高溫再熱器管壁超溫原因分析

高利智

（大同電力高級(jí)技工學(xué)校，山西 大同 037039）

1 設(shè)備概況

該公司總裝機(jī)容量1200 MW，其中3，4號(hào)鍋爐為北京巴威公司生產(chǎn)制造的B&WB-1025/18.3-M型鍋爐。鍋爐為露天布置，平衡通風(fēng)，中間再熱，亞臨界參數(shù)自然循環(huán)鍋爐，設(shè)計(jì)使用煤種為山西陽(yáng)泉無(wú)煙煤，采用鋼球磨中間儲(chǔ)倉(cāng)式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，W型火焰燃燒方式，前后墻各布置8個(gè)B&W公司標(biāo)準(zhǔn)的EI-XCL型旋流燃燒器。

鍋爐爐膛由膜式水冷壁構(gòu)成，爐膛上部布置屏式過(guò)熱器，爐膛折焰角上方布置二級(jí)過(guò)熱器，在水平煙道二級(jí)過(guò)熱器后部布置水平再熱器，尾部豎井煙道由中隔墻分成前后兩個(gè)煙道，前部布置水平再熱器，后部為一級(jí)過(guò)熱器和省煤器，在分煙道底部設(shè)置了煙氣調(diào)節(jié)擋板裝置，用來(lái)分流煙氣量，以保持控制負(fù)荷范圍內(nèi)的再熱蒸汽出口溫度。煙氣通過(guò)調(diào)節(jié)擋板后又匯集在一起，經(jīng)兩個(gè)尾部煙道引入左右各一的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。

再熱器來(lái)汽和回汽布置形式為雙進(jìn)雙出方式，再熱器流程為：從高壓缸排出的蒸汽經(jīng)由兩根φ558.8×16.66的蒸汽管道引入再熱器進(jìn)口集箱，先通過(guò)布置在尾部豎井前部的4個(gè)水平管組，然后經(jīng)過(guò)渡管組進(jìn)入垂直管組，最后匯集到再熱器出口集箱，由兩端引出。緊急噴水減溫器布置在鍋爐兩側(cè)的再熱蒸汽入口管道內(nèi)。再熱器水平管組3管圈并繞，沿爐寬布置186片，過(guò)渡管組6管圈并經(jīng)沿爐寬93片，與垂直管組相對(duì)應(yīng)。出口垂直管組有 4 種 材 質(zhì) 分 別 為 12Cr1MoV、SA-213T22、SA-213T91、SA-213TP304H。

2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀況

該公司為有效實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鍋爐受熱面管壁溫度，將壁溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳輸?shù)焦綧IS網(wǎng)，從而發(fā)現(xiàn)3、4號(hào)爐高溫再熱器出口管壁超溫頻繁，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，且幅度較大，沿爐膛寬度方向，兩側(cè)管排與中間管排壁溫差值在100～150℃之間，超溫管子主要集中于鍋爐中部。在3、4號(hào)爐停機(jī)時(shí)對(duì)受熱面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)檢查：

（1）3 號(hào)鍋爐高溫再熱器出口管排第 38，39，41，42，43，44，45，46，47，48，49，50，51，52，53，54，55，56 排第 10 根氧化皮較明顯。在3號(hào)鍋爐大修期間，對(duì)氧化皮較重的管子（材質(zhì)為SA-213T22）送國(guó)電熱工研究院進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析，向火面強(qiáng)度參數(shù)為445～450 MPa，背火面強(qiáng)度參數(shù)為495～500 MPa，強(qiáng)度參數(shù)正常值為510 MPa，強(qiáng)度明顯下降；材料韌性也明顯下降。

（2）4號(hào)鍋爐高溫再熱器出口管排第20～68排第一根管均出現(xiàn)氧化皮和變色現(xiàn)象，對(duì)第50～51排第十根進(jìn)行了割管取樣（材質(zhì)均為SA-213T22），送山西省電科院進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果如下：機(jī)械性能結(jié)果：第50、51排第一根管向火面σS（屈服強(qiáng)度）均低于ASTMA213-85的下限，第50排第一根管向火面σb（抗拉強(qiáng)度）已接近下限，第51排第一根管向火面σb已低于下限，背火面σS已接近下限。

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)值σS標(biāo)準(zhǔn)值σb備注：ASTMA213-85≥205≥415SA-213T22

3 管壁超溫原因分析

引起高溫再熱器超溫的原因較復(fù)雜，它與鍋爐的燃燒調(diào)整、再熱器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置、管材的選用和運(yùn)行操作等因素有關(guān)。

3.1 鍋爐燃燒調(diào)整對(duì)管壁溫度的影響

該公司為了揭示再熱器管壁超溫現(xiàn)象，獲得超溫原因，在2003年3號(hào)鍋爐大修時(shí)，委托國(guó)電熱工研究院做了再熱器壁溫試驗(yàn)，通過(guò)安裝于爐內(nèi)、爐外壁溫測(cè)點(diǎn)分析鍋爐在啟動(dòng)過(guò)程中及不同運(yùn)行工況下再熱器壁溫狀況。

（1）管壁超溫與燃燒器投運(yùn)方式有關(guān)。試驗(yàn)中，對(duì)不同的工況投運(yùn)不同的燃燒器，再熱器管壁溫度的變化相差很大。啟動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)投運(yùn)燃燒器過(guò)分集中，燃料增加太快時(shí)，爐內(nèi)中部再熱器管壁溫度上升明顯，可達(dá)680℃。機(jī)組負(fù)荷低于260 MW時(shí)，若投運(yùn)燃燒器集中于中部，爐內(nèi)中部再熱器管壁溫可達(dá)到600～660℃；若減少中部燃燒器投運(yùn)數(shù)量，增加兩側(cè)的燃燒器數(shù)量，再熱器管壁溫度可下降約40℃，緩解再熱器超溫。但在機(jī)組負(fù)荷較高時(shí)，由于16只燃燒器全投，沒(méi)有有效的調(diào)節(jié)手段來(lái)調(diào)節(jié)再熱器壁溫，發(fā)生管壁超溫。

（2）對(duì)比測(cè)點(diǎn)位置，安裝測(cè)點(diǎn)的爐外再熱器壁溫比爐內(nèi)壁溫低38～78℃。爐外壁溫尚屬正常時(shí)，爐內(nèi)再熱器管外壁溫已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)T22材料壁溫上限。實(shí)際運(yùn)行中，由于壁溫測(cè)點(diǎn)安裝在爐外，運(yùn)行調(diào)整以爐外的壁溫測(cè)點(diǎn)為依據(jù)進(jìn)行調(diào)整。

3.2 再熱器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置對(duì)壁溫的影響

W型燃燒火焰鍋爐沿爐膛寬度熱負(fù)荷分布不均勻，中間熱負(fù)荷高于兩側(cè)，再熱器結(jié)構(gòu)布置上為雙進(jìn)雙出的H型布置，設(shè)計(jì)上講是合理的，但與爐膛熱負(fù)荷分布相對(duì)應(yīng)時(shí)，卻加劇了爐膛熱負(fù)荷分布的不均勻性：兩側(cè)管排蒸汽流速快，換熱快，中間管排蒸汽流速慢，換熱慢，與爐兩側(cè)煙溫低，中間煙溫高相互作用，使?fàn)t膛中部煙溫更高。再熱器管排設(shè)計(jì)上沿介質(zhì)流動(dòng)方向無(wú)中間聯(lián)箱使蒸汽混合或交叉，會(huì)使低溫段再熱器和高溫段再熱器各自的熱偏差形成疊加，加劇了管排間熱偏差。再熱器管排設(shè)計(jì)上沿爐膛寬度方向未考慮熱負(fù)荷偏差和流量偏差。

3.3 再熱器管材選用不合適

管材SA213-T22的推薦使用溫度≤590℃。北京巴威公司設(shè)計(jì)計(jì)算高溫再熱器最高壁溫為599℃，在運(yùn)行中實(shí)測(cè)表明：爐外465～585℃，爐內(nèi)（試驗(yàn)裝測(cè)點(diǎn)）560～612℃。在鍋爐啟動(dòng)時(shí)，再熱器無(wú)冷卻汽源，壁溫（爐外）往往高于600℃，甚至達(dá)620℃以上，高溫再熱器采用SA213-T22是不合適的。

3.4 其他

由于目前電煤市場(chǎng)緊張，燃燒的煤質(zhì)達(dá)不到設(shè)計(jì)煤種，煤質(zhì)較差，灰分增加，也導(dǎo)致再熱器壁溫明顯增加。

4 防止超溫的措施

從上述分析可看出，鍋爐燃燒調(diào)整只能緩解再熱器管壁超溫，不能徹底解決。要解決管壁超溫問(wèn)題，重在考慮改善再熱器管內(nèi)蒸汽流量分配、提高管材等級(jí)等方案。

4.1 改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減小熱偏差

在低溫再熱器和高溫再熱器之間增設(shè)混合聯(lián)箱，進(jìn)行左右交叉，并在中間管排管口上增加節(jié)流孔。按照理論分析，采取該項(xiàng)措施后，可大大減小管屏間的熱偏差，從而減小管子的壁溫偏差，降低中間管排壁溫。

4.2 提高管材等級(jí)

再熱器運(yùn)行壓力低，在未改善管內(nèi)蒸汽流量分配的前提下，用抗氧化溫度更高的材料來(lái)代換T22材料是必要的。首選的材料是SA231-T91，它的抗氧化溫度上限為650℃，主要用于電站鍋爐過(guò)熱器、再熱器管。其主要特點(diǎn)是高溫持久性能、蠕變性能優(yōu)異，沖擊韌性好，用于金屬壁溫≤625℃的高溫過(guò)熱器和金屬壁溫≤650℃的高溫再熱器管排及超臨界鍋爐高溫集箱和主蒸汽管道；具有良好的冷加工性能和傳熱性能。再高一檔的材料是SA213-TP304H，它的抗氧化溫度上限為704℃，但其成本更高。就現(xiàn)階段來(lái)看，提高管材等級(jí)，采用抗氧化溫度更高的材料，是防止高溫再熱器超溫的最直接而有效的措施。該公司已對(duì)3，4號(hào)爐氧化嚴(yán)重的部分管子更換為SA213-TP304H管材，目前運(yùn)行良好。

[1]《循環(huán)流化床鍋爐》.中國(guó)電力出版社.主編黨黎軍.

[2]《電廠金屬材料》.中國(guó)電力出版社.主編王進(jìn)汝.