660MW超超臨界二次再熱燃煤機組鍋爐壁溫測點的設計研究

林志元等

摘 要：文章針對660MW超超臨界二次再熱燃煤機組的特點，以某二次再熱燃煤機組鍋爐為依托，對660MW超超臨界二次再熱燃煤機組的鍋爐壁溫進行了設計優化，保證了運行人員能夠對鍋爐受熱面進行實時全面的監控，為機組的安全運行提供可靠的依據。

關鍵詞：鍋爐壁溫；二次再熱；壁溫測點；布置

前言

近年來，為了提高火力發電機組的熱效率和降低CO2排放，二次再熱技術在大型燃煤機組的設計過程中得到了廣泛的應用。二次再熱技術與一次再熱技術相比，過熱蒸汽出口壓力、再熱蒸汽出口溫度、給水溫度都得到了大大提高，但由于材料基本不變，壓力、溫度的提升對鍋爐受熱面溫度的控制提出了更高的要求。為了防止鍋爐受熱面超溫爆管及管道氧化皮脫落等問題導致的機組不安全事件的發生，有必要對鍋爐壁溫進行設計優化，保證運行人員能夠實時全面的監控鍋爐受熱面的運行情況，為機組的安全運行提供可靠的依據。

1 鍋爐概況

本工程660MW超超臨界二次再熱燃煤機組的鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的超臨界變壓運行直流爐、單爐膛、二次中間再熱、墻式切園燃燒方式、全懸吊結構П型鍋爐。鍋爐過熱蒸汽流量為1918t/h，蒸汽壓力為32.45MPa（g），蒸汽溫度為605℃；鍋爐一次再熱蒸汽流量為1682t/h，蒸汽壓力為11MPa（g），蒸汽溫度為623℃；鍋爐二次再熱蒸汽流量為1431t/h，蒸汽壓力為3.4MPa（g），再蒸汽溫度為623℃。

鍋爐一次再熱和二次再熱高再的出口溫度為623℃，所用材料與一次再熱機組相比，材料等級并沒有提高，為了防止鍋爐受熱面超溫爆管及金屬超溫老化的現象的發生，就必須全面實時監測鍋爐受熱面的管壁溫度，在運行過程中嚴格控制鍋爐管壁溫度的波動，盡可能地避免鍋爐過熱面超溫現象的發生，保證爐管金屬材料的壽命和減少鍋爐管壁超溫爆管的發生率。

2 鍋爐壁溫測點的設計原則

在鍋爐壁溫測點的設計過程中，主要以鍋爐廠提供的管壁溫度分布圖為設計依據，并從理論上進行熱力計算，找出鍋爐各管圈的蒸汽流量偏差，有針對性地制定改進方案，通過理論分析和結合目前已經投運的660MW一次再熱機組在水冷壁、省煤器、過熱器、一次再熱器上裝設壁溫測點的監視經驗，得出了以下測點布置優化原則：（1）所有管壁中熱力計算指示溫度最高的屏管，建議均安裝壁溫測點，同時，溫度場分布圖中的溫度較高，環境惡劣的管子也應安裝壁溫測點。如屏過外三圈管的第二根。（2）所有管壁中受熱面的正中間的屏管，這些管子基本上能代表整個受熱面在爐內的受熱平均水平，具有一定的代表性，故在該屏應盡可能的安裝壁溫測點。（3）處于煙氣溫度高（如迎風面）、或蒸汽流動阻力較大的受熱面管應設壁溫測點，同時，引出管在入口聯箱底部或接近底部的受熱面管也應在出口側設置壁溫測點。（4）所有管壁最內圈且帶夾管作用的管子，管子彎曲度小易堵塞超溫，故應多設置壁溫測點。同時，有節流孔圈的受熱面管應設置壁溫測點：如水冷壁下部垂直管入口設置節流孔圈，調節各管流量相對平衡，節流孔圈因雜物堵死或流量變小，容易造成管壁超溫。

3 鍋爐壁溫測點優化布置方案

本工程鍋爐壁溫測點的設計和布置以鍋爐壁溫測點設計原則為基礎，與發電廠、鍋爐制造廠一起探討確定了本工程單臺機組設置3114點鍋爐壁溫測點，以確保本工程二次再熱機組鍋爐在運行過程中處于最佳狀態，減少鍋爐超溫爆管的概率。具體測點實施方案如下：（1）鍋爐水冷壁管采用垂直布置方案，分為上、下兩部分，中間設混合聯箱。水冷壁上部管及水平煙道側墻管：共1581根管，設339個壁溫測點；水冷壁下部垂直管：共1664根管，設444個壁溫測點；鍋爐水冷壁管（上部）管組，前墻、右側墻、左側墻按從第3根管開始布置，每5根管布置1只熱電偶，后墻（吊掛管）按從第2根管開始布置，每3根管布置1只熱電偶，水平煙道墻管按從第3根管開始布置，每4根管布置1只熱電偶，最后兩根管布置1只熱電偶，合計為339點。鍋爐水冷壁管（下部）管組，按從第2根管開始，每4根管布置1只熱電偶，從第297根管開始，按每2根管布置1只熱電偶，從第325根管開始，按每4根管布置1只熱電偶布置，合計為444點。（2）過熱器分隔屏壁溫管組，分隔屏從前墻至后墻方向分為四組，沿左右側墻方向布置為8片管排，每片管排4組×16根管。每組管排中每片根管按第1、2、3、6、8、11、14、15、16號管各布置1只熱電偶布置，合計為288點。（3）屏式過熱器分隔屏管組，屏式過熱器沿左右側墻間總共有34片管排，每片管排有15根管。在每片的第1、7、8、13、14、15號管布置1只熱電偶，其中，第1、5、9、13、17、18、22、26、30、34片管排，在每片的第2～7（6），9～12號管號各布置1只熱電偶，即每片9只，合計為294點。（4）末級高溫過熱器管組，末級過熱器沿左右側墻間總共有39片管排，每片管排有19根管。在每片的第1、17、18、19號管各布置1只熱電偶，即每片4只；另在第2～16片上，每片的第2、6、11、16、20、24、29、34、39號管各布置1只熱電偶，合計為381點。（5）高壓低溫再熱器管組，總共有70片管排，單片屏管子12根，按第一、二根管平均布置壁溫測點，其中第5，20，32，39，50（51），66管屏的3～12管子各布置1只熱電偶，合計為200點。高壓高溫再熱器管組，按第1～68管屏的第1，6，7，11，12，13管子各布置1只熱電偶，其中，1，9，17，25，34，35，4

4，52，60，68管屏的第2，3，4，5，8，9，10管子各布置1只熱電偶，合計為478點。低壓低溫再熱器管組，按第1～70管屏的第一、二根管平均布置壁溫測點，其中，5，20，32，39，50，66管屏的第3～14管子各布置1只熱電偶，合計為212點。（6）低壓高溫再熱器管組，按第1～68管屏的第1，6，7，11，12，13管子各布置1只熱電偶，其中，1，9，17，25，34，3

5，44，52，60，68管屏的第2，3，4，5，8，9，10管子各布置1只熱電偶，合計為478點。經過優化設計后的壁溫測點，總數由原鍋爐廠的2800點，增加到了優化以后的3114點。

4 結束語

文章從基建設計角度出發，以某工程660MW超超臨界二次再熱燃煤機組鍋爐壁溫測點設計為依托，通過理論分析和已經投運的660MW一次再熱機組裝設壁溫測點的監視經驗，有針對性地制定改進方案，得出測點布置優化原則，提出了合理的測點布置方案，可以防止二次再熱機組鍋爐受熱面由于超溫導致的金屬疲勞和爆管及管道氧化皮脫落等不安全事件的發生，以實現對660MW超超臨界二次再熱燃煤機組鍋爐受熱面壁溫的有效監控。