300MW CFB鍋爐水動力重大設(shè)計缺陷分析

關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐；水動力循環(huán)；循環(huán)倍率

中圖分類號：TM621.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0250-02

廣東粵電云河發(fā)電有限公司5號、6號機(jī)組為上海鍋爐廠首兩臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的2×300MW循環(huán)流化床機(jī)組，分別于2010年6月、8月份建成投產(chǎn)。5、6號機(jī)組分別于2011年8月11日、8月5日發(fā)生鍋爐頂棚水冷壁泄漏事件，兩機(jī)組泄漏位置均發(fā)生在頂棚水冷壁出口靠近爐前右側(cè)的位置的向火側(cè)，距頂棚出口集箱距離約500mm，且原爆口都是爐右數(shù)第24根。頂棚水冷壁規(guī)格為？準(zhǔn)60×7.5，材質(zhì)為SA-210C。兩臺爐爆管后，均造成多處吹損，機(jī)組被迫停運(yùn)。

鍋爐水冷壁作為爐膛承壓部件，并且肩負(fù)吸收爐內(nèi)輻射熱量，加熱管內(nèi)流動水份使其產(chǎn)生飽和水的任務(wù)。此次5、6號機(jī)組泄漏的頂棚水冷壁管，距離出口集箱約500mm，處于爐膛水循環(huán)最后一道流程位置，其安全運(yùn)行顯得至關(guān)重要。

依據(jù)電力安全生產(chǎn)要求，廣東粵電云河發(fā)電有限公司高度重視此次設(shè)備事故，迅速邀請了上海鍋爐廠、廣東電科院及廠內(nèi)相關(guān)技術(shù)人員召開專題會議，分析造成設(shè)備事故的原因、及探索設(shè)備的改進(jìn)措施，務(wù)求解決鍋爐頂棚水冷壁存在的重大缺陷。

1 技術(shù)原理

采用水動力計算出鍋爐后墻及爐頂組成的水循環(huán)回路中，由于后墻存在分離器出口的開口區(qū)域，該部分組成的水循環(huán)回路是最弱的，循環(huán)倍率為2.6左右，未開孔區(qū)包復(fù)耐磨材料部分為3.11，未開孔區(qū)光管部分為3.25，前墻為3.3，左右側(cè)墻為3.67，水冷屏為3.48。

我們還對環(huán)型集箱的流動偏差進(jìn)行了分析：

環(huán)行集箱為？準(zhǔn)237×50的集箱，管子為？準(zhǔn)60×7.5，引出管為？準(zhǔn)168×18的管子，根據(jù)環(huán)行集箱的流動偏差計算，該結(jié)構(gòu)的流量偏差<2%，因此我們認(rèn)為由于流量偏差引起水動力管24管熱疲勞損害的可能性也非常小。在現(xiàn)場我們還對左側(cè)第24號管進(jìn)行了割管分析，沒有發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，這也證明我們的計算分析具有一定的準(zhǔn)確性。

2 性能指標(biāo)

寫明計劃任務(wù)書或合同書要求的主要性能指標(biāo)和實際達(dá)到的性能指標(biāo)：

（1）鍋爐爐膛出口環(huán)形集箱共六根水冷壁管改造后，管內(nèi)水動力循環(huán)倍率應(yīng)與旁邊未開孔區(qū)包復(fù)耐磨材料水冷壁管循環(huán)倍率相當(dāng)，即K=3.11。而改造后六根水冷壁管實際的循環(huán)倍率為K=3.09。按照循環(huán)流化床鍋爐的最大熱負(fù)荷和循環(huán)倍率3.09來分析，改造后六根水冷壁管水循環(huán)和水冷壁的壁溫都是安全的。

（2）鍋爐爐膛出口環(huán)形集箱六根水冷壁管改造后，其管內(nèi)進(jìn)出口壓差均應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)，保證六根水冷壁管與后墻其余水冷壁管的流量偏差在最大熱負(fù)荷下仍<2%。

（3）改造后的六根水冷壁管，由于采用讓管方式不再經(jīng)過后墻環(huán)形集箱，因此可徹底消除工質(zhì)流場受到集箱“角部渦旋”的影響，消除該管段的壓差波動，保證頂棚管內(nèi)不發(fā)生間斷性的汽水分離界面的情況。

（4）改造后六根水冷壁管使用壽命應(yīng)與原鍋爐設(shè)計的水冷壁使用壽命相當(dāng)，在使用壽命內(nèi)不發(fā)生因管內(nèi)水動力不足、水循環(huán)分配不均而造成爆管的問題。

（5）改造后循環(huán)流化床鍋爐各運(yùn)行參數(shù)不發(fā)生大的變化，鍋爐實際效率為94%，實際發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率約315g/kWh。

3 與國內(nèi)外同類技術(shù)比較

云河發(fā)電有限公司在國內(nèi)首次系統(tǒng)地將水動力流動偏差計算和流場渦流模擬的手段，應(yīng)用于上鍋300MWCFB鍋爐爐膛出口環(huán)形集箱的水動力研究，在不同的負(fù)荷和循環(huán)量條件下，計算得出300MWCFB鍋爐爐膛出口環(huán)形集箱流場角部渦流特性，并根據(jù)此特性設(shè)計出鍋爐爐膛出口環(huán)形集箱水冷壁改造方案。經(jīng)應(yīng)用于#5、6爐環(huán)形集箱水冷壁管改造后，成功解決了國產(chǎn)流化床機(jī)組水冷壁管水循環(huán)分配不均的問題，消除了爐頂水冷壁管因流量不均老化失效爆漏的重大隱患，使該重大設(shè)計缺陷得到解決。實現(xiàn)了鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4 成果的創(chuàng)造性、先進(jìn)性

（1）結(jié)合水動力流動偏差計算和流場渦流模擬的手段，分析得出在不同的負(fù)荷和循環(huán)量條件下CFB鍋爐爐膛出口環(huán)形集箱流場角部渦流特性。該方法能準(zhǔn)確判斷并計算出單根管內(nèi)壓差波動情況，對問題分析提供重要數(shù)據(jù)，并為設(shè)備改造提供參考。

（2）為消除水冷壁管內(nèi)水動力不足、水循環(huán)分配不均問題，根據(jù)水動力流動偏差計算和流場渦流模擬結(jié)果，可推導(dǎo)出單根水冷壁管安全運(yùn)行所需的進(jìn)出口壓差，循環(huán)流速、管內(nèi)流動阻力等，從而可判斷改造讓管后，六根水冷壁管是否安全運(yùn)行。

（3）采用讓管方式，使六根水冷壁管不再經(jīng)過后墻環(huán)形集箱，可徹底消除工質(zhì)流場受到集箱“角部渦旋”的影響，消除該管段的壓差波動，保證頂棚管內(nèi)不發(fā)生間斷性的汽水分離界面的情況。

（4）改造后確保六根水冷壁管使用壽命達(dá)到使用要求，同時不改變鍋爐運(yùn)行各參數(shù)，保證了鍋爐效率在92%以上，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率約330g/kWh。

5 作用意義

5.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

云河發(fā)電有限公司經(jīng)過對5、6號鍋爐泄露水冷壁管進(jìn)行金相分析，采用水動力流動偏差計算和流場渦流模擬手段，迅速準(zhǔn)確地分析出5、6號鍋爐頂棚水冷壁管失效泄漏的原因，并采用讓管方式對鍋爐出口環(huán)形集箱水冷壁改造，大大提高了改造管的使用壽命。未改造前5、6號爐該位置的24號管子，分別運(yùn)行了7738h和5848h后失效，造成5號機(jī)組停運(yùn)226h，損失額定發(fā)電量約6780萬kW/h；造成6號機(jī)組停機(jī)共224.5h，損失額定發(fā)電量約6735萬kW/h。若按改造前管子使用壽命做對比估算，改造后每年可節(jié)約損失約100萬元。

5.2 社會效益

火力電廠發(fā)電機(jī)組通過輸電網(wǎng)向各地輸送電能，為工、農(nóng)業(yè)用電、居民用電提供經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、充足的能源，電能與社會生產(chǎn)、工作、生活息息相關(guān)。如果電廠鍋爐發(fā)生設(shè)備事故導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)，將威脅電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，進(jìn)而限制部分用戶用電，影響到日常工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民正常生活。云河發(fā)電有限公司5、6號鍋爐出口環(huán)形集箱水冷壁改造后，有效地避免了鍋爐頂棚水冷壁泄漏事故再次發(fā)生，確保了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時，云河發(fā)電有限公司對國內(nèi)自主技術(shù)300MW循環(huán)流化床鍋爐水動力的研究，及流動偏差計算和流場渦流模擬方法的綜合應(yīng)用，為同行提供有效的分析方法。對環(huán)形集箱水冷壁的改造，則為同行提供了成功的改造經(jīng)驗。另外，對國內(nèi)自主技術(shù)300MW循環(huán)流化床鍋爐水循環(huán)設(shè)計重大缺陷的研究，也為鍋爐設(shè)計單位提供了改進(jìn)思路。

6 推廣應(yīng)用的范圍、條件和前景以及存的問題和改進(jìn)意見

6.1 應(yīng)用前景

鍋爐水動力流動偏差計算和流場渦流模擬，可應(yīng)用在各種型號鍋爐水循環(huán)計算中，應(yīng)用前景十分廣闊。鍋爐爐膛出口環(huán)形集箱水冷壁改造方法，則可應(yīng)用于同類型循環(huán)流化床機(jī)組。我廠通過對#5、#6鍋爐爐膛出口環(huán)形集箱水冷壁管改造，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。

6.2 推廣應(yīng)用

云河發(fā)電有限公司#5、#6爐爐膛出口環(huán)形集箱水冷壁改造，可有效防止頂棚24號水冷壁管因水動力不足，流量分配不均引起的失效泄漏問題，大大提高了機(jī)組可靠性。目前已將該分析方法及改造先例推廣至廣東荷樹園電廠及山西昱光發(fā)電有限責(zé)任公司，使其解決了類似問題。

參考文獻(xiàn)

[1]云河發(fā)電廠300MW循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備檢修規(guī)程.2015，9.

[2]1036t/h循環(huán)流化床鍋爐產(chǎn)品說明書.2010：18～19.

收稿日期：2018-5-15

作者簡介：陳兆镠，2006年畢業(yè)于上海電力學(xué)院熱能與動力工程系，從事鍋爐檢修工作。