超臨界直流電站鍋爐水冷壁開裂原因分析及改進(jìn)措施

鄒益平 劉明旭 劉獻(xiàn)游(四川省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 成都 610061)

超臨界直流電站鍋爐水冷壁開裂原因分析及改進(jìn)措施

鄒益平 劉明旭 劉獻(xiàn)游
(四川省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 成都 610061)

本文介紹了超臨界直流電站鍋爐檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的水冷壁開裂、變形，調(diào)風(fēng)器鰭片燒損變形，集箱管接頭角焊縫裂紋，剛性梁固定耳板處拉裂、變形等問題。對(duì)產(chǎn)生這些問題的原因進(jìn)行了分析和研究，認(rèn)為各水冷壁管子內(nèi)水汽溫度不均勻是造成拉裂、變形的主要原因。針對(duì)產(chǎn)生問題的原因，提出要預(yù)防此類問題發(fā)生就必須控制水冷壁超溫和降低水冷壁各管子間溫度差。并詳細(xì)地論述了控制水冷壁超溫和降低水冷壁各管子間溫度差的八項(xiàng)具體改進(jìn)措施。

直流電站鍋爐 溫差應(yīng)力 熱負(fù)荷不均勻 水冷壁開裂

隨著工業(yè)發(fā)展，火力發(fā)電站發(fā)電量越來越大，電站鍋爐也向著高參數(shù)、高蒸發(fā)量發(fā)展。國內(nèi)各大鍋爐廠生產(chǎn)的高容量、超臨界W火焰鍋爐相繼投入運(yùn)行。在國內(nèi)某電廠600MW，W火焰燃燒，超臨界直流鍋爐內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了水冷壁鰭片開裂、變形等問題，本文對(duì)此進(jìn)行了探討，并提出了改進(jìn)和預(yù)防措施。

1 鍋爐情況簡介

本鍋爐為600MW，W火焰燃燒，超臨界直流鍋爐。2011年6月投入運(yùn)行。額定蒸汽壓力：25.3MPa，額定蒸發(fā)量：1841t/h，過熱器出口溫度：572℃。爐膛為單爐膛，采用Π形布置，前后水冷壁寬度32m，兩側(cè)水冷壁深9.96m（拱形部分17.1m）。水冷壁以中間混合集箱為界（過渡段水冷壁位置）分為上下兩部分。上下爐膛中間裝設(shè)中間混合集箱是為了減小水冷壁管間的溫度偏差，保證汽水兩相分配的均勻性，進(jìn)一步減少了水冷壁出口的溫度偏差，保證了水冷壁工作的安全性。水冷壁布置如圖1所示。

圖1 水冷壁總體布置圖

爐膛水冷壁采用具有正流量響應(yīng)特性的低質(zhì)量流速垂直管圈。下部爐膛水冷壁采用優(yōu)化內(nèi)螺紋管，規(guī)格31.8×5.5 材料為SA-213T12，且在爐拱及以下水冷壁均敷設(shè)有衛(wèi)燃帶。上部水冷壁采用光管，前墻和兩側(cè)墻管子規(guī)格為31.8×7，材料12Cr1MoVG，后墻、折焰角及水平煙道規(guī)格為31.8×6.5 材料12Cr1MoVG。

2 水冷壁內(nèi)部檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題

2012年6月設(shè)備運(yùn)行1年后在對(duì)水冷壁內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了以下6個(gè)問題：

1)前墻水冷壁中部從水冷壁中間混合集箱上部至水冷壁上集箱底部位置有兩處鰭片開裂，長度約16.5m。如圖1（標(biāo)高47450到64000）

2)中間混合集箱以上前墻水冷壁管存在不同程度的波浪狀變形。

圖1

3)前后墻26只燃盡風(fēng)調(diào)風(fēng)器四角寬鰭片普遍燒損變形。圖2（標(biāo)高34565）

圖2

4)前墻吹灰器附近水冷壁管有高溫氧化層出現(xiàn)。圖3（標(biāo)高53300）

圖3

5)前墻水冷壁上集箱（標(biāo)高65100）管接頭角焊縫多處出現(xiàn)裂紋（集箱中間約40個(gè)管接頭）。

6)前墻、側(cè)墻剛性梁固定耳板多處拉裂、變形。

3 原因分析

通過對(duì)鍋爐的檢查，缺陷集中在上部水冷壁區(qū)域，經(jīng)分析認(rèn)為前墻水冷壁鰭片拉裂的根本原因是，爐膛前墻寬度方向上各水冷壁管子內(nèi)水汽溫度不均勻，各管子間的金屬溫度相差很大，管子膨脹量不均，從而造成水冷壁鰭片拉裂。同時(shí)，還因?yàn)椴糠謪^(qū)域水冷壁管子超溫，鰭片也同時(shí)超溫，鋼材因溫度增加而導(dǎo)致許用應(yīng)力下降，致使被撕裂。造成溫差過大和超溫,其原因如下：

1）由于爐膛內(nèi)燃燒器的送煤量存在著差異，造成某些區(qū)域熱負(fù)荷高、而某些區(qū)域熱負(fù)荷低,導(dǎo)致水冷壁管子存在著溫度差異。

2）鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，因?yàn)樗浔趦?nèi)介質(zhì)流動(dòng)速率較低，換熱效果不理想，致使水冷壁管壁超溫嚴(yán)重。

3）鍋爐升負(fù)荷階段，往往在低負(fù)荷時(shí)加大進(jìn)煤量，爐膛內(nèi)燃燒劇烈，而此時(shí)水冷壁內(nèi)介質(zhì)還未達(dá)到額定流速，致使水冷壁管超溫。

4）二次風(fēng)風(fēng)壓過小，導(dǎo)致本為W形的火焰，直接向上燃燒，而沒有向下燃燒的過程，使上爐膛的熱負(fù)荷增大，水冷壁管超溫。又由于爐膛寬度過寬，導(dǎo)致爐膛寬度方向上溫差加劇。

理論上上部水冷壁斷面熱負(fù)荷是下部水冷壁的1.7倍左右，由于水冷壁中間混合集箱和前墻水冷壁上集箱間的光管式水冷壁管過長，前墻過寬（32m，668根管子，而側(cè)墻僅200根管子），同一標(biāo)高度位置左右水冷壁管子內(nèi)介質(zhì)流速不均；又處于熱負(fù)荷較大部位，導(dǎo)致前墻左右側(cè)水冷壁膨脹不均勻。

4 改進(jìn)、預(yù)防措施

為防止鍋爐出現(xiàn)水冷壁開裂的現(xiàn)象，應(yīng)從控制水冷壁超溫和降低水冷壁各管子間溫度差兩個(gè)方面制定相應(yīng)的預(yù)防措施。應(yīng)做到以下幾點(diǎn)；

1）精確調(diào)整各燃燒器送煤量，使燃燒器輸出負(fù)荷盡可能一致。特別是在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)更是如此。

2）在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，適當(dāng)調(diào)高鍋爐給水壓力與給水量，使之達(dá)到平衡，保證介質(zhì)在水冷壁中的流速，增強(qiáng)換熱效果。

3）在升負(fù)荷時(shí)，應(yīng)緩慢增加給煤量，并同時(shí)增加給水壓力，以增強(qiáng)換熱，保證水冷壁不超溫。

4）應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水冷壁管屏的溫度監(jiān)視，控制管壁不超溫；同時(shí)也應(yīng)監(jiān)視水冷壁同一水平面溫差變化。當(dāng)出現(xiàn)超溫或溫差過大時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整。

5）在前墻上部水冷壁鰭片上開設(shè)應(yīng)力釋放縫，直接解決水冷壁管屏膨脹不均勻的問題。

6）調(diào)整二次風(fēng)風(fēng)壓，保證火焰呈W形，防止上部水冷壁管子超溫。

7）在上部水冷壁超溫最嚴(yán)重的區(qū)域設(shè)置衛(wèi)燃帶，減小此區(qū)域的熱量吸收，減小水冷壁管屏溫差。

8）在上部水冷壁前墻中部再加裝一混合集箱，進(jìn)一步減小爐膛寬度方向水冷壁的溫差應(yīng)力。

5 結(jié)束語

本超臨界直流鍋爐內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的水冷壁變形、拉裂的問題，直接原因是因?yàn)楦鞴茏娱g膨脹不均勻引起的。應(yīng)從控制壁溫，穩(wěn)定燃燒，加設(shè)應(yīng)力釋放縫，調(diào)整火焰形狀，增加衛(wèi)燃帶，加裝混合集箱等方面進(jìn)行改進(jìn)、預(yù)防。從而防止其水冷壁變形、拉裂的問題再次發(fā)生。同時(shí)，通過此臺(tái)鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，也將為我國大型電站鍋爐的設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)。

1 嚴(yán)禎榮,等.變壓運(yùn)行超超臨界鍋爐螺旋管圈水冷壁安全性的影響因素[J].中國特種設(shè)備安全,2011,27(3):10～13.

2 樓紅軍. 6 0 0/6 6 0 M W機(jī)組鍋爐爐管卡塊缺陷的分析 [J].中國特種設(shè)備安全,2011,27(5):59～60.

3 徐暉.電站鍋爐水冷壁管嚴(yán)重堿性腐蝕分析及處理[J].中國特種設(shè)備安全,2012,28(5):48～50.

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5 張志超. 鍋爐水冷壁爆管原因分析[J]. 中國特種設(shè)備安全,2012,28(12):69～70.

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Reason Analysis and Improvement Measure of the Water Wall Tubes Crack in Super-critical Power once Through Boiler

Zou Yiping Liu Mingxu Liu Xianyou
( Sichuan province special equipments inspection institute Chengdu 610061)

This paper introduced the water wall tubes crack and transform, fi ns transform nearby airfl ow modulator, fi llet weld crack of tube connections on head, transform and crack on level rigid beam fi x device in that boiler inspection, etc. in super-critical power once through boiler. Analyzing the produced reason of these problems, it is considered that the main reason of crack and transform is the uneven temperature of internal water vapor in the water wall tubes. To prevent these problems, 8 suggestions is given in this paper, such as: controlling over heat in water wall tubes, reducing temperature different between the tube of water wall tubes, etc.

Once through boiler Stress for temperature difference Thermal load asymmetry Crack in water wall tubes

933.2

B

1673－257X(2014)07－50－03

鄒益平（1961～),男，高級(jí)工程師，從事承壓類特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)和定期檢驗(yàn)工作。

2014－01－09）