亞臨界鍋爐水冷壁超溫原因及對(duì)策

盛　民，楊德良，呂　震

（1華能濟(jì)南黃臺(tái)發(fā)電有限公司，山東　濟(jì)南250103；2濟(jì)南金萃冶金技術(shù)有限公司，山東　濟(jì)南250109）

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亞臨界鍋爐水冷壁超溫原因及對(duì)策

盛民1，楊德良2，呂震2

（1華能濟(jì)南黃臺(tái)發(fā)電有限公司，山東濟(jì)南250103；2濟(jì)南金萃冶金技術(shù)有限公司，山東濟(jì)南250109）

摘要：亞臨界鍋爐水冷壁在運(yùn)行過(guò)程中由于水冷壁結(jié)焦、煤水比例失調(diào)、溫度場(chǎng)分布不均勻等原因造成超溫，對(duì)超溫區(qū)域的水冷壁管外表面火焰超音速噴涂陶瓷熱障涂層，降低水冷壁管的表面吸熱，從而解決了水冷壁管超溫問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：亞臨界鍋爐；陶瓷熱障涂層；水冷壁管；溫度

1　前　言

燃煤發(fā)電是通過(guò)產(chǎn)生高溫高壓的水蒸氣來(lái)推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電的，蒸汽的溫度和壓力越高，發(fā)電的效率就越高，我國(guó)已廣泛應(yīng)用高效清潔的亞臨界甚至是超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)，該技術(shù)的推廣應(yīng)用不僅提高了發(fā)電效率,而且對(duì)于節(jié)約資源消耗、保護(hù)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義［1］。但是由于鍋爐運(yùn)行參數(shù)的提高，造成部分水冷壁管局部超溫，影響了機(jī)組的安全運(yùn)行，制約了生產(chǎn)。

華能濟(jì)南黃臺(tái)發(fā)電有限公司9#鍋爐兩側(cè)墻垂直段水冷壁頻繁超溫，最高溫度達(dá)465℃。下聯(lián)箱出口溫度一般為400℃左右。目前設(shè)定的水冷壁上限溫度為445℃，超溫管子范圍為：左側(cè)墻第150～234根，右側(cè)墻第608～680根，共計(jì)158根管子，而且以墻體中央的管子溫度最高。目前解決水冷壁超溫的方法主要是調(diào)整運(yùn)行參數(shù)保證安全生產(chǎn)，但極大地限制了發(fā)電效率，因此急需一種新的解決方案來(lái)徹底解決超溫問(wèn)題。通過(guò)對(duì)9#鍋爐運(yùn)行狀況的跟蹤分析，認(rèn)為造成鍋爐水冷壁管局部超溫的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，通過(guò)運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整無(wú)法徹底改善，對(duì)超溫區(qū)域的水冷壁管外表面噴涂陶瓷熱障涂層，降低水冷壁管的表面吸熱，從而解決水冷壁管超溫問(wèn)題［2］。

2　水冷壁超溫原因

9#鍋爐為亞臨界壓力一次中間再熱循環(huán)氣包爐，型號(hào)為HG-1025/18.5-PM1，超溫原因主要為［3］：1）兩側(cè)墻中間火焰溫度高，鋼管吸入熱量大，水溫局部升高；2）部分部位水冷壁結(jié)焦，影響了換熱，造成溫度場(chǎng)分布不平衡；3）管道內(nèi)循環(huán)水結(jié)垢，影響了水的正常循環(huán)，造成局部超溫；4）所用燃煤偏離設(shè)計(jì)煤種，風(fēng)粉配比出現(xiàn)偏差，爐膛內(nèi)火焰充滿度不好；5）加、減負(fù)荷速率過(guò)快；6）低層磨煤機(jī)啟動(dòng)時(shí)加煤量過(guò)快；7）煤水比失調(diào)，過(guò)熱度偏高；8）過(guò)熱器減溫水量過(guò)大。

3　防止超溫措施

通過(guò)上述分析得出，爐膛火焰溫度分布不均勻和水冷壁管換熱環(huán)境惡化引起水熱交換不充分是造成鍋爐水冷壁超溫的主要原因。為解決此問(wèn)題，必須采取兩方面措施。優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)和局部降低水冷壁管與爐膛的換熱效率，局部降低水冷壁管與爐膛的換熱效率，即在管壁表面噴涂陶瓷熱障涂層。為保證水冷壁管不超溫又能充分保障管壁內(nèi)介質(zhì)的熱交換效率，需對(duì)水冷壁管超溫的分布規(guī)律及噴涂陶瓷熱障涂層的部位及面積進(jìn)行計(jì)算分析［4］。

3.1優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)

為了減緩水冷壁的超溫程度，最大限度延長(zhǎng)機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間，從運(yùn)行角度主要采取如下措施。

1）維持相對(duì)穩(wěn)定的一次風(fēng)壓，可以減少因進(jìn)入爐膛煤粉的波動(dòng)而引起的溫度場(chǎng)變化的影響［5］。

2）減少過(guò)熱減溫水的使用。適當(dāng)降低機(jī)組的主蒸汽溫度，開大兩側(cè)煙氣擋板來(lái)減少過(guò)熱減溫水的使用，保證在同樣的機(jī)組負(fù)荷下（同樣的給水量）流經(jīng)水冷壁的給水較多（過(guò)熱器減溫水量計(jì)入給水總量，再熱器減溫水不計(jì)入給水總量），緩解水冷壁的超溫狀況。

3）維持較低的過(guò)熱度，可以適當(dāng)減少水冷壁的吸熱，降低水冷壁區(qū)域的熱負(fù)荷。

4）降低升、降負(fù)荷的速率。為了提高機(jī)組負(fù)荷的快速響應(yīng)能力，升降負(fù)荷時(shí)燃料的前饋量比例大于水的增減比例，而且燃料的滯后效應(yīng)（從燃料進(jìn)入給煤機(jī)到在爐膛著火約需3 min時(shí)間）明顯，造成機(jī)組加減負(fù)荷時(shí)水煤比短暫失調(diào)，水冷壁溫度出現(xiàn)不同程度的超溫。適當(dāng)降低機(jī)組的升降負(fù)荷速率，可以使各種工質(zhì)比較平穩(wěn)的發(fā)生變化，確保加減負(fù)荷對(duì)爐內(nèi)平衡的擾動(dòng)降到最低。

5）適當(dāng)調(diào)整磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)分離器的轉(zhuǎn)速。減緩大量煤粉瞬時(shí)進(jìn)入爐膛造成水煤比短暫失調(diào)的幅度，減緩因啟動(dòng)制粉系統(tǒng)對(duì)爐膛燃燒的動(dòng)態(tài)平衡所產(chǎn)生較大的擾動(dòng)。在給煤量不變的情況下，逐步地適當(dāng)減低磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)分離器的轉(zhuǎn)速以增大煤粉的顆粒度，推遲煤粉的著火時(shí)間，從而使火焰中心遠(yuǎn)離水冷壁，避免或減輕貼壁燃燒的情況發(fā)生，減緩水冷壁超溫的幾率和幅度。

6）合理調(diào)整燃燒器擺角，使火焰中心盡量偏離超溫的水冷壁區(qū)域。

3.2噴涂隔熱陶瓷涂層

設(shè)定合理的運(yùn)行參數(shù)雖能緩解水冷壁超溫問(wèn)題，但不能從根本上解決，降低超溫區(qū)域水冷壁管的吸熱能力是防止水冷壁管超溫行之有效的方法，對(duì)水冷壁管進(jìn)行局部噴涂陶瓷熱障涂層處理能夠滿足要求，同時(shí)又能防止鹽腐蝕和結(jié)焦。噴涂陶瓷熱障涂層采用火焰超音速噴涂工藝，此工藝適宜現(xiàn)場(chǎng)施工，涂層結(jié)合強(qiáng)度＞40 MPa，涂層材料選用復(fù)合氧化鋯陶瓷粉末,其導(dǎo)熱系數(shù)為0.03 W/（℃·m）。噴涂陶瓷熱障涂層的位置和數(shù)量對(duì)解決超溫問(wèn)題尤其重要，因此需對(duì)超溫區(qū)域超溫管壁的數(shù)量及分布規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過(guò)計(jì)算得出噴涂陶瓷熱障涂層的管壁數(shù)量及長(zhǎng)度。

當(dāng)鍋爐運(yùn)行時(shí)，爐內(nèi)的溫度變化相對(duì)較快，但是傳熱的過(guò)程非常復(fù)雜，水冷壁的溫度變化規(guī)律難以掌握，因此需針對(duì)傳熱過(guò)程建立合理的數(shù)學(xué)模型。鍋爐內(nèi)的燃燒與傳熱全部都是獨(dú)立完成的，在某個(gè)特定高度范圍內(nèi)熱量的分布沿管壁方向是均勻分布的。為便于計(jì)算，設(shè)定影響鍋爐水冷壁換熱的因素為導(dǎo)熱系數(shù)和綜合系數(shù)，壁管內(nèi)的工質(zhì)流動(dòng)相對(duì)均勻。在計(jì)算劃分的區(qū)域中需暫時(shí)假定火焰的溫度場(chǎng)處于均勻狀態(tài)，火焰的溫度按平均溫度考慮。在這一數(shù)學(xué)模型假定中，將水冷壁的換熱因素界定在導(dǎo)熱系數(shù)和綜合系數(shù)中，在相同的條件下只要有效改善水冷壁管的導(dǎo)熱系數(shù)，則能夠改善超溫問(wèn)題［6］。

基于數(shù)學(xué)模型，針對(duì)9#鍋爐的超溫現(xiàn)狀，通過(guò)計(jì)算得出需要進(jìn)行噴涂陶瓷熱障涂層處理的水冷壁管長(zhǎng)度為9.5 m，部位為超溫管壁最上端以下9.5 m。由于水冷壁管超溫以墻體中央部位最為嚴(yán)重向兩側(cè)依次減輕，因此噴涂水冷壁管長(zhǎng)度從外到中央在6～10 m間。經(jīng)過(guò)噴涂處理后超溫問(wèn)題得到明顯改善，發(fā)電效率明顯提高。

4　結(jié)　語(yǔ)

水冷壁超溫是多方面因素造成的，火焰超音速噴涂絕熱陶瓷涂層是行之有效的方法。經(jīng)過(guò)綜合分析和換熱計(jì)算，再考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響，側(cè)墻中間管子噴涂長(zhǎng)度10 m，外側(cè)噴涂長(zhǎng)度6 m，總噴涂面積100 m2，解決了水冷壁超溫的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

［1］沈玉華.石洞口二廠1號(hào)爐水冷壁超溫情況的分析和建議［C］.全國(guó)火電機(jī)組（600 MW級(jí)）第十屆年會(huì)論文集，2006：129-131.

［2］曲敬信，汪泓宏.表面工程手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

［3］張海潮，李朝兵，鄭榮滿.350 MW超臨界鍋爐水冷壁超溫解決措施［J］.能源與節(jié)能，2014（4）：154-155.

［4］李金桂，周師岳，胡業(yè)鋒.現(xiàn)代表面工程技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

［5］徐春國(guó)，張德國(guó)，邵海波.華能玉環(huán)電廠1 000 MW超臨界鍋爐水冷壁超溫分析與應(yīng)對(duì)方案［J］.能源與環(huán)境，2013（3）：62-64.

［6］王曄，崔文杰.1 000 MW超臨界鍋爐水冷壁壁溫計(jì)算研究［J］.科學(xué)家，2015（10）：52.

中圖分類號(hào)：TK223.3+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-4620（2016）02-0079-02

收稿日期：2016-03-07

作者簡(jiǎn)介：盛民，男，1963年生，1984年畢業(yè)于山東廣播電視大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化專業(yè)?，F(xiàn)為華能濟(jì)南黃臺(tái)發(fā)電有限公司工程師，從事火力發(fā)電廠金屬材料監(jiān)督和檢驗(yàn)工作。