电站锅炉高温再热器超温问题的处理

电站锅炉高温再热器超温问题的处理
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邢云霞1,任　飞2
(1.内蒙古丰泰发电有限公司;2.内蒙古电力科学研究院,内蒙古呼和浩特　010010)
摘　要:我国大容量火电机组的运行水平还比较低,有的再热器长期超温,引起爆管。

由此造成机组的可用率下降,发电成本提高和运行经济性降低,严重影响了机组的安全、经济运行。

本文以电站锅炉高温再热器为研究对象,主要围绕高温再热器超温的原因,并针对这些原因提出了相应的解决措施,提高再热器的使用寿命。

在此基础上对锅炉高温再热器超温问题进行分析,并有针对性的提出解决方案。

关键词:电站锅炉;高温再热器;超温;偏差
中图分类号:T M621.27 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)02—0057—02 锅炉高温再热器的超温问题直接影响着锅炉的安全运行,增加或减少电厂的经济效益,所以彻底解决超温问题就显得尤为重要。

1　再热器的优化设计
1.1　再热器典型布置方式改进
在再热器典型布置方式中,屏式再热器入口集箱布置了4根引入管,屏式再热器或末级再热器出口集箱只布置了2根引出管。

入口集箱由于4根引入管将蒸汽均匀引入,加之流动阻力对静压变化的抵消作用,使入口集箱中的静压变化极为平缓,而出口集箱仅采用2根引出管,加上流动阻力的影响,静压变化幅度较大。

如果将第1种布置方式中的末级再热器出口集箱引出管由2根增加到4根,则会使流量分布有较大改善。

对此方案进行计算,结果如图2-1所示。

可见,增加引出管数量后,末级再热器出口集箱内的静压变化大大减小,从而使沿集箱轴向分布的蒸汽流量趋于均匀。

对于第2种布置方式也可以考虑将屏式再热器出口集箱引出管增加至4根并进行左右交叉,但在实施上有一定困难[1]。

图1　改造方案的蒸汽流量压力分布1-末级再热器出口集箱压力分布;2-屏式再热器入口集箱压力分布;3-屏式、末级再热器流量分布
目前在锅炉设计中均将再热器对称布置,而炉
内燃烧则较多采用四角切圆方式,也即以对称的受热面接受不对称的加热,这就不可避免地造成局部管壁超温。

因此可以设想打破再热器对称布置的传
统,采用非对称布置,增加高温烟气区的蒸汽流量,防止超温爆管。

比如将集箱的引入引出管相对集中布置在高温烟气区,或采用旁路连通管增加高温烟气区的蒸汽流量。

通过分析再热器布置方式发现,目前锅炉再热器并联管屏的流量分布主要取决于出口集箱的静压分布情况,采取措施降低出口集箱中的静压变化幅度是减小再热器流量偏差的关键,比如增加出口集箱引出管的数量及适当增大出口集箱直径。

在屏式再热器与末级再热器之间增加出入口集箱,并用联接管左右交叉连接,可以有效降低末级再热器出口汽温偏差并保护末级再热器,但会使屏式再热器管屏流量偏差增大,导致屏式再热器易发生超温爆管。

另外,这种布置还使整个再热器系统阻力增大,降低机组循环效率,因此对它的采用应分析利弊。

再热器系统的阻力对机组效率有很大的影响。

由于再热器串于汽轮机高、中压缸之间,所以再热器系统的阻力会使蒸汽在汽轮机内做功的有效压降相应减少,从而使机组汽耗和热耗都增加。

因此,再热器系统应当力求简单,一般采用一次再热.在结构上,通常采用直径较大的管子和并列管子较多的蛇形管束,用以减少流动阻力。

整个再热器系统的压降不应当超过再热器进口压力的10%。

1.2　再热器各种偏差的解决措施
采用接近于正方形的炉膛根据设计煤种和校核煤种的结渣特性,在平抒电厂600MW 锅炉炉膛断面基础上加大炉膛深度,使炉膛径深比为1.063,接近于正方形,有利于组织炉内空气动力场,避免炉膛结焦,减弱气流残余旋转强度,有利消除两侧烟温偏差。

顶部风反切和水平摆动。

为了解决烟温偏差,采取了较小的切圆直径、较低的旋流数,燃烧器顶部风与主喷嘴中心线反切180,顶部风(OFA)采用水平摆动式,以减弱炉膛出口气流的残余旋转,有利于调节两侧汽温偏差。

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　2012年第2期 内蒙古石油化工
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收稿日期:2011-12-19
控制一、二次风射流之间动压比因为两股平行射流之间的动压比是湍流混合的动力来源,当湍流耗散十分微弱时,炉膛出口处气流的残余旋转就较强。

因此,将二次风和一次风的动压比控制在1.5-2.0之间,避开1.0。

蒸汽调温方式。

过热器采用两级喷水减温器调节,每级减温器分别布置在左右两根连接管道上。

减温器可以单独调节,有利于调节两侧汽温偏差。

采用锅炉二、三次风反切技术。

目前,解决水平烟道换热偏差问题的方法,应用最广泛的方式就是进行二次风和三次风的反切,减少炉膛出口烟气余旋,降低流速偏差。

三次风由于温度低、位置高、流速大、大量携带细煤粉等特点,不仅影响炉膛出口的烟气流速分布,而且影响炉膛出口烟温的高低,对高温再热器管壁温度产生直接的影响。

采用三次风反吹技术,使喷射的三次风对炉内逆时针旋转的气流产生反向制动作用,以改善再热器入口的烟气速度及温度分布。

进行三次风反切改造要进行必要的炉内动量计算,同时在反切方式上要考虑反切后运行的稳定性及燃烧的稳定性。

如果反切改造考虑不周到,会引起燃烧器区域气流紊乱,气流冲刷水冷壁,造成炉内局部结焦,影响炉内辐射换热和热负荷分配,同时,也有可能造成锅炉燃烧不稳定,使锅炉的最低稳燃负荷增高,影响机组运行的经济性。

反切气流与主体正旋气流间进行着强烈的动量和质量的交换,导致流场中存在着强烈的湍流耗散,从而使主体气流旋转强度降低,就使得炉膛出口残余旋转减弱。

保持反、正切风的动量流量矩之比在0. 6- 1.2之间[2]。

引起高温再热器管子壁温超温的主要原因是进入高温再热器的烟气流速严重不均匀,使得局部区域烟气流速过高,换热显著增加而引起超温。

三次风不但提高了炉膛出口烟气温度,更加重了炉膛出口烟气流速分布不均匀。

通过顶部二次风反切,可降低炉膛出口的烟气余旋,从而减小炉膛出口的烟气流速偏差,目前正在实施的方案为顶二次风反切25。

利用浓淡分离技术实现三次风所携带煤粉的快速燃烧,可降低炉膛出口处的烟气温度,从而降低高温再热器的壁温和减温水用量。

采用再热器非对称布置形式或增加辅助导汽管,使高温烟气区的蒸汽流量加大,也是解决问题的一条途径。

再热器超温爆管是由炉膛出口烟温偏差与蒸汽流量偏差叠加造成的,减小任何一种偏差都有助于减少超温爆管[3]。

2　再热汽温调节技术
国产锅炉的再热汽温调节方式大致上经历了3个发展阶段,最先采用的是烟气再循环调温技术。

由于该调温方式增加了锅炉尾部受热面的磨损,除了个别燃油机组外,至今尚无燃煤机组成功投运烟气再循环调的实例。

再热调节技术大大改善了再热器超温的问题,但是,有人认为现有各种再热汽温调温方式存在如下误区燃烧种类的误区——烟气再循环调温。

投运烟气再循环会增加锅炉尾部受热面的磨损,而且第一代125MW机组再设计上有片面追求节省钢耗,尾部烟井烟气流速取值过高的弊病,故早期产品省煤器管子磨穿事故常有发生。

国外也报道过燃煤机组采用除尘器后烟气再循环的试验。

烟气再循环用再燃油和燃气锅炉(如前苏联)不乏成功的例子。

炉膛燃烧方式造成尾部烟气偏斜的误区——烟道挡板调温。

分隔烟道烟气挡板调温比较适用于采用前墙或前、后墙对冲布置的炉膛,因为“柱状”烟气进入尾部分隔烟道不会带来烟气流“左、右”侧偏斜。

鉴于国产燃煤电站锅炉大部分是配切圆燃烧炉膛,炉膛出口烟气的残余旋转造成的烟温偏差是毋容置置疑的。

因此,挡板的作用从调节蒸汽温度变成了纠正烟气沿锅炉宽度方向的流量偏差,使其调温作用退至第2位,大大影响了调温效果。

调节功能与范围的误区——摆动燃烧器调温。

首先要解决燃烧器在冷、热态都能摆动。

按照技术说明,燃烧器应能上、下摆动,而且在不同角度下炉膛吸热模式大致呈对称性的变化,因此这种方式在理论上应有双向调温的功能,此外对于燃煤锅炉而言,摆动燃烧器还能在不同的负荷下自动补偿由于炉膛积灰造成的吸热量变化。

有些锅炉未能实现摆动燃烧器再热蒸汽自动调温,通常是将再热蒸汽事故喷水作为常设调温手段,显然在不同程度上损害了整机效率。

由上述分析可见,解决锅炉再热器故障问题,主要抓好诊断性分析和治理性检修工作,特别是对管子超温、内壁点蚀和焊接质量问题不容忽视。

另外要抓好预防性治理工作,要根据设备特性和运行经验制定运行工况标准,并严格执行[4]。

3　结论
电站锅炉高温再热器正常工作是电厂安全运行和经济性的的一个重要因素。

再热器超温爆管是影响发电机组经济安全运行的最重要的问题之一。

汽温偏差和热偏差,如四角切圆燃烧锅炉产生的烟气残余旋转造成炉膛出口烟气温度偏差,又由于烟气温度的不均匀性,引起高温再热器的局部超温。

可通过采用顶二次风反切方法和改变燃烧器位置减小炉膛出口的烟温偏差。

设计原因,如炉膛高度设计偏低,火焰中心偏斜,受热面受热不均引起超温。

可通过改变炉膛高度和结束材料避免高再超温。

本文还有许多不足,由于自身专业知识的局限性,没有实地观察,本文研究的不够深入,通过参阅文献资料,只是对影响高温再热器的超温的普遍原因进行了分析。

[参考文献]
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2007.
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