300 MW機組W火焰鍋爐高溫再熱器超溫分析

時頌華，雷霖

(湖南省電力公司科學研究院，湖南長沙410007)

某廠3，4號鍋爐系東方鍋爐股份有限公司引進美國福斯特惠勒能源技術制造，鍋爐型號DG1025/18.2Ⅱ14，亞臨界，一次中間再熱，W火焰自然循環。設計燃用無煙煤、貧煤及少量煙煤的混煤，實際摻燒的無煙煤比例多，且大多為揮發份極低的攸縣煤，入爐煤熱值也比設計值低，火焰中心上移，減溫水流量大。投產后檢測過程中，發現高溫再熱器中間管屏材質球化嚴重，系長期超溫所致。

為此進行了受熱面壁溫分布規律試驗，進而對高溫再熱器中間管屏長期超溫的問題進行了分析，提出并實施了技術改造措施，高溫再熱器中間管屏長期超溫的問題得到解決。

1 受熱面壁溫分布規律

不同類型的鍋爐壁溫分布規律都不盡相同，而且爐膛越大、越寬，熱偏差的影響因素越多、越復雜，各屏間受熱面的偏差將會越大。采集高、低負荷下不同受熱面的壁溫，找出各受熱面沿爐寬度方向壁溫的分布規律，可為防止受熱面超溫提供數據支持。

為研究該廠W火焰鍋爐各受熱面壁溫偏差特性，獲取必要的測試數據，在鍋爐各受熱面上設計安裝了多個壁溫測點，根據使用環境和材料的不同設定了壁溫高限報警值 (見表1)，并進行了不同負荷下多次壁溫數據采集，選擇了比較典型的1組數據來分析該廠沿爐寬度方向過熱器、再熱器壁溫分布規律。

1.1 高溫再熱器壁溫分布規律

高溫再熱器出口壁溫在不同負荷下沿爐寬度方向有著相同的分布規律，即中間高兩邊低。中部和兩邊壁溫偏差較大，200 MW負荷時最大壁溫差達70℃，300 MW負荷時最大壁溫差達59.7℃，最高壁溫點均在正中第49片屏，高溫再熱器中部最高壁溫在高負荷時接近或超過高限報警值 (見圖1)。

表1 各受熱面壁溫測點基本參數

圖1 不同負荷下高溫再熱器壁溫分布

1.2 高溫過熱器壁溫分布規律

與高溫再熱器相同，高溫過熱器出口壁溫在不同負荷下沿爐寬度方向有著相同的分布規律，即中間高、兩邊低。中部和兩邊壁溫偏差較大，但小于高溫再熱器壁溫偏差，200 MW負荷時最大壁溫差達44.5℃，300 MW負荷時最大壁溫差達45℃，最高壁溫點均在正中第24片屏，在任何負荷下高溫過熱器最高壁溫都未接近或超過高限值600℃(見圖2)。

圖2 不同負荷下高溫過熱器壁溫分布

1.3 大屏過熱器壁溫分布規律

大屏過熱器出口壁溫在不同負荷下沿爐寬度方向也呈中間高兩邊低的分布規律，但壁溫偏差相對較小，特別是高負荷時，最大壁溫偏差僅為27℃，在任何負荷下大屏過熱器最高壁溫都遠低于高限值535℃ (見圖3)。

圖3 不同負荷下大屏過熱器壁溫分布

1.4 壁溫分布規律總結

從上面分析可以看出，在不同負荷下，過熱器、再熱器壁溫均有相同的分布規律，即中間高、兩邊低，高溫再熱器壁溫偏差最大。正常運行時，高溫過熱器和屏式過熱器在任何負荷下都不存在壁溫超限的情況，但高溫再熱器中部出口管屏在高負荷下接近或超過高限值580℃，存在一定的安全隱患。

2 高溫再熱器超溫原因分析

燃燒工況組織不良、火焰中心偏斜、燃燒器負荷不一致、爐膛部分水冷壁嚴重結渣、爐膛上部或過熱器局部地區發生煤粉再燃燒、管壁積灰造成吸熱不均等都可能造成爐內煙氣溫度不均。

左、右墻水冷壁吸熱、左、右側包墻吸熱，導致煙氣溫度沿爐寬方向中間高、兩邊低，沿鍋爐爐膛寬度方向煙氣的溫度場分布不均勻，是造成高溫再熱器中部管屏超溫的根本原因。這種煙氣側溫度場的不均勻分布是難以消除的，只能通過蒸汽側受熱面的合理布置來消除。

該電廠高溫再熱器受熱面結構布置不合理，使得再熱器蒸氣側溫度場呈現中間高、兩邊低的不均勻分布，主要體現在以下2個方面:

(1)未分級設置再熱器受熱面。再熱器由低溫再熱器和高溫再熱器組成，流程為冷再管道―低溫再熱器水平段―低溫再熱器垂直段―高溫再熱器管屏―高溫再熱器出口聯箱。再熱器分級較少，且由低溫再熱器管直接接入高溫再熱器管，中間無聯箱進行蒸汽的混合，無法消除由煙氣側偏差造成的汽溫偏差。

(2)再熱器級間未設計再熱器交叉連通管。再熱器在結構設計方面未采用消除熱偏差的布置方式，不能減緩再熱器沿爐寬熱負荷不均勻的影響，在低溫受熱面的熱偏差未經消除又累計到高溫再熱器，加劇了壁溫偏差。

上述原因致使高溫再熱器壁溫偏差大，并在高負荷時中部壁溫經常接近或超過高限值，雖通過運行調整超溫的情況能得到一定的緩解，但調整幅度有限，有時不得不以降低再熱汽溫，以降低機組經濟性來保證鍋爐壁溫不超限運行的安全性。

3 防止高溫再熱器中間管屏超溫的技術措施

該廠300 MW機組W火焰鍋爐投產多年，鍋爐高再出口段材料為12Cr1MoV，T91，TP304H規格，其中T91，TP304H為爐內管段材料，其最高允許溫度均超過646℃，12Cr1MoVG為大包內出口管段，其推薦使用溫度≤580℃。在運行時因高溫再熱器中部管屏壁溫經常接近或超過12Cr1MoVG材料的高限值，且因長期超溫12Cr1MoV材料出現了珠光體球化3級，甚至出現爆管現象。

電廠曾就該問題多次進行了探討，提出了諸如通過增設切向布置燃盡風以消除煙溫偏差、在易超溫管屏上刷涂隔熱材料等技術措施，因這些措施施工難度大、投資大而未實施。為減小受熱面蒸汽流量偏差，使同屏各管的壁溫比較接近，該廠后采取了優化節流圈設計的措施，在再熱器進口集箱的管圈入口處設置了 Φ50，Φ27，Φ25.5，Φ25，Φ26，Φ27.5 mm共6種規格的節流圈，但節流圈的偏差設置僅能消除同屏間各管的流量偏差，未能消除沿寬度方向上的流量偏差和吸熱偏差。

最后經過多方論證，決定選擇更高等級的管材、提高高溫再熱器中間管屏材質徹底解決超溫問題。該廠將3號爐超溫嚴重的中部南數第26～49排高溫再熱器出口12Cr1MoV材料管段更換為TP304H材料，選擇更高等級的管材，徹底解決了高溫再熱器中部管屏超溫的問題。

4 結束語

通過受熱面壁溫測試結果可知，W火焰鍋爐受熱面壁溫呈中間高、兩側低的分布規律。而由沿爐寬方向中間高、兩邊低的煙溫不均勻分布、高溫再熱器結構布置的不合理以及管材選擇的過于保守是造成高溫再熱器中間管屏易超溫的主要原因。雖通過運行調整能緩解壁溫偏差，但不能徹底消除偏差，要徹底解決高溫再熱器中間管屏易超溫問題最直接、最有效的方法是提高管材規格。