消除大容量電廠鍋爐過熱器及再熱器局部超溫的措施

范衛(wèi)東

摘 要：在大容量電廠的運(yùn)行過程中，鍋爐過熱器和再熱器的局部超溫是最常見的問題，其影響因素有很多。通過改變蒸汽流量的分配來補(bǔ)償燃燒側(cè)吸熱不均的方法，能夠?qū)^熱器和再熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，且優(yōu)點(diǎn)是操作方便、可靠性高。文章詳細(xì)分析了鍋爐過熱器和再熱器超溫的原因，提出改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：大容量電廠；過熱器；再熱器；超溫

在以往，解決鍋爐過熱器和再熱器局部溫度過高的措施是改善燃燒系統(tǒng)，在管子上涂抹絕熱材料。但是經(jīng)過檢驗(yàn)，對燃燒系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)的把握性不大，絕熱材料的涂抹也會在一段時間后脫落。因此，通過改變蒸汽流量的分配來補(bǔ)償燃燒側(cè)吸熱不均的方法來優(yōu)化過熱器和再熱器，具有良好的效果。

1 導(dǎo)致過熱器和再熱器局部超溫的原因

鍋爐在運(yùn)行過程中，過熱器和再熱器產(chǎn)生局部超溫的原因有以下幾個方面：第一，沿?zé)煹赖膶挾雀髌廖鼰岵痪鶆?，這種不均勻在切向燃燒方式上最大。隨著鍋爐容量的增大，呈現(xiàn)出增大的趨勢。第二，各屏間的蒸汽流量不均勻，對于引進(jìn)的鍋爐結(jié)構(gòu)，其進(jìn)口集中箱渦流區(qū)的靜壓降低，從而導(dǎo)致各屏間的蒸汽流量不均勻。第三，同一屏不同管間的溫度偏差，導(dǎo)致各管的受熱長度不同，蒸汽流量、輻射量、對流吸熱不均勻。

以上幾種因素，一旦集中出現(xiàn)在一個區(qū)域時，該區(qū)域的溫度偏差就會加大。舉例而言，在日本進(jìn)口的三菱350MW鍋爐屏式再熱器，個別屏區(qū)出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，其原因有兩點(diǎn)：一是煙氣側(cè)吸熱高峰，二是渦流區(qū)相互重疊。

2 蒸汽側(cè)和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案

關(guān)于過熱器和再熱器局部超溫的消除措施，主要是對蒸汽側(cè)和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，包括以下三種措施：第一，在鍋爐的寬度上，或者同一片管屏中吸熱較小的管子上，加裝節(jié)流圈來減小蒸汽的流量，從而使吸熱較大的管子蒸汽流量加大。第二，同一片管屏的外圈管，使其下部短路，數(shù)量不限，通過縮短受熱長度來增加蒸汽的流量。第三，對管屏在進(jìn)出口集箱的內(nèi)徑進(jìn)行調(diào)整，對集箱上三通的位置進(jìn)行調(diào)整，從而減小渦流區(qū)降低蒸汽壓力的影響，并且保證其盡量不與最大的吸熱區(qū)重疊。

以上三種措施，前兩種主要適用于已經(jīng)投入運(yùn)行的鍋爐，第三種則是用在鍋爐的設(shè)計(jì)上。其中，對于切向燃燒鍋爐而言，通過節(jié)流圈改變蒸汽流量的分配，從而平衡煙氣側(cè)的吸熱不均效果最佳。這主要得益于兩點(diǎn)優(yōu)勢：一是切向燃燒的吸熱尖峰位置在鍋爐的寬度上是固定的，二是可以在鍋爐外側(cè)進(jìn)行節(jié)流圈的焊接，工程量小。值得注意的是，節(jié)流圈的管屏和吸熱尖峰之間要保持一定的距離，以保證在運(yùn)行過程中，吸熱尖峰即使存在一定距離的移動，也不會和節(jié)流管屏碰到。

另外，該方法對節(jié)流圈增加的壓力很小。舉例而言，600MW的鍋爐在進(jìn)行再熱器的改造時，節(jié)流圈的蒸汽壓力只增加了0.01MPa，但改進(jìn)效果顯著：減少了事故噴水量，提高了蒸汽溫度，同時也提高了經(jīng)濟(jì)收益。

3 新型計(jì)算方法的特點(diǎn)

節(jié)流圈或外圈短路方案的實(shí)行，前提是需要有準(zhǔn)確的計(jì)算方法作為基礎(chǔ)依據(jù)。大容量電廠的鍋爐，其過熱器和再熱器的受熱條件很復(fù)雜，有對流換熱，也有屏前、屏間、屏后煙室的輻射換熱。這些熱量在管子的分配上，具有很大的不均勻性。國外一些公司在過熱器、再熱器的設(shè)計(jì)上，應(yīng)用在管屏的管子使用了不同的材料，采用不同的管徑進(jìn)行串接，甚至改變了管子的內(nèi)外位置，但結(jié)果顯示各個管子之間的溫差仍然很大。

經(jīng)過研究和實(shí)踐，開發(fā)出了一套方法，能夠?qū)^熱器、再熱器同屏各個管子之間的溫差和爐內(nèi)壁溫進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。該方法綜合考慮了所有的不均勻性，包括屏前、屏間、屏后、屏下的煙氣輻射熱量，蒸汽的流量，管子的受熱長度，對流換熱等。

舉例而言，屏式過熱器對煙氣輻射量的吸收占據(jù)吸熱總量的20%-40%，這些熱量在管子的分配中是不均勻的，首排管子的吸熱量最大，后排管子的吸熱量則越來越小。屏間和屏后在輻射熱量和對流熱量上，也有各自的不均勻性特點(diǎn)。根據(jù)這些特點(diǎn)的規(guī)律，可以進(jìn)行輻射、對流傳熱原理的計(jì)算。

過熱器、再熱器的管子從出口到入口，由許多管段組成。這些管段位于管子的首排、末排、中間，或者和屏的平面緊貼，懸空在屏間，又或者位于兩邊節(jié)距不等的具有不同傳熱特點(diǎn)的位置。所以，要對每個管段分別進(jìn)行計(jì)算，從而分配輻射和對流熱量。

4 鍋爐改造和優(yōu)化案例

4.1 鍋爐再熱器的設(shè)計(jì)改造

上海鍋爐廠600MW鍋爐在設(shè)計(jì)上對再熱器進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，取得成功，消除了超溫隱患。這個鍋爐的再熱器分為高溫和屏式，主要運(yùn)用計(jì)算方法來調(diào)整進(jìn)出口集箱的內(nèi)徑，調(diào)整三通在集箱上的位置。然后，采用再熱器外圈短路的方法，來減小屏間和同屏管間的熱偏差。后來的使用實(shí)踐證明，該方法具有有效性。除此之外，對第二批鍋爐進(jìn)行設(shè)計(jì)上的改進(jìn)，目標(biāo)是在消除超溫隱患的同時，減小蒸汽的側(cè)阻力。從而使再熱器的阻力小于0.2MPa，達(dá)到相關(guān)部門的要求。

4.2 鍋爐再熱器超溫故障的解決

北侖電廠2008t/h鍋爐進(jìn)口于美國，屬于亞臨界壓力切向燃燒控制循環(huán)鍋爐。從運(yùn)行開始，再熱器的個別屏間經(jīng)常出現(xiàn)超過580℃的報(bào)警值。經(jīng)過簡單的改進(jìn)和維修，但結(jié)果這些管子仍然出現(xiàn)報(bào)警值，而且本來沒有超溫的管子氣溫反而上升了。后來經(jīng)過仔細(xì)的分析和研究，提出改造方案，即在吸熱性小的管子上加裝不同孔徑的節(jié)流圈，從而增大蒸汽流量，降低溫度。改裝后的鍋爐在運(yùn)行過程中經(jīng)得住考驗(yàn)，相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明，溫度下降值為平均31℃，最高溫度屏的出口氣溫下降在50℃。節(jié)流圈的降溫效果為平均16℃，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的改進(jìn)目標(biāo)。

5 結(jié)束語

從蒸汽側(cè)和結(jié)構(gòu)上入手，解決過熱器和再熱器的超溫問題，具有實(shí)在的效用。但關(guān)鍵問題在于，要有一套能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)算的方法，該計(jì)算方法能夠滿足鍋爐改造和優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求。如此，才能確保電廠鍋爐的正常運(yùn)行。

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