阜陽華潤(rùn)電力有限公司2×640 MW機(jī)組節(jié)能提效改造后頂棚過熱器泄漏分析

胡 濤

(淮南電力檢修有限責(zé)任公司，淮南 232007)

0 引 言

根據(jù)《國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì) 環(huán)境保護(hù)部 國(guó)家能源局關(guān)于印發(fā)煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃( 2014—2020年)的通知》，要求到 2020 年，現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組改造后平均供電煤耗低于305克/千瓦時(shí)，其中現(xiàn)役60萬千瓦及以上機(jī)組改造后平均供電煤耗低于300克/千瓦時(shí)。因此我司對(duì)現(xiàn)役2×640 MW超臨界機(jī)組進(jìn)行節(jié)能提效改造，力爭(zhēng)改造后供電煤耗達(dá)到同類型機(jī)組的先進(jìn)水平。

阜陽華潤(rùn)電力有限公司鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行本生直流鍋爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。由哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司引進(jìn)三井巴布科克能源公司(Mitsui Babcock Energy Limited)技術(shù)生產(chǎn)。32只低NO軸向旋流燃燒器(LNASB)采用前后墻布置、對(duì)沖燃燒,4臺(tái)上海重型機(jī)械廠生產(chǎn)的BBD4360雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)。

受限于基建時(shí)國(guó)內(nèi)超臨界鍋爐技術(shù)發(fā)展水平，鍋爐主蒸汽溫度偏低,為543 ℃，再熱蒸汽溫度為569 ℃,根據(jù)近兩年試驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)分析,機(jī)組在額定負(fù)荷下供電煤耗遠(yuǎn)高于300 gkWh。為了達(dá)到現(xiàn)役60萬千瓦及以上機(jī)組改造后平均供電煤耗低于300克/千瓦時(shí)的目標(biāo)，阜陽華潤(rùn)電力有限公司在2017年8月至2018年6月完成了兩臺(tái)機(jī)組鍋爐節(jié)能提效改造。

1 鍋爐原設(shè)計(jì)情況

1.1 原設(shè)計(jì)參數(shù)

名 稱單位BMCRBRL過熱蒸汽流量t/h19501862過熱器出口蒸汽壓力MPa(g)25.425.28過熱器出口蒸汽溫度℃543543再熱蒸汽流量t/h15901510再熱器進(jìn)口蒸汽壓力MPa(g)4.874.61再熱器出口蒸汽壓力MPa(g)4.684.43再熱器進(jìn)口蒸汽溫度℃304299再熱器出口蒸汽溫度℃569569給水溫度℃290.0286.4空氣預(yù)熱器進(jìn)口煙氣溫度℃369361排煙溫度(修正前)℃129121排煙溫度(修正后)℃125117空預(yù)器進(jìn)口一次風(fēng)溫度℃2626空預(yù)器進(jìn)口二次風(fēng)溫度℃2323空預(yù)器出口一次風(fēng)溫度℃314304空預(yù)器出口二次風(fēng)溫度℃331320總?cè)济毫縯/h258.7247.8未燃盡損失%1.101.10鍋爐計(jì)算效率%93.6193.98省煤器出口過量空氣系數(shù)1.191.19爐膛截面熱負(fù)荷MW/m24.2254.047爐膛容積熱負(fù)荷kW/m383.3777.94

1.2 主要系統(tǒng)簡(jiǎn)介

(1)鍋爐的汽水流程以內(nèi)置式啟動(dòng)分離器為界設(shè)計(jì)成雙流程，從冷灰斗進(jìn)口一直到標(biāo)高43.659 m的中間混合集箱之間為螺旋管圈水冷壁，再連接至爐膛上部的水冷壁垂直管屏和后水冷壁吊掛管，然后經(jīng)下降管引入折焰角、水平煙道底包墻和水平煙道側(cè)包墻，在引入汽水分離器。從汽水分離器出來的蒸汽引至頂棚和包墻系統(tǒng)，在進(jìn)入低溫過熱器中，然后再流經(jīng)屏式過熱器和末級(jí)過熱器。

(2)再熱器分為低溫再熱器和高溫再熱器兩段布置，中間無集箱連接，低溫再熱器布置于雙煙道的前部煙道，高溫再熱器布置于水平煙道中，逆、順流混合與煙氣換熱。

(3)水冷壁為全膜式焊接水冷壁，下部水冷壁及灰斗采用螺旋管屏，上部水冷壁為垂直管屏，螺旋管屏和垂直管屏的過渡點(diǎn)在標(biāo)高43.859米處，轉(zhuǎn)換比為1∶3。

(4)鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)為帶再循環(huán)泵式啟動(dòng)系統(tǒng)，內(nèi)置式啟動(dòng)分離器布置在鍋爐的前上方，其進(jìn)口與水平煙道側(cè)墻和水平煙道對(duì)流管束的出口連接，出口與貯水箱連接。在直流負(fù)荷(35%BMCR)以下，汽水混合物在啟動(dòng)分離器中分離，蒸汽進(jìn)入到頂棚包墻和過熱器中，水經(jīng)分離器進(jìn)入貯水箱中。當(dāng)貯水箱的水位在正常范圍內(nèi)，水經(jīng)再循環(huán)泵排入到省煤器的入口的主給水管道中，進(jìn)行再循環(huán)；當(dāng)水位高于正常水位時(shí)，通過打開溢流的大小溢流閥將水排至疏水?dāng)U容器中。

(5)過熱器采用兩級(jí)噴水減溫，一級(jí)減溫器布置在低溫過熱器和屏式過熱器之間二級(jí)減溫器布置在屏式過熱器和末級(jí)過熱器之間，每級(jí)兩點(diǎn)。再熱蒸汽采用尾部煙氣擋板調(diào)溫，并在再熱器入口管道備有事故減溫器。

(6)省煤器：尾部豎井前后煙道各布置一組省煤器,采用H型鰭片順列布。

(7)空氣預(yù)熱器：在鍋爐尾部布置兩臺(tái)三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空預(yù)器。

(8)每臺(tái)磨煤機(jī)供布置于前后墻同一層的8臺(tái)LNASB燃燒器，前后墻各4層。在煤粉燃燒器的上方前后墻各布置1層燃燼風(fēng)，前后墻各7只風(fēng)口。

1.3 原鍋爐整體布置圖

2 阜陽華潤(rùn)電力有限公司鍋爐節(jié)能提效改造方案

2.1 鍋爐改造燃用煤質(zhì)及原設(shè)計(jì)煤質(zhì)資料

項(xiàng) 目單位改造用設(shè)計(jì)煤種改造用校核煤種原設(shè)計(jì)煤種工業(yè)分析收到基全水份Mt%6.88.47.39收到基灰份 Aar%34.4138.628.95干燥無灰基揮發(fā)份Vdaf%32.1126.6235.90空氣干燥基水份Mad%1.451.22.14收到基低位發(fā)熱值Qnet.arkJ/kg188801680020620元素分析收到基碳Car%50.0745.7353.20收到基氫Har%3.162.623.22收到基氧Oar%3.933.635.51收到基氮Nar%0.810.740.87收到基全硫St.ar%0.820.280.86可磨性系數(shù)HGI—8111968灰變形溫度 DT(T1)℃>1500>14201320灰軟化溫度 ST(T2)℃>1500>14301380灰熔化溫度 FT(T3)℃>1500>14501400灰分析SiO2%60.1158.3462.10Al2O3%29.6926.3825.29Fe2O3%4.134.936.12CaO%1.465.041.42MgO%0.570.850.09Na2O0.430.360.53K2O%1.221.910.77TiO2%0.980.882.59SO3%0.80.47MnO2%0.0060.017

2.2 鍋爐改造前后主要參數(shù)對(duì)比

名 稱單位改造后原設(shè)計(jì)BMCRTMCRBMCRBRL過熱蒸汽流量t/h1885.001827.6119501861過熱器出口蒸汽壓力MPa.g25.4025.3225.4025.28過熱器出口蒸汽溫度℃571571543543再熱蒸汽流量t/h1549.411505.9915901510再熱器進(jìn)口蒸汽壓力MPa.g4.5864.4574.874.61再熱器出口蒸汽壓力MPa.g4.3864.2624.684.43再熱器進(jìn)口蒸汽溫度℃318316304.5299.0再熱器出口蒸汽溫度℃569569569569給水溫度℃285283290.0286.4空氣預(yù)熱器進(jìn)口煙氣溫度℃354351369361排煙溫度(修正前)℃133132129121排煙溫度(修正后)℃128127125117空預(yù)器進(jìn)口一次風(fēng)溫度℃30302626空預(yù)器進(jìn)口二次風(fēng)溫度℃23232323空預(yù)器出口一次風(fēng)溫度℃304303314304空預(yù)器出口二次風(fēng)溫度℃319317331320總?cè)济毫縯/h282.12274.60258.7247.8未燃盡碳損失%1.201.201.101.10鍋爐計(jì)算效率(按低位發(fā)熱值)%93.1393.1793.6193.98省煤器出口過量空氣系數(shù)/1.151.151.191.19爐膛截面熱負(fù)荷MW/m24.2154.1024.2254.047爐膛容積熱負(fù)荷kW/m381.1779.0081.3777.94

2.3 鍋爐結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)(維持原設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不變)

序號(hào)項(xiàng) 目單位數(shù)值1爐膛寬度m22.187 32爐膛深度m15.632 33燃盡高度m17.9644屏高度m16.05燃燒器組高度(上下一次風(fēng)間距)m11.5296最下層一次風(fēng)到拐點(diǎn)距離m3.0077水冷壁下集箱標(biāo)高m5.28拐點(diǎn)標(biāo)高m15.3449頂棚管標(biāo)高m63.844

2.4 改造的基本原則

本次鍋爐升級(jí)提效改造中,主蒸汽壓力維持25.4 MPa不變,主蒸汽溫度由543 ℃提高到571 ℃,再熱器蒸汽參數(shù)基本不變。原鍋爐柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)及爐膛尺寸不變,尾部煙道的中間隔墻位置不變, 由于改造前后分離器溫度變化不大,水冷壁系統(tǒng)、頂棚包墻系統(tǒng)仍滿足改造后參數(shù)的運(yùn)行要求,采取利舊方案,本次改造的主要內(nèi)容如下:

(1)調(diào)整過熱器系統(tǒng)受熱面面積,并進(jìn)行材料更換或升擋

(2)根據(jù)改造汽水參數(shù)及改造前運(yùn)行情況,對(duì)再熱器和省煤器等受熱面面積進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

(3)更換相應(yīng)集箱管道及閥門。

2.5 過熱器系統(tǒng)改造

原低溫過熱器利舊在上面增加一組管屏,屏式過熱器、末級(jí)過熱器全新設(shè)計(jì),并根據(jù)改造后的壁溫情況進(jìn)行材質(zhì)升檔,其中屏式過熱器面積略有增加,末級(jí)過熱器面積基本不變。

屏式過熱器進(jìn)行整體更換，受熱面片數(shù)、根數(shù)、規(guī)格、節(jié)距維持原鍋爐設(shè)計(jì)不變，受熱面面積不變，受熱面布置改為平底結(jié)構(gòu)，將原來的的纏繞管固定結(jié)構(gòu)改為活動(dòng)夾塊固定方式。改造后管屏入口段材料仍使用SA-213T91，底部和出口段材料SA-213TP347HFG(內(nèi)壁進(jìn)行噴丸處理)，入口段異種鋼焊口位置距頂棚管中心線約13 000 mm，出口段異種鋼焊口留在頂棚上部，距頂棚管中心線約540 mm。制造廠提供穿墻套管(制造廠廠內(nèi)安裝)、密封件，爐內(nèi)受熱面管入口段SA-213T91設(shè)計(jì)最小壁厚7 mm，底部和出口段SA-213TP347HFG設(shè)計(jì)最小壁厚7.5 mm。管屏內(nèi)纏繞管固定結(jié)構(gòu)改為活動(dòng)夾塊固定方式，定位管的固定采用310材質(zhì)的十字管夾結(jié)構(gòu)。

末級(jí)過熱器進(jìn)行整體更換，末級(jí)過熱器片數(shù)、根數(shù)、規(guī)格、節(jié)距維持改造前方案不變, 受熱面換熱面積總體不變，按照提效參數(shù)重新進(jìn)行材質(zhì)升級(jí)。入口段材料SA-213T91，底部和出口段材料SA-213TP347H。入口段異種鋼焊口位置距頂棚管中心線約11 200 mm，出口段異種鋼焊口留在頂棚上部，距頂棚管中心線約540 mm。制造廠提供穿墻套管(制造廠廠內(nèi)安裝)、密封件，爐內(nèi)受熱面管入口段SA-213T91、底部和出口段SA-213TP347H設(shè)計(jì)最小壁厚8.5 mm。受熱面布置改為平底結(jié)構(gòu)。管屏內(nèi)纏繞管固定結(jié)構(gòu)改為活動(dòng)夾塊固定方式，定位管的固定采用310材質(zhì)的十字管夾結(jié)構(gòu)。

最上部增加一組低溫過熱器，管屏沿爐寬方向布置95片，橫向節(jié)距為230 mm，每片屏由8根管組成，管子規(guī)格為φ51×8.5 mm，材質(zhì)為12Cr1MoVG，縱向節(jié)距為71.1 mm。

立式低溫過熱器材質(zhì)為12Cr1MoVG，壁厚為8.5 mm。老的立式低溫過熱器拆除。

2.6 再熱器系統(tǒng)優(yōu)化

改造前鍋爐運(yùn)行中尾部再熱器側(cè)調(diào)溫?fù)醢彘_度小,再熱器出口蒸汽溫度易超溫,針對(duì)此問題,本次改造對(duì)再熱器系統(tǒng)換熱面積進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整據(jù)原再熱器受熱面布置特點(diǎn),將高溫再熱器面積進(jìn)行了相應(yīng)的減少。

高溫再熱器減少最內(nèi)圈管子長(zhǎng)度，并改為平底結(jié)構(gòu)，出口段材質(zhì)升檔為SA-213TP347H，規(guī)格不變，內(nèi)繞管段采用直角彎頭，材質(zhì)為SA-213TP347H。同時(shí)將高溫再熱器吊掛“倒U型彎”移至頂棚管上部，穿頂棚處及“倒U型彎”移位后采用柔性密封，并設(shè)置保溫盒。出口段“倒U型彎”處異種鋼焊口留在頂棚上部，距頂棚過熱器管中心線200 mm，出口段集箱處異種鋼焊口留在頂棚上部，距頂棚管中心線約540 mm，出入口小集箱標(biāo)高整體提高170 mm。制造廠提供穿墻套管(制造廠廠內(nèi)安裝)、密封件。出口段SA-213TP347H設(shè)計(jì)壁厚4.5 mm。

2.7 改造后鍋爐整體布置圖

鍋爐整體布置圖

2.8 改造后頂棚過熱器發(fā)生泄漏一次

事件過程描述：

1月1日17時(shí)，運(yùn)行監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)：爐管泄漏17點(diǎn)噪聲值偏大。當(dāng)值值長(zhǎng)通知技術(shù)部鍋爐專業(yè)，鍋爐專業(yè)聯(lián)系克萊德及安徽電建二公司人員共同進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)。經(jīng)打開噪聲監(jiān)測(cè)裝置手孔聽聲音發(fā)現(xiàn)17點(diǎn)相對(duì)與水平布置的15點(diǎn)聲音偏大，有細(xì)微的氣流聲。DCS畫面上噪聲監(jiān)測(cè)17點(diǎn)噪聲值在70左右，遠(yuǎn)高于報(bào)警值60。就地檢查發(fā)現(xiàn)鍋爐吹灰器R9槍孔位置也有明顯的異音。調(diào)取鍋爐補(bǔ)給水曲線未見明顯增大現(xiàn)象。初步判定爐內(nèi)受熱面泄漏，泄漏量較小，泄漏位置初步判斷為爐右側(cè)9層半以上爐內(nèi)受熱面區(qū)域?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)立特巡點(diǎn)，每一個(gè)小時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)聽一次，監(jiān)視泄漏點(diǎn)聲音的變化。同時(shí)向省調(diào)申請(qǐng)調(diào)停檢修。1月2日9時(shí)，17點(diǎn)噪聲值已經(jīng)達(dá)到100，泄漏點(diǎn)聲音明顯變大。

#1機(jī)組于1月2日20∶13停運(yùn)，自然通風(fēng)冷卻。

1月7日21∶30爐內(nèi)溫度降至60度以下，23∶00進(jìn)爐膛搭設(shè)腳手架。

1月8日上午9∶00腳手架搭設(shè)完畢，鍋爐專業(yè)及技改單位、檢修單位、監(jiān)理進(jìn)入爐內(nèi)進(jìn)行查找漏點(diǎn)，10∶00查找漏點(diǎn)為末級(jí)過熱器上部頂棚管第181、182管，標(biāo)高63.844米。10∶30技改單位組織人員清除泄漏點(diǎn)澆注料，14∶00澆注料清除完畢，確定割管位置。16∶30泄漏管割除完畢。23∶00泄漏管恢復(fù)完畢，24∶00射線檢驗(yàn)完畢，檢驗(yàn)結(jié)果合格。

1月9日1∶00鍋爐側(cè)頂棚過熱器吊耳部分澆注料清除并進(jìn)行擴(kuò)大檢查，檢查未見異常并進(jìn)行澆注料恢復(fù)。

1月9日18∶00鍋爐開始上水。

1月10日1∶00鍋爐點(diǎn)火。

事件處理：

對(duì)發(fā)生泄漏的頂棚過熱器管進(jìn)行更換，具體如下：

(1)更換#1爐末級(jí)過熱器區(qū)域頂棚181、182管，長(zhǎng)度均為400 mm，規(guī)格型號(hào)為Φ63.5×10 mm，材質(zhì)為15 CrMoG，共四只焊口。焊接完成后射線檢驗(yàn)合格，恢復(fù)鰭片后著色檢查未見異常。

(2)對(duì)頂棚181、182管附近受熱面管排進(jìn)行壁厚測(cè)量，未見異常。

(3)對(duì)末級(jí)過熱器、屏式過熱器頂棚管吊耳割除部位進(jìn)行全面檢查，未見異常。

原因分析：

此次鍋爐綜合改造，為滿足鍋爐性能及強(qiáng)度要求，屏過、末過上部區(qū)域的頂棚管由原來的Φ63.5×8.5 mm更換為Φ63.5×10 mm，材質(zhì)不變。頂棚過熱器受熱面在施工安裝過程中，為方便吊裝及對(duì)口，在雙管頂棚管中間鰭片上焊接臨時(shí)吊耳。頂棚管施工完畢后施工人員對(duì)吊耳進(jìn)行切除時(shí)，損傷182管母材。在機(jī)組啟動(dòng)及運(yùn)行過程中由于負(fù)荷波動(dòng)，182管損傷部位在交變應(yīng)力的作用下強(qiáng)度不足而泄漏。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查判斷，依據(jù)漏點(diǎn)原始缺陷形狀及頂棚吊耳割傷母材情況確定原始漏點(diǎn)為#1漏點(diǎn)， #1漏點(diǎn)泄漏后導(dǎo)致#2、#3、#4、#5漏點(diǎn)的產(chǎn)生。具體漏點(diǎn)位置詳見下圖：

3 結(jié)束語

經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：

(1)#1機(jī)組技改期間，吊耳割除后質(zhì)量把控不嚴(yán)，管理存在漏洞，過程跟盯不到位，未發(fā)現(xiàn)該處缺陷。

(2)在技改施工過程中強(qiáng)化過程管理，制定焊接、熱處理、割管等專項(xiàng)檢查驗(yàn)收方案。

防范措施：

(1)將吊耳割除位置設(shè)置為專項(xiàng)檢查項(xiàng)目，聯(lián)合施工方、監(jiān)理方、檢驗(yàn)方進(jìn)行檢查。

(2)“四管”防磨防爆檢查組織措施和技術(shù)措施落實(shí)到現(xiàn)場(chǎng)，細(xì)化各級(jí)檢查職責(zé)，及管理人員職責(zé)。真正做到全方位。無死角檢查。

(3)利用下次檢修機(jī)會(huì)，對(duì)屏過、末過頂棚過熱器相同位置進(jìn)行系統(tǒng)檢查，認(rèn)真排查隱患，杜絕類似事件的發(fā)生。

鍋爐經(jīng)過本次升級(jí)提效改造后,順利達(dá)到提升主蒸汽溫度的提效目的，同時(shí)改善了再熱器系統(tǒng)的運(yùn)行情況，結(jié)合汽機(jī)通流改造,鍋爐升級(jí)提效改造后,機(jī)組供電煤耗降低10 gkW/h、CO2排放減少10.5萬噸/年、 SO2排放減少580.9噸/年、NO排放減少403.3噸/年。污染物排放大幅度降低,并取得了良好的節(jié)能效果及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。達(dá)到了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020)》通知提出的節(jié)能目標(biāo)。本項(xiàng)目的改造方式及經(jīng)驗(yàn)對(duì)同類型機(jī)組有一定的示范作用,為在役機(jī)組的升級(jí)提效改造指引了方向。美中不足，發(fā)生頂棚過熱器泄漏一次，專業(yè)認(rèn)真總結(jié)吸取教訓(xùn)；同時(shí)分享給電力行業(yè)同仁，避免類似事件再次發(fā)生。