锅炉过热器管壁温度特性研究

锅炉过热器管壁温度特性研究

李坚隆,曾汉才

(华中科技大学,湖北武汉 430071)

[摘 要] 对一台锅炉过热器壁温在不同负荷下的变化情况进行了讨论。通过传热计算、现场实测以及对过热器管的金相分析等方法,得出在低负荷工况时,具有辐射或半辐射特性过热器的金属壁温有可能随负荷的下降而升高。对于以带基本负荷为设计原则的锅炉,长期在低负荷下运行,发生过热器超温爆管的可能性会增大。

[关键词] 锅炉;过热器;爆管;管壁温度;传热计算;金相分析

[中图分类号]TK223.3+2 [文献标识码]A [文章编号]10023364(2005)03003403

某电厂350M W机组锅炉为日本石川岛播磨重工株式会社制造的IH I FW型自然循环炉,露天布置。每台锅炉配置5台M BF型中速磨煤机,每台磨煤机带一层4只燃烧器,燃烧器为前后墙对冲布置。电厂按具有调峰能力的基本负荷设计,最低负荷为25% MCR。锅炉布置如图1所示,锅炉主要参数见表1。

PSH为一次过热器;PDW为分隔墙过热器;PL T为屏式过热器;

FSH为末级过热器;RH为再热器

图1 锅炉布置

表1 锅炉主要参数

项 目数值

蒸发量/t h-11070

过热器出口蒸汽温度/541

过热器出口蒸汽压力/M Pa17.3

再热器蒸汽流量/t h-1886

再热器进口蒸汽温度/320

再热器进口蒸汽压力/M Pa 3.5

再热器出口蒸汽温度/541

再热器出口蒸汽压力/M Pa 3.4

给水温度/276

在锅炉尾部垂直竖井中设有烟气挡板,以改变前后两个并联竖井的烟气量分配,达到调节再热蒸汽温度的目的。

1 锅炉过热器系统

过热器系统流程如下:汽包!炉顶及包覆墙过热器!一次过热器(一级喷水减温)!分隔墙过热器(左右交叉)!屏式过热器(二级喷水,左右交叉)!末级过热器。

PSH位于锅炉尾部垂直竖井中,逆流布置,热交换面积为870m2,材质为ST BA22S和ST BA42 E;PDW布置在炉膛顶部,沿炉膛宽度35屏,材质为ST BA22S和ST BA24;PLT和FSH依次布置在炉膛出口,热交换面积分别为960m2和830m2,材质为

技术交流

STB24和T91。

制造厂在强度计算中选用过热器各段金属的最高工作温度见表2。为了防止过热器超温,在各段过热器出口引出管(非加热段)上安装了炉外壁测点(可以认为十分接近于蒸汽温度),并设置了报警装置,报警温度值见表3。

表2 过热器各段金属最高工作温度

项 目数值材质

一次过热器/430S TBA22S(顶部管)

分隔墙过热器/484S TBA22S

屏式过热器/516

屏式过热器/547T91(出口加热段)

屏式过热器/552S TBA24(出口加热段)

末级过热器/549S TBA24(入口加热段)

末级过热器/554S TBA24(弯曲段)

末级过热器/567T91(出口过热段)

表3 报警温度值

项 目高负荷低负荷

一次过热器/不设报警不设报警

分隔墙过热器/522566

屏式过热器/558591

末级过热器/582616

2 负荷变化与过热器金属温度

2.1 过热器传热计算

(1)平均热负荷q o(W/m2)

q o=

T g-T s

(2

!( +1)+

1

h2

)+

1

h1

(1)

式中:T g为烟气温度,;T s为过热蒸汽温度,; 为管子外径与内径之比; 为均流系数;为管壁厚度;!为管壁导热系数;h1为h gz+h d+h f∀(W/(m2 )); h2为过热蒸汽的对流换热系数,W/(m2 );h gz为沿管周的热负荷不均匀系数;h d为烟气对流换热系数,W/ (m2 );h f为烟气与管子的辐射换热系数W/(m2 )。

(2)过热器金属壁温T()

T m=T s+ q max∀(

2

!( +1)+

1

h2

)(2)

T om=T s+ q max∀(2

!( +1)+1

h1

)(3)

式中: q max=∀k∀∀r1∀q o;T m为平均壁温,;T om为外壁温度,;∀k为沿烟道宽度的热不均匀系数;∀r1为热力不均匀系数。

计算中选取的锅炉负荷为100%、75%、50%、25%M CR。

2.2 计算结果及分析

(1)PSH从布置位置来看属于对流式过热器,但实际上却具有类似辐射过热器的特性(图2),其原因主要是:1)PSH位于与再热器(RH)并联的竖井烟道中,通过PSH的烟气量完全取决于RH的汽温调节需要,因烟道中的烟气挡板是联动的,即RH的挡板开, PSH的挡板关小。按制造厂设计,在25%负荷时, PSH前的烟气温度为700,RH烟气挡板全开(开度为100%),85%的烟气量通过RH,15%的烟气量通过PSH,过热器的两级减温喷水量均为零。实际上,在机组验收试验中,25%负荷时,第一级喷水量1号炉最大为26.5t/h,2号炉最大为29.4t/h,因此通过PSH的烟气量肯定已大于15%。经过多年运行,炉膛和受热面的清洁程度都已不及投产初期,加上运行中可能出现的结焦、积灰以及燃烧工况的变化,25%负荷下PSH前的烟气温度可能达到800。为了保证RH 的出口蒸汽温度,RH烟气挡板开度仅为50%~80%。此时,PSH烟气挡板联动开大,相对应通过PSH的烟气量增至烟气总量的32%~44%,而通过PSH的蒸汽量则随负荷降低而减少,出现了PSH在低负荷下汽温和金属壁温都比高负荷时高的现象;2)PSH之上有一个很大的烟室,该烟室对PSH顶部第1排管子的辐射换热系数h f不仅远大于烟气对流换热系数h d,而且也远大于PSH的整体辐射换热系数h f(图3),具有明显的辐射特性,在低负荷下的壁温明显升高。经长期连续低负荷运行,最终导致过热爆管。

图2 过热器(T m-T g)与负荷的关系(电算结果)

(2)PLT和FSH属于辐射过热器,在50%以上负荷,金属壁温随负荷下降而呈下降趋势,在50%以下负荷金属壁温随负荷下降而有所上升(图2)。在25%以下负荷时,PLT和FSH的出口蒸汽温度能达到530和540。因此,其金属壁温将会超过600。

技术交流