CP0612_FC1000MW超超臨界壓力鍋爐螺旋管圈水冷壁安全分析

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1、1000M幗超臨界壓力鍋爐螺旋管圈水冷壁安全分析 蔣欣軍高行龍周文奎王煜偉馮志剛 （國電諫壁發(fā)電廠，江蘇鎮(zhèn)江212006） 摘要：本文針對國電諫壁1000MWL組鍋爐螺旋管圈水冷壁優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際調(diào)試情況，分析、介紹螺旋水冷壁運(yùn)行注意事項(xiàng)，避免發(fā)生超溫、爆管等異常情 況，確保鍋爐運(yùn)行安全。 關(guān)鍵詞：直流鍋爐螺旋管圈水冷壁過熱度 0、前言 為了響應(yīng)國家“上大壓小、節(jié)能減排”號召，國電諫壁發(fā)電廠擴(kuò)建工程采用 1000MWB超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，是高參數(shù)、大容量、低能耗、環(huán)保型機(jī)組，代表了目前國內(nèi)發(fā)電設(shè)備的最高水平。 1、鍋爐概況 本鍋爐為超超臨界壓力參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流鍋爐，

2、單爐膛塔式布置形 式、一次中間再熱、四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)、露天布 置。爐膛水冷系統(tǒng)采用下部螺旋管圈+上部垂直管圈的布置方式，螺旋管圈分為冷 灰斗部分和螺旋管上部。螺旋段水冷壁出口經(jīng)水冷壁過渡連接管引至水冷壁中間集 箱，經(jīng)中間集箱混合后再由連接管引出，接至垂直段水冷壁，兩者間通過多通形式 的管鍛件結(jié)構(gòu)來連接并完成爐墻的密封。垂直段水冷壁分為上下部，它們之間的過 渡通過Y型三通來實(shí)現(xiàn)。螺旋管圈的管子根數(shù)為716根，傾斜角度是26.21030在標(biāo)高69225mmt,螺旋管圈通過爐外中間過渡集箱轉(zhuǎn)換成垂直管圈，從冷灰斗拐點(diǎn)算至螺旋管圈出口，螺旋管圈共繞了約1.2圈

3、。垂直段水冷壁下部為1432根，上部為716根。 鍋爐設(shè)計(jì)煤種為神府東勝煤，校核煤種為準(zhǔn)混煤。制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī) 正壓直吹式制粉系統(tǒng)，5臺磨運(yùn)行帶鍋爐BMCR：況，1臺磨備用，每臺磨煤機(jī)引出 4根煤粉管道到爐膛四角，每根煤粉管道經(jīng)分配器后變成兩根支管分別與兩個一次 風(fēng)噴嘴相連，共計(jì)48個直流式燃燒器分12層布置于爐膛下部四角(每兩個煤粉 噴嘴為一層)，在爐膛中呈四角切圓方式燃燒。爐后尾部布置兩臺轉(zhuǎn)子直徑為 ①16370mm勺三分倉容克式空氣預(yù)熱器。 2、螺旋管圈水冷壁 螺旋管圈水冷壁的設(shè)計(jì)是上世紀(jì)50年代初蘇爾壽公司采用的盤繞形管圈的進(jìn) 一步發(fā)展。目前所采用的螺旋管圈水冷

4、壁的設(shè)計(jì)已有40多年的經(jīng)驗(yàn)，并能適用于 各種尺寸、壓力和燃料，該類型水冷壁設(shè)計(jì)的基本思想就是減少了包覆爐壁所需管 子的數(shù)量，又不增加管子節(jié)距。由于爐膛水冷壁采用螺旋管圈可以很好的實(shí)現(xiàn)變壓 運(yùn)行，所以這種水冷壁布置形式得到廣泛運(yùn)用，螺旋管圈水冷壁的優(yōu)點(diǎn)是： (1)管徑和管子根數(shù)選擇靈活，不受爐膛周界尺寸限制，解決了周界尺寸與 質(zhì)量流速間的矛盾，只要改變螺旋管圈傾斜角度，就能改變水冷壁管的根數(shù)，從而 改變工質(zhì)質(zhì)量流速，以適應(yīng)不同容量機(jī)組和煤種的需要； ⑵可采用較大管徑的管子，因此水動力偏差敏感性較小，不易堵塞管子； ⑶采用光管就能實(shí)現(xiàn)鍋爐的變壓運(yùn)行和帶中間負(fù)荷的要求，而不必采用制造

5、 工藝復(fù)雜，摩擦阻力大的內(nèi)螺紋管； ⑷由于各管之間吸熱比較均勻，熱偏差較小，所以水冷壁管入口無需安裝節(jié) 流圈來進(jìn)行流量分配，從而也減少了水冷壁系統(tǒng)的阻力； ⑸水冷壁由于各管子以相同的方式自下向上繞過爐膛的角偶部分和爐墻中部 高熱負(fù)荷區(qū)域，吸熱均勻，熱偏差較小，所以，對于火焰中心偏斜或局部結(jié)焦等造 成的熱負(fù)荷分布不均，螺旋管圈水冷壁具有很強(qiáng)的抗干擾能力，它能使各管的吸熱 偏差與出口工質(zhì)溫度偏差保持較小值； (6) 負(fù)荷的適應(yīng)性較好，即使在30%負(fù)荷下，質(zhì)量流速仍高于膜態(tài)沸騰的界限 質(zhì)量流速，能保持一定的壁溫裕度。 螺旋管圈水冷壁鍋爐仍存在一些結(jié)構(gòu)和性能上的缺點(diǎn)： (1) 水

6、冷壁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，支撐困難，制造成本高，制造精度要求高，安裝困 難，水冷壁管無自懸吊能力，需要專門的結(jié)構(gòu)(現(xiàn)在多采用張力板)來支撐自身的 重量以及燃燒器、剛性梁和其它部件的重量； (2) 現(xiàn)場安裝復(fù)雜，焊口數(shù)量是垂直管屏水冷壁的2.5倍； (3) 在亞臨界區(qū)運(yùn)行時，其傳熱能力不及內(nèi)螺紋管好，即便在較高的質(zhì)量流速 下，工質(zhì)側(cè)的傳熱也比內(nèi)螺紋管差； (4) 水冷壁掛渣比垂直管圈要相對嚴(yán)重些； ⑸升降負(fù)荷過快時，水冷壁與吊件間溫差增大。 但是，螺旋管圈水冷壁上述的一些缺點(diǎn)，隨著設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行技術(shù) 的不斷提高而日益得到解決，因此，螺旋管圈水冷壁在目前的超超臨界鍋爐上已經(jīng) 得

7、到廣泛應(yīng)用。 3、水冷壁爐外壁溫容許溫度校核 校核壓力按鍋爐工作壓力，由此算出螺旋水冷壁材料的容許溫度。 螺旋水冷壁出口①38.lX7.2mm管材為12CUMoV,進(jìn)口工作壓力 34.15+1.08=31.6MPa （1）計(jì)算應(yīng)力［＜d= 「 38」復(fù)3L6 10,9 *7.2 二 0.005 —38.1 -31.6 卜 2 = 79.91%〃 容許溫度t= 530+ 86-79.91 86-77 = 530# 6.09 = 537 540-53010 （2）、螺旋水冷壁計(jì)算點(diǎn)的壁溫與汽溫之差參照鍋爐廠“受熱面管子壁溫及強(qiáng)度計(jì)算匯總”。螺旋水冷

8、壁出口：計(jì)算壁溫514C,計(jì)算汽溫459C。壁溫與汽溫差55C0 （3）螺旋水冷壁出口汽溫（壁溫）容許溫度：537-55=482C?？紤]到惡劣 工況下，局部水冷壁吸熱量增大，使壁溫增高，壁溫與汽溫差增大，故在報(bào)警定值設(shè)定時，壁溫與汽溫差按70c考慮，則警定報(bào)值為537-70=467C。同時，參照兄弟電廠的經(jīng)驗(yàn)，為防止在高熱負(fù)荷區(qū)發(fā)生水冷壁的類膜態(tài)沸騰現(xiàn)象，要求螺旋水冷壁出口汽溫（壁溫）盡量控制在430c以下。因?yàn)樵诔R界壓力下，工質(zhì)由液相轉(zhuǎn)變?yōu)槠鄷r存在一個大比熱區(qū)和擬臨界溫度，過了擬臨界溫度工質(zhì)的放熱系數(shù)急劇下降，如果相變點(diǎn)正好處于燃燒器區(qū)域性的高熱負(fù)荷區(qū)，則有可能發(fā)生類膜態(tài)沸騰，即在工

9、質(zhì)溫度不變情況下，使水冷壁金屬溫度大幅度增高，以至發(fā)生爆管。為了防止發(fā)生類膜態(tài)沸騰，應(yīng)盡量使工質(zhì)相變點(diǎn)推遲至高熱負(fù)荷區(qū)以后。為此，按照實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果，要求螺旋水冷壁出口汽溫（壁溫）不超過430Co 所以，實(shí)際運(yùn)行中我廠螺旋水冷壁出口汽溫（壁溫）報(bào)警采用二個定值，即報(bào)警I值為430c（后因在報(bào)警值附近晃動，改為445C）,報(bào)警R值為467C。 4、調(diào)試中螺旋管圈水冷壁運(yùn)行情況探討。 一、#13爐啟動調(diào)試期間，螺旋管圈水冷壁在正常運(yùn)行以及啟動過程中都很安全，未出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。下面分幾種情況敘述 (1)在鍋爐濕態(tài)運(yùn)行時，因爐水循環(huán)泵增加了水冷壁的水循環(huán)倍率，且由于熱 負(fù)荷低，螺旋水冷壁出口工質(zhì)

10、處于飽和狀態(tài)，運(yùn)行情況與控制循環(huán)爐相類似，管壁 溫度均勻，無溫差，安全可靠。 (2)在濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)后，在30%—50%熱負(fù)荷期間，螺旋水冷壁壁溫存在溫差 趨大的傾向；究其原因，1、低負(fù)荷下，爐內(nèi)火焰充滿度較差，熱負(fù)荷分布不及高 負(fù)荷下的熱負(fù)荷分布均勻，同時給水流量低，水冷壁各管流量分配也不夠均勻。二 個因素疊加在一起會造成水冷壁局部熱偏差增大，使吸熱多的水冷壁管管內(nèi)汽化點(diǎn) 提前，含汽量增加，沿程阻力增加，引起該水冷壁管的流量減少，進(jìn)一步導(dǎo)致熱偏 差增大，流量越小，表現(xiàn)越明顯，當(dāng)管內(nèi)流量超過一定值時，能克服吸熱偏差后， 該現(xiàn)象將趨于緩和；2、造成水冷壁局部吸熱份額偏大的原因，除了火

11、焰中心偏 斜，首先是直吹式制粉系統(tǒng)延遲時間偏長，在低負(fù)荷時，手動增加燃料后，至水冷 壁溫度的反應(yīng)要有一定時間，往往會造成給水量不能很好跟蹤燃料，會出現(xiàn)水量短 時偏小現(xiàn)象，相當(dāng)于熱負(fù)荷短時偏大，會造成局部水冷壁吸熱份額增大。因此在轉(zhuǎn) 態(tài)后，應(yīng)適當(dāng)降低燃料增加速度，減少燃燒干擾，啟動磨煤機(jī)時，操作需緩慢，根 據(jù)螺旋水冷壁壁溫變化趨勢，提前增加給水，減少擾動；其次，通過控制過熱度， 也能很好的調(diào)整水冷壁吸熱份額，也可以提高參數(shù)控制裕度，其實(shí)質(zhì)是控制燃料 量，不使它過量，不使它由于過量而導(dǎo)致局部吸熱份額增大。實(shí)際運(yùn)行情況表明， 當(dāng)過熱度超過30℃以上是，壁溫及溫差明顯增大，壁溫有時超過

12、430℃，但也不能 過低，當(dāng)過熱度低于8℃時，局部將有汽水混合物進(jìn)入一級過熱器。為此過熱度控 制在15—25℃之間較合適。 因此啟動過程中，在轉(zhuǎn)態(tài)后，應(yīng)適當(dāng)降低燃料增加速度，減少燃燒干擾，啟 動備用磨煤機(jī)時，提前增加給水，過熱度取低限，且操作要緩慢，避免熱負(fù)荷大幅 度增加。采取以上方法后，壁溫下降，溫差變小，一般溫差控制在30-50℃以內(nèi)。 (3) 在高負(fù)荷期間管壁溫度正常情況下，一般是每面墻兩側(cè)低一些，一般在 400℃左右，中間高一些，一般在420-430℃，最高不超過440℃，安全裕度較大。 二、異常工況時壁溫情況。 （ 1） 緊急停運(yùn)一臺汽泵時。今年5月8日，19：30

13、甲汽泵故障，緊急停運(yùn) 后，RB未投入，手動處理，磨煤機(jī)熱風(fēng)隔絕門不能及時關(guān)閉，燃料降幅不夠，螺 旋水冷壁壁溫發(fā)生短時間超溫，高的達(dá)到490℃以上，低的也450℃左右。 （ 2） 100萬甩負(fù)荷時，因給水跟蹤慢，煤水比短時間失調(diào)，管壁溫度發(fā)生短 時間超限，兩側(cè)墻較高，最高達(dá)500℃，前后墻較低在460℃左右。 該兩種異常情況下，鍋爐煤水比都發(fā)生較大幅度失調(diào)，發(fā)生給水量偏低，螺 旋水冷壁管出現(xiàn)短時超溫，通過迅速調(diào)整煤水比后，管壁溫度恢復(fù)正常；可以發(fā) 現(xiàn)，在異常工況時，鍋爐煤水比極為重要，為此，我們必須要重點(diǎn)控制住煤水比， 這樣，螺旋水冷壁管壁溫度就能控制在正常范圍內(nèi)。 三、配風(fēng)影

14、響 切向燃燒方式是以整個爐膛為單元來組織燃燒的，故燃燒器的燃燒工況與整 個爐膛空氣動力特性密切相關(guān)。切向燃燒中一種現(xiàn)象就是氣流的偏離，氣流在適當(dāng) 程度上的偏離恰恰是組織切向燃燒所需要的，爐內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)直徑增大，使上游鄰角 過來的火焰更靠近射流根部，對著火有利，對混合也有好處，爐膛充滿度也好。但 是一旦假想切圓過大，尤其是火焰中心發(fā)生偏斜將造成氣流局部貼墻，不但易發(fā)生 結(jié)焦，也會加劇水冷壁吸熱不均，使水冷壁管壁溫差增大。發(fā)生火焰中心偏斜主要 原因是四個角的一、二次風(fēng)配風(fēng)不均造成。 因此要合理組織燃燒及配風(fēng)，對一次風(fēng)調(diào)平尤為重要，保證一次風(fēng)粉均勻分 配，優(yōu)化爐膛溫度場，一次風(fēng)速相差

15、在許可范圍內(nèi)；將煤粉細(xì)度調(diào)整至接近設(shè)計(jì) 值；二次風(fēng)分配對螺旋水冷壁有很大影響，原則上應(yīng)采用均等配風(fēng)方式，保持底 部、油層、偏置風(fēng)均保證一定開度，而且一要結(jié)合風(fēng)速進(jìn)行調(diào)整，應(yīng)保持四個角的 二次風(fēng)速均勻。周界風(fēng)應(yīng)根據(jù)就地燃燒器的著火情況保持30%到50%開度，另外適 當(dāng)開大SOFAR也可以降低爐膛煙氣溫度的不均勻。 四、不同磨煤機(jī)組合的影響 不同磨煤機(jī)組合對螺旋水冷壁溫度也有較大影響。采用下層磨煤機(jī)，爐膛火焰中心下移，使水冷壁汽化點(diǎn)提前，從而使水冷壁的過熱受熱面積增加，不僅會使水冷壁溫升高，也會使水冷壁吸熱偏差增大，從而使水冷壁溫度偏差增大。反之，采用上層磨煤機(jī)，爐膛火焰中心上升，使水冷壁汽化點(diǎn)推后，從而使水冷壁的過熱受熱面積減少，對降低水冷壁溫度和偏差都是有利的。特別在低負(fù)荷和啟動工況下，兩者的差別更加明顯。所以，有條件情況下直選用下層磨煤機(jī)，尤其在低負(fù)荷和啟動工況時應(yīng)盡量采用下層磨煤機(jī)。 繼續(xù)閱讀