660 MW超超臨界機(jī)組直流鍋爐后屏、末級(jí)過熱器入口管段優(yōu)化

陳捷，劉進(jìn)峰

（江蘇大唐國際呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇啟東226246）

660 MW超超臨界機(jī)組直流鍋爐后屏、末級(jí)過熱器入口管段優(yōu)化

陳捷，劉進(jìn)峰

（江蘇大唐國際呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇啟東226246）

針對(duì)HG-2000/26.15-YM3型660 MW超超臨界機(jī)組直流鍋爐后屏、末級(jí)過熱器中間管屏的入口節(jié)流孔容易被異物堵塞導(dǎo)致超溫爆管的問題，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在入口管段內(nèi)設(shè)計(jì)安裝一個(gè)內(nèi)套管裝置。在滿足蒸汽冷卻流量的前提下，該裝置能有效阻擋異物堵塞節(jié)流孔，提高了設(shè)備的安全運(yùn)行水平。

超超臨界；直流鍋爐；過熱器；優(yōu)化

0 引言

近年來，隨著600 MW與1 000 MW級(jí)超超臨界大型機(jī)組的相繼投產(chǎn)，電網(wǎng)對(duì)機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提出了更高的要求。因此，采取各種有效措施最大限度地提高設(shè)備可靠性、減少非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)成為各電力企業(yè)追求的目標(biāo)。就超超臨界直流鍋爐過熱器而言，除了運(yùn)行過程中的規(guī)范調(diào)整外，檢修時(shí)加大防磨防爆檢查力度，落實(shí)金屬監(jiān)督與化學(xué)監(jiān)督各項(xiàng)要求，盡早發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)處理顯得很重要，這的確是保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的有效手段。當(dāng)然，針對(duì)一些頻發(fā)的共性問題，通過對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提升其可靠性，將過熱器管爆漏的機(jī)率降到最低限度。

1 鍋爐概述

江蘇大唐國際呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司一期工程為4×660 MW超超臨界機(jī)組，鍋爐型號(hào)均為HG-2000/26.15-YM3，是由哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司引進(jìn)三菱重工業(yè)株式會(huì)社技術(shù)設(shè)計(jì)和制造的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流鍋爐。采用П型布置、單爐膛、改進(jìn)型低NOXPM主燃燒器和MACT型低NOX分級(jí)送風(fēng)燃燒系統(tǒng)、墻式切圓燃燒方式，爐膛采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁、帶再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)、一次中間再熱。鍋爐采用平衡通風(fēng)、緊身封閉布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)，直吹式制粉系統(tǒng)、等離子點(diǎn)火方式。鍋爐主要參數(shù)見表1。

2 后屏、末級(jí)過熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)

鍋爐布置有低溫、分隔屏、后屏、末級(jí)共4級(jí)過熱器。

后屏過熱器共35屏，每屏由19根管組成，橫向節(jié)距為534 mm，管子材質(zhì)分別為SA-213 TP347H，SA-213S30432以及SA213TP310HCbN，管徑為Φ51 mm/Φ63.5 mm，管子壁厚為8.0～15mm，在后屏過熱器入口聯(lián)箱下部，距頂棚上部250 mm處的管內(nèi)設(shè)計(jì)有孔徑為Φ8.8 mm，Φ9.1 mm，Φ9.7 mm，Φ10.6 mm，Φ13.7 mm不等的節(jié)流孔。

表1 鍋爐主要參數(shù)

末級(jí)過熱器共56屏，每屏由15根管組成，橫向節(jié)距為333.75 mm，管徑為Φ51 mm/Φ60 mm，管子材質(zhì)分別為SA-213S30432，SA-213TP347H，SA-213T91和SA213TP310HCbN，管子壁厚為7.0～15 mm，在末級(jí)過熱器入口聯(lián)箱下部，距頂棚上部250 mm處的管內(nèi)設(shè)計(jì)有孔徑為Φ10 mm，Φ11.1 mm，Φ11.5 mm，Φ13.1 mm，Φ10.3 mm不等的節(jié)流孔。

3 爆管問題

這4臺(tái)660 MW超超臨界機(jī)組分別于2010年3月、6月投入商業(yè)運(yùn)行，在接下來的幾年中多次發(fā)生受熱面管爆漏事件[1-2]。對(duì)歷次爆管原因進(jìn)行了分析研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中40%是由于后屏、末級(jí)過熱器節(jié)流孔被異物如金屬加工產(chǎn)生的旋屑碎片、金屬熔渣、氧化皮等堵塞，造成管內(nèi)工質(zhì)冷卻流量不足而超溫爆漏，引發(fā)機(jī)組被迫停運(yùn)。另據(jù)調(diào)研，對(duì)選用HG-2000/26.15-YM3型鍋爐的其他電廠，在剛投運(yùn)的幾年內(nèi)，也有類似情況發(fā)生。

在對(duì)歷次后屏、末級(jí)過熱器節(jié)流孔堵塞爆管位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后，又發(fā)現(xiàn)了2個(gè)規(guī)律：

（1）后屏過熱器節(jié)流孔堵塞位置均在第13至26屏之間，而發(fā)生次數(shù)最集中的第17，18，19，20屏則處于整個(gè)聯(lián)箱的中部，以上4屏中，其堵塞位置又集中在爐前向爐后數(shù)第8至14根管之間，從結(jié)構(gòu)上看這幾根管子的入口基本處于入口聯(lián)箱底部。

（2）末級(jí)過熱器節(jié)流孔堵塞位置均在第25至31屏之間，而發(fā)生次數(shù)最集中的第27，28，29，30屏也處于整個(gè)聯(lián)箱的中部，以上4屏中，其堵塞位置又集中在爐前向爐后數(shù)第7至12根管之間，從結(jié)構(gòu)上看這幾根管子的入口也基本處于入口聯(lián)箱底部。

4 原因分析

為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的規(guī)律？分析后認(rèn)為由于后屏、末級(jí)過熱器入口聯(lián)箱為兩端進(jìn)汽，集箱、管道內(nèi)的異物通常會(huì)隨著蒸汽汽流被帶到聯(lián)箱中部，并集中沉積在聯(lián)箱底部。這樣，那些靠近聯(lián)箱底部的受熱面管管口中就容易掉進(jìn)異物，小于節(jié)流孔孔徑的異物可以通過節(jié)流孔進(jìn)入后續(xù)管道，而大于節(jié)流孔孔徑的異物則被卡在節(jié)流孔部位造成局部堵塞，直接的影響是導(dǎo)致管內(nèi)冷卻蒸汽流量減少，管壁溫度升高超限，而長期超溫必然導(dǎo)致金屬性能劣化。另外，高溫下運(yùn)行，隨著時(shí)間的增加，集箱、上一級(jí)過熱器中奧氏體不銹鋼管屏內(nèi)氧化皮的生成和剝落是不可避免的[3]，這些剝落的氧化皮部分會(huì)隨汽流進(jìn)入下一級(jí)過熱器，從而加劇節(jié)流孔部位的堵塞，嚴(yán)重的則將節(jié)流孔完全堵死，在這些情況下，爆管是不可避免的，只是時(shí)間問題。

5 優(yōu)化對(duì)策

針對(duì)以上規(guī)律性的問題，認(rèn)為最為有效的解決辦法是從設(shè)備本身著手，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化阻止異物進(jìn)入節(jié)流孔。在最容易發(fā)生堵塞問題的后屏過熱器第17，18，19，20屏的第8，9，10，11，12，13根管的入口管段，和末級(jí)過熱器第27，28，29，30屏的第7，8，9，10根管的入口管段設(shè)計(jì)安裝1個(gè)內(nèi)套管裝置，安裝時(shí)須保證該內(nèi)套管裝置的入口伸入聯(lián)箱并高出聯(lián)箱內(nèi)壁50 mm，套管內(nèi)徑為Φ14 mm、外徑為Φ20 mm，并在其入口四周鉆出3排共計(jì)12個(gè)直徑為Φ3 mm通孔，最低位的通孔中心距聯(lián)箱內(nèi)壁11 mm，這樣可以確保均勻進(jìn)汽，既滿足管內(nèi)蒸汽的冷卻流量，又保證蒸汽中所攜帶的異物無法掉入管口。內(nèi)套管裝置材質(zhì)原計(jì)劃選用1Cr18Ni9Ti，但考慮到該材料組織性能不穩(wěn)定，長時(shí)間處在高溫環(huán)境下可導(dǎo)致Ti析出，后采用SA213TP310HCbN材料。具體結(jié)構(gòu)及安裝位置如圖1所示。

圖1 過熱器入口管增加套管示意

6 實(shí)施效果

在2號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修中，按照上述優(yōu)化對(duì)策對(duì)2號(hào)鍋爐的后屏、末級(jí)過熱器入口管段進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。先將后屏、末級(jí)過熱器入口聯(lián)箱下部節(jié)流孔的上部管段切開，裝入內(nèi)套管裝置并調(diào)整好位置，確保該裝置的頂端高出聯(lián)箱內(nèi)壁50 mm，然后將套管下端與過熱器管子內(nèi)壁用鎳基焊絲滿焊1圈，焊縫高度不超過套管壁厚。最后將節(jié)流孔上部管段切開處焊好，焊縫按工藝要求進(jìn)行熱處理[4]并100%經(jīng)射線檢查合格。

A級(jí)檢修結(jié)束后，2號(hào)機(jī)組啟動(dòng)并網(wǎng)，至今一直安全穩(wěn)定運(yùn)行，鍋爐未發(fā)生因后屏、末級(jí)過熱器入口節(jié)流孔被異物堵塞造成的管子超溫爆漏事件。

優(yōu)化前后，在相同負(fù)荷下，對(duì)同一受熱面管的壁溫分別進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化前后的壁溫基本無變化，都處在安全溫度下運(yùn)行。這表明加裝內(nèi)套管裝置后，雖然節(jié)流孔前的管道內(nèi)徑由Φ21 mm縮小為Φ14 mm，蒸汽的流動(dòng)阻力增加了，但相對(duì)于該處節(jié)流孔Φ8．8～10 mm的規(guī)格，內(nèi)徑的縮小對(duì)蒸汽冷卻流量的影響是有限的，流量仍能滿足冷卻要求。

對(duì)套管與過熱器管子內(nèi)壁間的角焊縫，計(jì)劃在B級(jí)及以上檢修中，用射線檢查其使用狀況。

7 結(jié)語

對(duì)HG－2000/26．15－YM3型超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流鍋爐，因其后屏、末級(jí)過熱器管子入口設(shè)計(jì)有節(jié)流孔且節(jié)流孔孔徑較?。ㄗ钚】讖綖棣?．8 mm），所以在制造安裝過程中對(duì)集箱、管道的清潔度要求很高。如果在鍋爐制造安裝過程中對(duì)內(nèi)部清潔度把控不嚴(yán)而在系統(tǒng)中混入異物、在設(shè)計(jì)過程中所選金屬材料的高溫抗氧化性不佳或是在運(yùn)行過程中參數(shù)控制不當(dāng)常常超限而造成氧化皮的加速生成與脫落等，都會(huì)對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行構(gòu)成直接威脅。而對(duì)同類型的由上鍋、東鍋生產(chǎn)的鍋爐，因其過熱器入口沒有節(jié)流孔這種結(jié)構(gòu)，所以類似堵管導(dǎo)致過熱器爆漏問題比較少，這類鍋爐因氧化皮問題發(fā)生爆管事故一般出現(xiàn)在氧化皮大量脫落將受熱面管屏U形套管下部彎頭全部堵塞的情況下。當(dāng)然，這與運(yùn)行人員的水平以及所選材料的抗氧化能力也有很大關(guān)系，如果適當(dāng)提高材料等級(jí)，或是在相同材料的條件下對(duì)管材采用噴丸處理，情況會(huì)有所改觀。

目前，針對(duì)哈爾濱鍋爐廠的HG－2000/26．15－YM3型鍋爐，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在后屏、末級(jí)過熱器中間管屏的入口管段加裝內(nèi)套管裝置無疑是一種有益的嘗試。實(shí)踐表明，這種結(jié)構(gòu)在防異物堵塞節(jié)流孔上是有效的，可以在新建或投用時(shí)間不長的鍋爐上推廣應(yīng)用，以減少高溫受熱面管爆漏次數(shù)。當(dāng)然，防止?fàn)t管爆漏是一個(gè)系統(tǒng)工程，更應(yīng)該從設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行、檢修等環(huán)節(jié)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，只有這樣才能取得理想的效果。

[1]陳捷．超超臨界直流鍋爐“四管”爆漏原因分析及對(duì)策[J]．科技視界，2013（23）:148，174．

[2]胡繼武，王立強(qiáng)，程亮，等．超超臨界鍋爐氧化皮綜合治理[J]．華北電力技術(shù)，2013（5）:37－41．

[3]黃興德，周新雅，游喆，等．超（超）臨界鍋爐高溫受熱面蒸汽氧化皮的生長與剝落特性[J]．動(dòng)力工程，2009，29（6）:602－608．

[4]黃嗣羅，陳宗強(qiáng)．焊后熱處理對(duì)P91鋼和TP347鋼焊接接口綜合力學(xué)性能的影響[J]．壓力容器，2008，25（8）: 6－9，35．

（本文編輯：陸瑩）

Inlet Tube Optimization of Pendant Superheater and Finishing Superheater of Once-through Boiler of 660 MW Ultra-supercritical Generating Units

CHEN Jie，LIU Jinfeng
（Jiangsu Datang International Lyusigang Power Generation Co.，Ltd.，Qidong Jiangsu 226246，China）

Inlet throttling orifice in middle tube screen of pendant superheater and finishing superheater of once-through boiler of 660 MW HG-2000/26.15-YM3 ultra-supercritical generating units is often blocked by foreign objects that result in tube burst.Therefore，structural optimization is conducted.An internal sleeve device is designed and installed in the inlet tube to effectively prevent foreign objects blocking throttling orifice and guarantee steam cooling flow in the meantime to improve operation safety of the equipment.

ultra-supercritical；once-through boiler；superheater；optimization

TK223.3

：B

：1007-1881（2016）03-0050-03

2015-10-23

陳捷（1973），男，高級(jí)工程師、鍋爐輔機(jī)檢修高級(jí)技師，從事發(fā)電廠鍋爐及其附屬設(shè)備的檢修管理工作。