600MW自然循环锅炉屏式过热器爆管分析

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
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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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)
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。
（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。
０３—３—２１ ７：Ｏ ７：１３
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。
［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
对策［Ｊ］．锅炉技术．１９９２，（３）．
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
万方数据
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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
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
（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。
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。
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。
（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）
（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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时间／ｈ（共１２ ｈ）
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。