出口集箱导汽管附近的受热管 排压力、蒸汽流速分布复杂,以致导汽管附近部 分管子流速偏小,导致部分管子超温过热爆管。 5号、6号炉的4次爆管部位基本符合上述规律。
(1.Shandong E1ectrical Power Research Institute,jinan 250002,China; 2.Zouxian Power Plant,Zoucheng 273522,China; 3.Guodian Feixian Power Plant,I.inyi 273400,China)
万方数据
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锅炉 技术
第36卷
点分别布置在5片屏的顶棚炉外的出口管上,位 置分别为每屏的第1、84、126根(由炉前向炉后 数),报警温度值为544℃。
图1 600 Mw自然循环锅炉截面图 锅炉过热器系统由顶棚过热器、包覆过热 器、低温过热器、分隔屏过热器、末级过热器5级 组成。蒸汽从低温过热器出口联箱送到分隔屏 人口联箱,在连接管上装有一级喷水减温器;分 隔屏过热器(即辐射式过热器),沿炉宽方向共布 置有5片大屏,管屏为J形;每屏有1个人口联 箱,126根外径50.8 mm管子,材质为SA一213 T22。每片屏3只出口小联箱上分别由2只导汽 管引入混合集箱进行二次减温。过热蒸汽设计 喷水减温的总喷水量为317.5 t/h,一级喷水为总 喷水量的2/3,二级喷水为1/3。 为了监视锅炉运行时分隔屏管壁温度,在分 隔屏出口段布置了30个壁温测点。分隔屏出口 共有15个联箱,在每个出口联箱的1根导汽管安 装壁温测点,报警温度值为491℃;另外15个测
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图3 机组负荷与锅炉分隔屏管壁温度曲线
发生此类现象的原因:机组长期参与大幅度 调峰,锅炉低负荷运行时间较长。由于分隔屏吸 收的主要是辐射热量,在360 Mw~420 Mw负 荷时吸收的辐射热份额并不比600 MW负荷时 吸收的辐射热减少多少,而分隔屏内的蒸汽流量 下降的幅度较大,且存在一定的流量偏差。容易 引起分隔屏在低负荷运行时蒸汽吸热量偏大,造 成管壁过热。
(4)分隔屏设计位置距火焰中心近,致使分 隔屏所处的环境比较恶劣。
一般锅炉的分隔屏受热面布置于炉膛折焰 角的上方,而该炉的分隔屏过热器底部距上层燃
锅炉 技 术
第36卷
烧器中心线仅有7.6 m,计算分隔屏入口处的烟 气温度高达1 260℃。分隔屏吸收的辐射热量较 大,尤其是中间的分隔屏受到的辐射热量最大。 该种布置方式的最大优点是可以降低炉膛的整 体高度,有效降低锅炉的钢材耗量。同时,燃烧 器为前后墙布置方式,与四角切圆燃烧方式相 比,燃烧器中心相对靠近炉膛的出口,尤其在机 组低负荷运行时的火焰中心相对偏上。分隔屏 设计位置距火焰中心近,致使分隔屏所处的环境 比较恶劣。
Key words: division pandant superheater; riser tubes burst; analysis and countmeasure Abst ract: An analysis is made on the riser tubes burst of division pendant superheater of
万方数据 图2 5号炉分隔屏爆管泄漏
2分隔屏爆管情况
600 Mw机组5号、6号锅炉自1997年投产 发电至2003年7月,2台锅炉分隔屏过热器共发 生爆管13次,其中5号炉7次,6号炉6次,占锅 炉“四管”泄漏率的40%。造成机组停运,给机 组安全、经济运行造成了重大影响。2001年以前 爆管主要是制造安装问题,发生在分隔屏夹持管 焊口处。原因为焊口附近管子裂纹引起泄漏,通 过局部更换分隔屏夹持管,严格焊接工艺,解决 了夹持管泄漏问题。2003年的4次爆管泄漏全 部发生在分隔屏靠近顶棚处的上升管段。2003 年2月lo日,6号炉分隔屏中间屏由炉前向后数 第19根距顶棚2.5 m处爆破,宏观检查爆口桃 形,长30 mm、宽6 mm,呈长期过热特征。2003 年2月、4月,5号炉分隔屏中间屏由炉前向后数 第24根管子近顶棚处泄漏,2次爆管的现象一 样。4月16日,5号炉还发现中间屏从炉前往后 数第13、17、20、24、28、32根管子表面发黑、氧化 剥皮。5号炉第1次泄漏处理时,使用随机备用 管材将第24根更换了13 m长,并且检查了入口 联箱、出口联箱,均未发现有异常现象。5号炉4 月16日泄漏后,为了防止该处再次爆管,将上述 6根管子进行了封堵。5号炉7月4日中间屏从 炉前第12根距顶棚1 m处爆破,第25根管检查 发现,明显过热氧化。
(3)机组长期大幅度调峰运行,锅炉低负荷
运行时 万间方较数长据。
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4结论及建议
600 MW机组5号、6号锅炉分隔屏过热器 出口段多次爆管的主要原因:分隔屏各屏问吸热 偏差大,分隔屏中间屏因结构布置原因吸热量最 大。特别是在锅炉低负荷运行时管壁温度普遍 增高,A区部分管壁超温;入口联箱的节流孔设 计不完善,未考虑中间屏吸热量最大的因素,A 区各管蒸汽流量与吸热量不匹配;锅炉长期大幅 度低负荷调峰运行,分隔屏的辐射换热特性明 显,吸热比例升高;部分管内蒸汽流量偏低,流速 偏差大,局部过热,引起失效爆破。针对上述分 析,建议:
(1)方案~:将分隔屏过热器出口上升管的 部分管材由sA一213 T22更换为T 9l,提高屏式 过热器出口管的耐温等级,提高受热面的耐温能 力。可将屏式过热器A、B区出口管顶棚以下4 m~8 m更换为T 91,中间屏可以考虑增大更换 管长度及范围。
(2)方案二:根据试验结果及详细的计算, 调整位于分隔屏人口联箱各管的节流孑L直径,特
3分隔屏过热器爆管原因分析
(1)分隔屏中间屏出口段发生多次爆管,由 于结构布置原因致使其吸热量过大;分隔屏各屏 间吸热偏差大。机组低负荷时,分隔屏内蒸汽吸 热比例偏大,可能存在较大的流速偏差,造成部 分管子过热失效爆破。
分隔屏过热器是以吸收炉膛火焰辐射量为 主,呈现典型的辐射式受热特性。由于分隔屏设 计位置靠近火焰中心,特别是中间屏由于结构布 置原因,位于炉膛的中上部,接受的辐射吸热量 最大。在锅炉低负荷运行时,为维持锅炉稳定燃 烧,火焰中心温度比机组600 Mw负荷时降低幅 度不大,但分隔屏吸收的辐射热份额却比满负荷 时吸收的热量多,而分隔屏内的蒸汽流量下降的
(2)分隔屏入口联箱人口管节流孔径设计 不完善,锅炉低负荷时管内蒸汽流速与吸热量不 匹配,未考虑中间屏吸热量最大的因素。
从低温过热器出来的蒸汽通过左右2个导 汽管至炉前母管,在该母管上布置5个分隔屏人 口联箱,每只联箱接出126根管子组成1个J形 管屏。在分隔屏人口联箱、管子接口前制作了节 流孔,自上而下各管节流孑L径尺寸依次增大(对 应的炉内管子为由炉前向炉后方向),分隔屏过 热器人口各节流孑L直径如表3。
别是中间片的流量分布,达到流量分布与热负荷 分布相匹配。此方案实施需要大量现场试验数 据及详细的热力计算,现场实施难度大,一般需 要制造厂的专家指导或需要制造厂加工节流孔 直径保证质量。
(3)加强锅炉优化燃烧,调整燃烧器百度文库风方 式,低负荷尽量投运下层煤粉燃烧器;降低火焰 中心位置及炉膛出口温度;机组低负荷运行时控 制加大一级减温水量,二级减温作为汽温偏差 微调。
[3]曾汉才.燃烧技术[M].武汉:华中理工大学出版社,1990. [4]王孟浩.大容量电站锅炉过热器再热器温度偏差原理及防止
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The AnalVsis on the Tubes Burst of Division Pendant Superheater of 600 MV、,Natural Ci rcuIat ion Boi|ers WANG Jia—xinl, CHEN Zeng—chun2, BIAN Le—yon矿, DING Qing dian。, WANG Guang—xin2