600MW 亞臨界對沖鍋爐再熱器壁溫超限原因分析

董寒迪

（內(nèi)蒙古托克托發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

引言

托克托發(fā)電公司5 號爐鍋爐為600MW 亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、尾部雙煙道、緊身封閉、全鋼構(gòu)架的P 型汽包爐，再熱汽溫采用煙氣擋板調(diào)節(jié)。自低氮節(jié)能改造以來，出現(xiàn)了再熱段煙溫偏差大，壁溫超溫報警現(xiàn)象，主要超溫點分布在末級再熱器前中部區(qū)域，部分壁溫測點時長出現(xiàn)超過600℃（高限600℃）的現(xiàn)象，最高可達(dá)620℃，嚴(yán)重影響了鍋爐的運行安全，限制了鍋爐帶負(fù)荷的能力。長期過熱時，管壁溫度長期處于設(shè)計溫度以上而低于材料的下臨界溫度，超溫幅度不大但時間較長，鍋爐管子發(fā)生碳化物球化、管壁氧化減薄、持久強度下降、蠕變速度加快，使管徑均勻脹粗，最后在最薄弱部位導(dǎo)致脆裂的爆管現(xiàn)象（即發(fā)生高溫蠕變型、應(yīng)力氧化裂紋型、氧化減薄型。爆管破口的顯微特征為：出現(xiàn)珠光體球化、石墨化、炭化物析出并聚集長大等組織變化；有明顯的蠕變裂紋）。短期過熱時，當(dāng)管壁溫度超過材料的下臨界溫度時，材料的抗拉強度急劇下降，在內(nèi)壓力作用下，發(fā)生脹管和爆管現(xiàn)象。顯微特征為：有相變發(fā)生，如淬火或回火組織；有時有一定程度的珠光體球化現(xiàn)象。在采取了限制負(fù)荷變化率、增大再熱減溫水流量等措施后，效果并不明顯。

一、設(shè)備概況

（一）再熱器系統(tǒng)概況

托克托發(fā)電公司5 號爐鍋爐為600MW 亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、尾部雙煙道、緊身封閉、全鋼構(gòu)架的P 型汽包爐，鍋爐設(shè)計壓力19.1Mpa，最大連續(xù)蒸發(fā)量2070t/h，額定蒸發(fā)量1876t/h，額定蒸汽溫度541℃。設(shè)計主燃料為準(zhǔn)格爾煙煤，低位發(fā)熱量17981kj/kg。爐膛燃燒方式為正壓直吹前后墻對沖燃燒，前后墻下層各5 只低NOx 軸向旋流燃燒器，其他20 只燃燒器為中心給粉旋流煤粉燃燒器，前后墻各布置兩層燃盡風(fēng)，以減少NOx 的排放。再熱蒸汽汽溫采用設(shè)置在尾部分煙道底部的煙氣擋板調(diào)節(jié)裝置，來調(diào)節(jié)再熱器出口溫度。并在冷段再熱器入口導(dǎo)管上裝設(shè)了兩只事故噴水減溫器。再熱器系統(tǒng)按蒸汽流程依次分為低溫再熱器和高溫再熱器。

低溫再熱器位于后豎井的前煙道內(nèi)，分為水平段和垂直段。水平段順列逆流布置，共分成三個管組，每組間留有一定的檢修空間：水平段第一管組管子為φ63.5×5/6，SA-210C，橫向節(jié)距S1=115,縱向節(jié)距S2=87.3,5根繞，178 屏；水平段第二、三管組管子為φ63.5×5/6，15CrMoG，橫向節(jié)距S1=115,縱向節(jié)距S2=87.3,5 根繞，178 屏；在低溫再熱器進(jìn)入前轉(zhuǎn)向室時，每兩排管子合并成一排，形成出口垂直段，垂直出口管段管子為φ57×4.5，12Cr1MoVG，橫向節(jié)距S1=230,縱向節(jié)距S2=79,10 根繞，89屏。低溫再熱器水平段管組通過省煤器吊掛管懸吊在大板梁下，根據(jù)不同的煙溫，水平段管組的支撐件使用不同的材料：水平段第一管組采用的是ZG15Cr1Mo1V，水平段第二、三管組采用的是ZG1Cr18Ni9Ti。垂直出口段通過耳板懸吊在大板梁下。

蒸汽流經(jīng)低溫再熱器后，直接進(jìn)入高溫再熱器，經(jīng)高溫再熱器加熱后進(jìn)入45 個高再出口分配集箱（Φ273×20，SA-335P91），再由45 根高再出口連接管（Φ219×18，SA-335P91）進(jìn)入高再出口母管（Φ863.6×56，SA-335P91），最后由左、右側(cè)的兩根高再出口導(dǎo)管（Φ775×33，12Cr1MoVG）經(jīng)左、右兩個高再出口安全閥管段（Φ775×40，12Cr1MoVG）分左、右側(cè)兩路引出。高溫再熱器布置在水平煙道內(nèi)，共89 片，順列順流布置，橫向節(jié)距S1=230,縱向節(jié)距S2=79,10 根繞。高溫再熱器管進(jìn)口段為φ57×4.5/5.5，12Cr1MoVG；出口段后7 排為φ57×4.5，SA-213T91，前3 排為φ57×4.5，SA-213TP304H。

（二）再熱汽溫調(diào)整方式

再熱汽溫調(diào)節(jié)主要采用擋板調(diào)溫方式，通過操縱尾部煙道內(nèi)的過熱器側(cè)和再熱器側(cè)煙氣調(diào)節(jié)擋板（8 個），利用煙氣流量和再熱蒸汽出口溫度的比例關(guān)系來調(diào)節(jié)擋板開度，從而控制流經(jīng)再熱器側(cè)和過熱器側(cè)的煙氣量，達(dá)到調(diào)節(jié)再熱汽溫的目的。流經(jīng)再熱器側(cè)的煙氣量份額隨鍋爐負(fù)荷的降低而增加，在一定的負(fù)荷范圍內(nèi)維持再熱汽溫為額定值。在再熱蒸汽的進(jìn)口管道上，還設(shè)置了兩只再熱器事故噴水減溫器用于控制緊急狀態(tài)下的再熱汽溫，再熱器事故噴水減溫器也采用多孔噴管式；另外，在低負(fù)荷時還可以適當(dāng)增大爐膛進(jìn)風(fēng)量，作為再熱蒸汽汽溫調(diào)節(jié)的輔助手段。

二、再熱器壁溫超限原因分析

（一）原因分析

煙氣側(cè)問題：煙道阻力變化引起的煙氣流量偏差，一次風(fēng)粉不平衡、配風(fēng)不合理引起的煙溫偏差。

爐管側(cè)問題：換熱面結(jié)焦或氧化皮脫落等原因造成的管道堵塞。

系統(tǒng)本身問題：減溫水系統(tǒng)運行故障、原系統(tǒng)布置不能適應(yīng)改造后的熱負(fù)荷分布;同屏各管存在吸熱偏差

為了確定壁溫連續(xù)超溫原因，對鍋爐現(xiàn)狀進(jìn)行分析，由于鍋爐是在經(jīng)過燃燒器技改后出現(xiàn)了壁溫超溫現(xiàn)象，所以排除氧化皮脫落、系統(tǒng)布置不合理等造成水側(cè)換熱能力下降的因素。為了排查煙氣側(cè)原因，對各層燃燒器介質(zhì)出口流量及含氧量進(jìn)行了測量，并對不同煤質(zhì)下的超溫情況進(jìn)行了分析比對。從測量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)煤粉在爐膛內(nèi)的燃燒是不均勻的，火焰中心偏上，爐膛出口氧量分布 A、B 側(cè)偏差達(dá)到 4%。運行中不能根據(jù)燃燒的需要及時調(diào)整各層燃燒器配風(fēng)，使燃燒器工況惡化，火焰中心上移；煤粉燃燒行程加長，使?fàn)t膛出口煙溫升高，加大超溫的幅度；同層燃燒器各角一次風(fēng)口風(fēng)速不均勻，同層給粉機轉(zhuǎn)速不均勻等造成燃燒偏斜，使?fàn)t膛出口煙道溫度場和速度場分布不均，加大局部超溫的可能而火焰中心偏上，無疑將加劇煙溫偏差，造成換熱面壁溫升高。加之煤質(zhì)的不同，發(fā)熱量也會有所變化，發(fā)熱量高的煤種更容易造成超溫。利用鍋爐停爐的機會，我們對高再受熱面也進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)受熱面積灰結(jié)焦嚴(yán)重，部分受熱面已經(jīng)出現(xiàn)了彎曲變形。

（二）調(diào)整方案與結(jié)果分析

為了從根源上消除壁溫超限的隱患，避免壁溫超溫現(xiàn)象發(fā)生，我們對一次風(fēng)粉、燃燒器配風(fēng)、燃盡風(fēng)、煤粉細(xì)度以及爐膛吹灰規(guī)定等都進(jìn)行了調(diào)整。

1.制粉系統(tǒng)出力調(diào)平

燃燒器粉管出力的均勻性是燃燒穩(wěn)定的前提，在對沖燃燒爐中當(dāng)對沖射流動量不同時，會造氣流偏向動量小的一側(cè)，使?fàn)t內(nèi)充滿度變差，使?fàn)t內(nèi)熱負(fù)荷沿爐膛寬度方向分布的均勻性變差，這就可能影響換熱面屏間吸熱不均勻造成氣溫偏差。根據(jù)之前的測量結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)中間層B 層燃燒器的出口風(fēng)速明顯高于其它燃燒器。因此，我們在熱態(tài)條件下對其一次風(fēng)進(jìn)行調(diào)平，使得風(fēng)粉風(fēng)速控制在24m/s 左右，同層風(fēng)速偏差控制在4%以內(nèi)。與此同時，我們也稍稍調(diào)大了煤粉細(xì)度，并對對煤種進(jìn)行混配，發(fā)熱量控制在3200-3400Kcal/kg。

2.爐膛配風(fēng)調(diào)整

由于每個燃燒器的風(fēng)量大小是由燃燒器的風(fēng)門擋板開度決定的，因此可以通過改變?nèi)紵鞯娘L(fēng)門擋板開度對單個的燃燒器風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整。同層燃燒器設(shè)置不同的旋流外二次風(fēng)開度主要是為了克服由于風(fēng)箱結(jié)構(gòu)所造成的燃燒器風(fēng)量分配不均勻的問題。低氮燃燒器的配風(fēng)采用典型的MB 形式，即分為：一次風(fēng)、二次風(fēng)和三次風(fēng)。分別通過一次風(fēng)管，燃燒器內(nèi)同心的二次風(fēng)、三次風(fēng)環(huán)形通道在燃燒的不同階段分別送入爐膛。其中二次風(fēng)為軸向可調(diào)式，旋流強度可調(diào)；三次風(fēng)旋流強度不可調(diào)。通過實驗總結(jié)如下：正常運行時，開大中下層二次風(fēng)門開度至90%以上，關(guān)小上層二次風(fēng)門開度不超過70%，關(guān)小燃盡風(fēng)門開度在20%以內(nèi)。當(dāng)氧量出現(xiàn)偏差時，開大氧量低側(cè)燃盡風(fēng)門開度至60%，關(guān)小氧量高側(cè)燃盡風(fēng)門至20%。

3.爐膛吹灰及升降負(fù)荷規(guī)定

為了避免受熱面積灰結(jié)焦，在選擇煤種上要注意的同時，加強受熱面的吹灰也是必不可少的。我們將原本每天一次的全爐膛吹灰改為一次全面吹灰+一次高過高再吹灰，控制好吹灰壓力，要防止吹灰次數(shù)增加造成受熱面泄漏的隱患。

結(jié)論

經(jīng)過我們的調(diào)整，再熱器超溫的現(xiàn)象得到了明顯的改善。目前，由于國家越來越高的節(jié)能環(huán)保要求，很多投運機組都會面臨改造及配煤摻燒問題，在此過程中將頻繁出現(xiàn)由配風(fēng)原因引起的壁溫超溫問題以及煤質(zhì)問題導(dǎo)致的受熱面嚴(yán)重積灰結(jié)焦的問題，而燃燒器出口氧量分布是否均衡可以有效地反應(yīng)爐內(nèi)配風(fēng)是否合理，從燃燒器二次風(fēng)調(diào)整入手，可以有效降低換熱面溫度，防止超溫現(xiàn)象發(fā)生。