1 000 MW高效超超臨界鍋爐分隔屏壁溫偏差分析

孫洪民，葉 歡

(1.高效清潔燃煤電站鍋爐國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司)，哈爾濱 150046；2.哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046)

0 引 言

引進(jìn)技術(shù)1 000 MW超超臨界鍋爐過熱器有分隔屏和后屏，在開發(fā)1 000 MW高效超超臨界鍋爐時(shí)，將過熱器改為三級(jí)布置取消了后屏，分隔屏占據(jù)了整個(gè)上爐膛深度，首臺(tái)1 000 MW高效超超臨界鍋爐投運(yùn)后，出現(xiàn)了分隔屏溫度偏差大的問題，經(jīng)分析是由于分隔屏深度增加吸熱量變大，對(duì)煙氣側(cè)偏差體現(xiàn)更加突出所致，通過分析提出了三維立體優(yōu)化方案。

1 實(shí)際運(yùn)行壁溫情況

分隔屏沿爐膛寬度方向共12片大屏，從爐左向爐右編號(hào)1至12，每片大屏沿爐膛深度方向又分為6片小屏，從爐前向爐后編號(hào)A至F，每片小屏有15根管。鍋爐投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)分隔屏壁溫偏差很大，局部容易超溫，限制了主汽溫度，通過大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)分隔屏壁溫分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，不同號(hào)管雖然溫度不同，但整體溫度分布趨勢(shì)基本相似，以壁溫較高的9號(hào)管為例，圖1為爐寬方向壁溫曲線，靠?jī)蓚?cè)的#1屏、#2屏、#11屏、#12屏整體壁溫較低，中間#3屏至#10屏壁溫較高，#6屏、#7屏壁溫明顯偏高。圖2為爐深方向壁溫曲線，C屏、D屏壁溫比A屏、B屏、E屏、F屏要高，爐膛寬度方向和爐膛深度方向都是中間溫度高，兩側(cè)溫度低。

2 流量偏差和熱負(fù)荷偏差分析

首先分析分隔屏壁溫偏差是否為流量偏差引起，分隔屏連接管結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，寬度方向每三片屏共用一個(gè)進(jìn)出口集箱，同一個(gè)集箱下的各屏管接頭長(zhǎng)度不同，各集箱的進(jìn)出口連接管長(zhǎng)度也略有不同，圖3示意了部分分隔屏管接頭和集箱連接管結(jié)構(gòu)。經(jīng)過分析，不同集箱進(jìn)出口連接管道阻力差小于1%，顯然不是造成寬度方向中間管屏壁溫高的原因。對(duì)集箱內(nèi)流動(dòng)靜壓特性進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4所示，由此引起的流量偏差基本小于2%，并且趨勢(shì)線明顯和壁溫趨勢(shì)線不同，可見壁溫偏差也不是由此引起。各大屏管接頭長(zhǎng)度存在一定差異，按實(shí)際長(zhǎng)度計(jì)算阻力平衡后各屏流量偏差見表1，該表可以看出流量偏差總體趨勢(shì)仍然與壁溫大趨勢(shì)不一致，但可以說明局部壁溫分布差異的原因，如6屏和7屏流量小，壁溫最高，5屏和8屏流量大，壁溫低于相鄰的4屏、6屏、7屏、9屏。

表1 各大屏流量偏差

通過分析表明流量偏差不是引起壁溫偏差的主因，壁溫偏差應(yīng)是由爐內(nèi)熱負(fù)荷分布不均勻造成。相關(guān)的爐膛煙氣溫度場(chǎng)模擬也證實(shí)了煙氣側(cè)偏差的存在，分隔屏占據(jù)整個(gè)爐膛深度后，對(duì)于煙氣溫度偏差體現(xiàn)更加突出。收集了近一年運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)幾十個(gè)典型工況進(jìn)行壁溫統(tǒng)計(jì)和分析，根據(jù)運(yùn)行壁溫模擬出各管的吸熱量和熱負(fù)荷，并對(duì)每個(gè)小屏各管熱負(fù)荷進(jìn)行加權(quán)平均，得出每小屏熱負(fù)荷，再將小屏按深度和寬度方向分別進(jìn)行平均，分別繪出寬度和深度兩個(gè)方向熱負(fù)荷曲線，最后將各工況熱負(fù)荷曲線進(jìn)行平均，形成了圖5和圖6典型的分隔屏熱負(fù)荷曲線。寬度方向熱負(fù)荷曲線呈拋物線型，中間#6、#7屏最高，向兩側(cè)遞減，深度方向熱負(fù)荷呈屋脊型，D屏最高，C屏次之。實(shí)際運(yùn)行容易超溫的管屏均處于熱負(fù)荷高的區(qū)域，所以容易超溫，并且超溫時(shí)間較長(zhǎng)。

3 優(yōu)化方案和取得的效果

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是所有管屏均采用相同的結(jié)構(gòu)，所有偏差均包含在壁溫計(jì)算偏差系數(shù)中，這種方法可以保證選材的安全性，但并不能改變運(yùn)行偏差，要解決分隔屏壁溫偏差，就需要改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，對(duì)各管屏進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)。分隔屏采用節(jié)流短管調(diào)節(jié)流量方式，可以方便的通過修改節(jié)流孔徑調(diào)節(jié)流量，根據(jù)熱負(fù)荷分布和各管壁溫情況，通過模擬計(jì)算擬合出運(yùn)行壁溫，再通過修改節(jié)流孔徑，使工質(zhì)流量和熱負(fù)荷相匹配，通過這種耦合方式使壁溫更加均勻，具體方案如下：

(1)將壁溫較低的管屏原有節(jié)流短管孔徑縮小，原沒有節(jié)流的管子增加節(jié)流短管，降低流量將壁溫提高。

(2)外圈管運(yùn)行壁溫整體處于較低水平，有較大余量，故將外圈管增設(shè)節(jié)流短管減小流量，降低同屏管的壁溫偏差。

(3)將主要超溫管屏各管節(jié)流短管孔徑放大，增加流量降低壁溫。

該改造方案實(shí)施后，從圖7和圖8改造前后壁溫三維分布圖比較可以看出，壁溫高溫區(qū)明顯減小和降低，低溫區(qū)溫度升高，壁溫更加均勻，在分隔屏無超溫情況下達(dá)到了額定主汽溫度。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過壁溫分析、流量偏差分析、吸熱量分析等，總結(jié)了分隔屏熱負(fù)荷分布規(guī)律，并采用流量耦合的方法，對(duì)分隔屏進(jìn)行節(jié)流短管差異化設(shè)計(jì)，改造后達(dá)到了預(yù)期效果，降低了壁溫偏差，提高了運(yùn)行安全性，該項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn)可以推廣到其它工程上。