660 MW超超临界机组直流锅炉后屏、末级过热器入口管段优化

陈捷，刘进峰

（江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司，江苏启东226246）

660 MW超超临界机组直流锅炉后屏、末级过热器入口管段优化

陈捷，刘进峰

（江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司，江苏启东226246）

针对HG-2000/26.15-YM3型660 MW超超临界机组直流锅炉后屏、末级过热器中间管屏的入口节流孔容易被异物堵塞导致超温爆管的问题，进行结构优化。在入口管段内设计安装一个内套管装置。在满足蒸汽冷却流量的前提下，该装置能有效阻挡异物堵塞节流孔，提高了设备的安全运行水平。

超超临界；直流锅炉；过热器；优化

0 引言

近年来，随着600 MW与1 000 MW级超超临界大型机组的相继投产，电网对机组的安全经济运行提出了更高的要求。因此，采取各种有效措施最大限度地提高设备可靠性、减少非计划停运次数成为各电力企业追求的目标。就超超临界直流锅炉过热器而言，除了运行过程中的规范调整外，检修时加大防磨防爆检查力度，落实金属监督与化学监督各项要求，尽早发现问题并及时处理显得很重要，这的确是保证机组安全稳定运行的有效手段。当然，针对一些频发的共性问题，通过对现有设备的结构优化提升其可靠性，将过热器管爆漏的机率降到最低限度。

1 锅炉概述

江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司一期工程为4×660 MW超超临界机组，锅炉型号均为HG-2000/26.15-YM3，是由哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进三菱重工业株式会社技术设计和制造的超超临界参数变压运行直流锅炉。采用П型布置、单炉膛、改进型低NOXPM主燃烧器和MACT型低NOX分级送风燃烧系统、墙式切圆燃烧方式，炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、带再循环泵的启动系统、一次中间再热。锅炉采用平衡通风、紧身封闭布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构，直吹式制粉系统、等离子点火方式。锅炉主要参数见表1。

2 后屏、末级过热器结构参数

锅炉布置有低温、分隔屏、后屏、末级共4级过热器。

后屏过热器共35屏，每屏由19根管组成，横向节距为534 mm，管子材质分别为SA-213 TP347H，SA-213S30432以及SA213TP310HCbN，管径为Φ51 mm/Φ63.5 mm，管子壁厚为8.0～15mm，在后屏过热器入口联箱下部，距顶棚上部250 mm处的管内设计有孔径为Φ8.8 mm，Φ9.1 mm，Φ9.7 mm，Φ10.6 mm，Φ13.7 mm不等的节流孔。

表1 锅炉主要参数

末级过热器共56屏，每屏由15根管组成，横向节距为333.75 mm，管径为Φ51 mm/Φ60 mm，管子材质分别为SA-213S30432，SA-213TP347H，SA-213T91和SA213TP310HCbN，管子壁厚为7.0～15 mm，在末级过热器入口联箱下部，距顶棚上部250 mm处的管内设计有孔径为Φ10 mm，Φ11.1 mm，Φ11.5 mm，Φ13.1 mm，Φ10.3 mm不等的节流孔。

3 爆管问题

这4台660 MW超超临界机组分别于2010年3月、6月投入商业运行，在接下来的几年中多次发生受热面管爆漏事件[1-2]。对历次爆管原因进行了分析研究，结果发现其中40%是由于后屏、末级过热器节流孔被异物如金属加工产生的旋屑碎片、金属熔渣、氧化皮等堵塞，造成管内工质冷却流量不足而超温爆漏，引发机组被迫停运。另据调研，对选用HG-2000/26.15-YM3型锅炉的其他电厂，在刚投运的几年内，也有类似情况发生。

在对历次后屏、末级过热器节流孔堵塞爆管位置进行统计分析后，又发现了2个规律：

（1）后屏过热器节流孔堵塞位置均在第13至26屏之间，而发生次数最集中的第17，18，19，20屏则处于整个联箱的中部，以上4屏中，其堵塞位置又集中在炉前向炉后数第8至14根管之间，从结构上看这几根管子的入口基本处于入口联箱底部。

（2）末级过热器节流孔堵塞位置均在第25至31屏之间，而发生次数最集中的第27，28，29，30屏也处于整个联箱的中部，以上4屏中，其堵塞位置又集中在炉前向炉后数第7至12根管之间，从结构上看这几根管子的入口也基本处于入口联箱底部。

4 原因分析

为什么会出现这样的规律？分析后认为由于后屏、末级过热器入口联箱为两端进汽，集箱、管道内的异物通常会随着蒸汽汽流被带到联箱中部，并集中沉积在联箱底部。这样，那些靠近联箱底部的受热面管管口中就容易掉进异物，小于节流孔孔径的异物可以通过节流孔进入后续管道，而大于节流孔孔径的异物则被卡在节流孔部位造成局部堵塞，直接的影响是导致管内冷却蒸汽流量减少，管壁温度升高超限，而长期超温必然导致金属性能劣化。另外，高温下运行，随着时间的增加，集箱、上一级过热器中奥氏体不锈钢管屏内氧化皮的生成和剥落是不可避免的[3]，这些剥落的氧化皮部分会随汽流进入下一级过热器，从而加剧节流孔部位的堵塞，严重的则将节流孔完全堵死，在这些情况下，爆管是不可避免的，只是时间问题。

5 优化对策

针对以上规律性的问题，认为最为有效的解决办法是从设备本身着手，通过结构优化阻止异物进入节流孔。在最容易发生堵塞问题的后屏过热器第17，18，19，20屏的第8，9，10，11，12，13根管的入口管段，和末级过热器第27，28，29，30屏的第7，8，9，10根管的入口管段设计安装1个内套管装置，安装时须保证该内套管装置的入口伸入联箱并高出联箱内壁50 mm，套管内径为Φ14 mm、外径为Φ20 mm，并在其入口四周钻出3排共计12个直径为Φ3 mm通孔，最低位的通孔中心距联箱内壁11 mm，这样可以确保均匀进汽，既满足管内蒸汽的冷却流量，又保证蒸汽中所携带的异物无法掉入管口。内套管装置材质原计划选用1Cr18Ni9Ti，但考虑到该材料组织性能不稳定，长时间处在高温环境下可导致Ti析出，后采用SA213TP310HCbN材料。具体结构及安装位置如图1所示。

图1 过热器入口管增加套管示意

6 实施效果

在2号机组A级检修中，按照上述优化对策对2号锅炉的后屏、末级过热器入口管段进行了结构优化。先将后屏、末级过热器入口联箱下部节流孔的上部管段切开，装入内套管装置并调整好位置，确保该装置的顶端高出联箱内壁50 mm，然后将套管下端与过热器管子内壁用镍基焊丝满焊1圈，焊缝高度不超过套管壁厚。最后将节流孔上部管段切开处焊好，焊缝按工艺要求进行热处理[4]并100%经射线检查合格。

A级检修结束后，2号机组启动并网，至今一直安全稳定运行，锅炉未发生因后屏、末级过热器入口节流孔被异物堵塞造成的管子超温爆漏事件。

优化前后，在相同负荷下，对同一受热面管的壁温分别进行比较，发现优化前后的壁温基本无变化，都处在安全温度下运行。这表明加装内套管装置后，虽然节流孔前的管道内径由Φ21 mm缩小为Φ14 mm，蒸汽的流动阻力增加了，但相对于该处节流孔Φ8．8～10 mm的规格，内径的缩小对蒸汽冷却流量的影响是有限的，流量仍能满足冷却要求。

对套管与过热器管子内壁间的角焊缝，计划在B级及以上检修中，用射线检查其使用状况。

7 结语

对HG－2000/26．15－YM3型超超临界参数变压运行直流锅炉，因其后屏、末级过热器管子入口设计有节流孔且节流孔孔径较小（最小孔径为Φ8．8 mm），所以在制造安装过程中对集箱、管道的清洁度要求很高。如果在锅炉制造安装过程中对内部清洁度把控不严而在系统中混入异物、在设计过程中所选金属材料的高温抗氧化性不佳或是在运行过程中参数控制不当常常超限而造成氧化皮的加速生成与脱落等，都会对锅炉的安全运行构成直接威胁。而对同类型的由上锅、东锅生产的锅炉，因其过热器入口没有节流孔这种结构，所以类似堵管导致过热器爆漏问题比较少，这类锅炉因氧化皮问题发生爆管事故一般出现在氧化皮大量脱落将受热面管屏U形套管下部弯头全部堵塞的情况下。当然，这与运行人员的水平以及所选材料的抗氧化能力也有很大关系，如果适当提高材料等级，或是在相同材料的条件下对管材采用喷丸处理，情况会有所改观。

目前，针对哈尔滨锅炉厂的HG－2000/26．15－YM3型锅炉，通过结构优化，在后屏、末级过热器中间管屏的入口管段加装内套管装置无疑是一种有益的尝试。实践表明，这种结构在防异物堵塞节流孔上是有效的，可以在新建或投用时间不长的锅炉上推广应用，以减少高温受热面管爆漏次数。当然，防止炉管爆漏是一个系统工程，更应该从设计、制造、安装、运行、检修等环节严把质量关，只有这样才能取得理想的效果。

[1]陈捷．超超临界直流锅炉“四管”爆漏原因分析及对策[J]．科技视界，2013（23）:148，174．

[2]胡继武，王立强，程亮，等．超超临界锅炉氧化皮综合治理[J]．华北电力技术，2013（5）:37－41．

[3]黄兴德，周新雅，游喆，等．超（超）临界锅炉高温受热面蒸汽氧化皮的生长与剥落特性[J]．动力工程，2009，29（6）:602－608．

[4]黄嗣罗，陈宗强．焊后热处理对P91钢和TP347钢焊接接口综合力学性能的影响[J]．压力容器，2008，25（8）: 6－9，35．

（本文编辑：陆莹）

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

陈捷（1973），男，高级工程师、锅炉辅机检修高级技师，从事发电厂锅炉及其附属设备的检修管理工作。