超臨界燃煤機組鍋爐受熱面U型管屏采暖工藝研究與應用

摘要：超臨界機組鍋爐水壓后U型管屏內部積水無法排出，尤其是在中國北方寒冷冬季，無法排出的水極易凍結，會對U型管排造成嚴重損傷，所以采暖工藝是極其重要的工藝程序，是鍋爐受熱面管防裂紋的根本保證，直接影響整個鍋爐運行安全。本論文根據超臨界機組鍋爐U型管屏采暖施工實際情況展開工藝技術研究，采用蒸汽加熱采暖為主，炭爐加熱為輔的方式，提高爐膛整體溫度。

關鍵詞：超臨界機組;U型管屏;采暖工藝;炭爐加熱。

1.前言

鍋爐整體水壓試驗完成后按照規范要求鍋爐需采用干-濕結合的保養方法，將水冷系統、省煤器系統、啟動系統等管道內的存水排放干凈，而高溫過熱器系統、高溫再熱器系統內由于設備構造U型管屏原因，積水無法排放，因此整個冬季必須采取采暖措施，保證屏過不被凍傷。鍋爐水壓試驗完后迅速移交保溫，鍋爐水冷壁、連接管道部分暫不考慮采暖，因此鍋爐冬季采暖僅考慮爐內屏過、高過、高再區域的受熱面U型管排。考慮鍋爐水壓后續工作，鍋爐酸洗、鍋爐風壓試驗、鍋爐啟動吹管等，鍋爐采暖方式采用蒸汽加熱+炭爐加熱的方式，進行鍋爐受熱面U型管屏冬季的采暖防凍措施，使爐膛內部過熱器區域、再熱器區域的局部溫度保持在5℃以上。

2.鍋爐受熱面U型管屏采暖工藝

前提是啟動鍋爐具備使用條件，根據超臨界機組鍋爐采暖所用蒸汽流量，經過計算啟動鍋爐（單臺蒸汽量為35t/h，壓力P=1.27MPa，溫度t=350℃）來汽可以作為整個系統蒸汽加熱采暖的用汽，因此只需將啟動鍋爐的蒸汽通過臨時管道接至鍋爐屏過底部標高，穿過鍋爐水冷壁人孔門，引至鍋爐爐膛內，過熱器區域、再熱器區域，將熱量散發，提高周圍溫度，使溫度保持5℃以上。

2.1 采暖管道設計和布置

供熱系統（見圖1）是由啟動鍋爐蒸汽來汽接至汽機房輔汽聯箱，鍋爐房輔助蒸汽管道自輔汽聯箱接至空預器輔助蒸汽接口。供暖臨時管道采用φ108管道，在鍋爐房輔助蒸汽管道與才能臨時管道最近位置采用臨時接口，并在靠平臺位置安裝隔離閥（截止閥PN2.5 DN100），由鍋爐分隔屏底部標高位置擴鍋爐兩側人孔門處進至鍋爐爐膛內部，通過自制的散熱管（φ57管道制作而成）給分隔屏、高過、高再底部進行加熱升溫。散熱管通過受熱面管排底部增加臨時支架固定在受熱面管排的底部。供熱管道在爐膛外部采用硅酸鋁針刺毯保溫，厚度在150mm，防止熱量散失。整個鍋爐供熱管道的疏水點設置在爐膛內，由于分隔屏的底部相對高過、高再位置較低，因此在分隔屏底部設置疏水管道，疏水管道上設置自動疏水器，通過鍋爐爐墻火焰電視觀察孔，疏水至鍋爐0米地溝。

2.2炭火加熱設計和布置

避免啟動鍋爐在供暖過程中出現意外情況導致，啟動鍋爐供暖不足，還額外布置炭火加熱點，炭爐加熱點布置在鍋爐爐膛內的以下三處位置，分別為鍋爐運轉層位置、后水上部、省煤器上部。在鍋爐運轉層處利用爐膛內腳手架平臺，在腳手架平臺上架設炭爐8只（見圖二），后水上部折焰角位置架設火爐4只（見圖三），省煤器管排上部架設火爐8只（見圖四），共計需要炭爐20只（每個焦炭爐每天燃燒大約需要350kg的煤炭。）。

2.3其他措施：

2.3.1為保證供熱管道散發的熱量能充分被受熱面管排吸收，爐膛內部采暖效果達到最大化，鍋爐所有門孔應安裝完畢并封閉嚴實，僅保留部分供人員臨時進出。

2.3.2省煤器出口灰斗處的擋板門以及空氣預熱器進口處的擋板門關閉，并覆蓋防火油布，在防火油布的上層再覆蓋一層石棉毯。

2.3.3在鍋爐水冷壁下部、鍋爐冷灰斗處搭設封閉腳手架，鋪設鋼制腳手板，腳手板的上方覆蓋防火油布，在防火油布的上層在覆蓋一層石棉毯，以起到減少爐膛內的空氣流動，增加換熱效率的作用。

2.3.4考慮爐頂過熱器連接管道、再熱器連接管道等在爐頂外，采暖效果低，因此在鍋爐頂棚上設置8個炭爐，以起到升溫加熱的效果。同時爐外管道的保溫工作必須盡早結束，鍋爐本體的保溫棉至少必須鋪設一層。

2.3.5爐緊身封閉前側、左側、后側、屋頂等部位必須封閉結束，以減少熱量散失。考慮鍋爐與側煤倉部分未設計有封閉，因此還需采取臨時封閉措施，在鍋爐與側煤倉之間搭設南北方向的腳手架，與鍋爐緊身封閉連接，并在腳手架的一側固定彩鋼板，以起到隔離封閉作用。

2.3.6所有疏水門、放空氣門、壓力測點、取樣等閥門關閉，并懸掛禁止操作的標志，盡量減少受熱面管排中的熱量散發，并盡量保證管道的保溫已完成。

2.3.7鍋爐煙風系統的暖風器在后續采暖加熱過程中，也可以使用暖風器對爐膛進行加熱，安裝時，提前將暖風器供汽管道接通，包括暖風器疏水管道接通，將至空預器吹灰器汽源管道的隔絕門安裝到位，并關閉掛鎖，防止有人誤操作。同時將熱一次風道、熱二次風道的煙風擋板門打開，使煙風系統的熱風能正常吹至爐膛內，增加爐膛內部的采暖效果。

2.3.8將爐頂蒸汽管道所有閥門始終處于開啟狀態，確保蒸汽氣流通暢，以保證整個受熱面溫度。

（2）鍋爐受熱面U型管屏相關計算

3.1供暖熱量計算：

查公式得出飽和蒸汽的比熱容為2.1kJ/（kg·℃），普通碳鋼管道的比熱容為0.4605kJ/（kg·℃），啟動鍋爐主蒸汽管道的設計溫度為350℃，蒸汽量為35t（單臺啟動鍋爐），水蒸氣的密度0.8035kg/m3，所以1t水蒸汽的體積等于1000/0.8035=1244.6m3，環境最低溫度為-29.6℃，爐膛傳熱體積為約53200m3。

得出以下計算：

結果Q1>Q2，單臺啟動鍋爐的蒸汽量滿足爐膛內部保溫效果（爐膛內部溫度大于5℃）。

3.2管道強度計算：

鍋爐供暖蒸汽管道的蒸汽壓力為1.27MPa，溫度350℃，根據公式：

Sc-----------直管計算壁厚，單位mm

Sm-----------允許最小壁厚，單位㎜

P -----------設計壓力，單位MPa

D0 -----------管子外徑，單位㎜

α-----------考慮腐蝕、磨損和機械強度要求的附加厚度，單位mm

【σ】t------- 鋼材在溫度t下的基本許用應力，單位MPa

η------------基本許用應力的修正系數，對于無縫鋼管η=1.0

C------------直管壁厚負偏差的附加值，單位mm

A------------直管壁厚負偏差系數，此處根據《火力發電廠汽水管道設計技術規定》，取0.1

Y------------溫度對計算管子壁厚公式的修正系數，此處根據《火力發電廠汽水管道設計技術規定》，取0.4

對于20G鋼材來說，【σ】= 134MPa

采用20G的φ57×4的無縫鋼管作為供暖管道完全滿足要求。

3.3閥門強度核算：

供熱系統管道閥門均采用壓力等級為PN2.5閥門，完全可以滿足壓力P=1.27MPa的管道壓力。

綜上所述：本工程選用的管道、閥門、材質、管徑等滿足設計及安全需求。

結論

通過對超臨界機組鍋爐受熱面U型管屏采暖工藝研究與應用，使用本論文所論述的施工方式，能夠達到鍋爐U型管屏所需溫度，保證管屏管子不因溫度低而凍裂，有較廣泛的應用前景。

參考文獻：

[1] 中國電建集團核電工程有限公司超臨界機組鍋爐受熱面U型管屏采暖施工中所編制施工措施和作業指導書

作者簡介：

趙士清（1983- ），男，山東濟南，本科，工程師，一級建造師，從事火力發電工程項目管理，主要研究大型機組機務安裝和調試。