盘山电厂500MW超临界直流炉水冷壁超温爆管研究治理

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试验与调整，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Пп—1650—25—545КТ（П—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

参数名称单位100%额定负荷

锅炉最大连续蒸发量t/h 1650

一次蒸汽出口压力MPa 25

一次蒸汽出口温度℃545

给水温度℃275

二次蒸汽流量t/h 1380

二次蒸汽出口压力MPa 4

二次蒸汽出口温度℃545

二次蒸汽进口温度℃295

锅炉热效率% 91.96

锅炉燃料耗量t/h 208

排烟温度℃134

热风温度℃320

105

106 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23080×13864mm，四壁由φ32×6、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Ⅱ。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Ⅱ。每个组件由48根水冷壁组成，半组则为24根。一次汽水流程由省煤器、下辐射Ⅰ、下辐射Ⅱ、上辐射Ⅰ、上辐射Ⅱ、汽-汽交换器、顶棚和包墙受热面、内置阀门、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ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Ⅱ。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21～39米区段全部更换，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。

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

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以及大量试验分析，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、Ⅱ管壁温度分别为461℃和515℃，选取管子材质为12Cr1MoV ，其十万小时许用温度580℃，是比较保守的，相比之下，下辐射区Ⅱ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）

q n n J t t 2

αβ+=

公式1.1.2 管子正面外壁温度t w

122

+++=ββ

λδαβq

J q n n J t t 公式1.1.3 用作强度计算的平均管壁温度t b

2

t t t n w w +=

上述列式中：t-壁温计算点内介质温度℃

q-计算点正面外壁辐射热负荷Kcal/m 2h J n -管子正面内壁热量均流系数

J -管子正面沿厚度方向上的平均热量均流系数 β-管子的外径与内径的比值

α2-壁温计算点管子内壁与介质的放热系数Kcal/m 2

h ℃ δ-管壁厚度m

λ-管子的金属导热系数Kcal/mh ℃

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/m 2h 作最高壁温计算，计算结果见表二：

名称 单位 100% 70% 60% 30% 100% 负荷 t/h 1650 1150 988 485 1650 平均辐射热负荷 103Kcal/m 2h 120.7 97.97 86.13 41.85 计算壁温用热负荷 103Kcal/m 2h

230.2 186.9 164.3 79.82 350 工质出口温度 ℃ 398 390 386 381 398 工质重量流速 kg/m 2s 1584.5 1104.6 949 475.4 1589.5 工质对管壁放热系数

Kcal/m 2℃h

16500

12450

11100

6450

16500