超超临界锅炉受热面壁温异常分析及对策

余勇华

（江苏省特种设备安全监督检验研究院，江苏南京 210036）

超超临界锅炉受热面壁温异常分析及对策

余勇华

（江苏省特种设备安全监督检验研究院，江苏南京 210036）

根据1000 MW垂直管屏超超临界锅炉的结构特点,结合泰州电厂锅炉在制造、安装、调试中的成功经验，分析超超临界锅炉水冷壁及过热再热器壁温异常的原因及危害，提出相应预防措施。

超超临界；水冷壁；过热器；氧化膜

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.30

0 引言

1000 MW超超临界直流锅炉，具有大容量、高蒸汽参数和受热面大的特点。因为没有气泡，所以水冷壁管内径较小，对温度比较敏感。壁面温度异常，可能导致水冷壁管制冷剂热物理性质的变化，恶化传热和流动的偏差，严重时会导致水冷壁管爆管失效。由于过热器工质参数高，大量使用奥氏体不锈钢材料，奥氏体不锈钢管内壁氧化膜剥落堵塞管子弯头部位，引起过热器爆管。无论哪种型式的超温爆管，都严重影响锅炉的安全运行。影响锅炉受热面超温的因素很多，结合泰州电厂1000 MW超超临界锅炉在制造、安装及调试中的成功经验，分析锅炉受热面壁温异常的原因并提出相应预防措施。

1 锅炉及受热面概况

国电泰州电厂锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进日本三菱重工业株式会社（MHI）技术生产的HG-2980/26.25YM2型超超临界参数、变压运行直流锅炉。锅炉采用Π形布置、单炉膛、低NOxPM主燃烧器和MACT型低NOx分级送风燃烧系统、反向双切园燃烧方式，平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构，燃用神府东胜煤。1#机组于2007年12月4日通过168 h试运行。

锅炉水冷壁结构为膜式水冷壁，全部为垂直管屏，采用改进型内螺纹管垂直水冷壁，水冷壁管入口段设计572只节流孔圈，通过二次三叉管过渡的方法，与垂直水冷壁相连接，水冷壁管规格为D28.6 mm×5.8 mm,材料为SA213T12。上、下炉膛之间设计水冷壁中间混合集箱，经2级混合后进入上炉膛。锅炉启动系统设计1台BCP（炉水循环泵）、3只WDC阀（分离器水箱水位调节阀）。锅炉过热器采用四级布置，三级喷水调节，再热器二级布置方式，过热器与再热器的高温段都采用奥氏体不锈钢材料，主要有超细晶粒的Super304H(18Cr钢)和HR3C(25Cr钢)，这两种都是目前世界上最顶级的材料。

2 水冷壁管壁温异常原因分析及对策

2.1 区域性水冷壁出口管壁温异常原因分析及对策

2.1.1 燃烧区水冷壁的局部多吸热现象

（1）燃烧器投用次序的影响。泰州电厂锅炉燃烧器共分6层，从上到下依次为 F，E，D，C，B，A，油燃烧器分上、中、下 3 层，日本三菱重工推荐的点火方式为先点中间层油枪，再点上层油枪，先投F层磨煤机，然后依次投E，D，C，B层，最下层A磨为备用磨。而国内通常的点火方式是自下而上，与三菱推荐的方案相反，泰州电厂锅炉将A层燃烧器改为等离子燃烧器，必须从最下层开始点火。这种点火方式导致燃烧区水冷壁管吸热的高度增加，造成水冷壁管热偏差增大、水冷壁管壁温度局部超标。按照该锅炉的设计理念，正常情况下，磨组投用应按照从上而下的原则。

（2）启动阶段油、煤燃烧器同时使用。泰州电厂1#炉冲管过程中，由于A磨故障，须先投用B磨点火，造成启动初期油、煤混燃，油燃烧器功率较大（每只油枪1 t/h或1.6 t/h），该部位邻近水冷壁吸收了过多的辐射热，造成局部水冷壁温度过高。一般在磨组稳定后，应尽早将油燃烧器退出运行。

2.1.2 燃烧器切圆中心偏移

泰州电厂锅炉采用的是单炉膛双切圆，如果前后墙的二次风压不平衡，将造成火焰中心偏离锅炉的中心线，使靠近火焰中心的一侧水冷壁壁温升高，通过对二次风的调平可以较好地解决该问题。

2.1.3 预防区域性水冷壁管壁温异常的措施

（1）在下炉膛水冷壁出口处增加温测点，最好每个节流孔圈对应一个测点，以便及时发现超温的管子，并通过流量调节增强超温水冷壁管的冷却。

（2）通过及时调整已投磨的出力来控制。

（3）根据三菱公司的建议，尽量快速通过机组的200～300 MW负荷，因为此状态是湿式向干式转变阶段，极不稳定，最易引起超温。

2.2 个别水冷壁出口管壁温异常升高原因分析及对策

（1）制造及安装焊缝成行不好，影响流通面积。这种缺陷可以通过射线检查及通球试验解决。

（2）水冷壁入口管节流孔堵塞、狭窄、孔径尺寸偏小等，也会使得此节流孔圈相对应的水冷壁管内冷却流量不够，造成壁温超限。孔圈质量问题可以通过加强对制造及安装阶段的监督检查力度来解决；孔圈堵塞一般是在锅炉冲洗阶段形成的，由于孔圈内径小（7～14 mm），安装阶段产生的垃圾很容易在此被截住。要解决此问题，一方面在安装过程中，要保证管道的清洁度，另外停炉时用大流量水倒冲洗，使垃圾最终排到炉疏放水管。

3 过热器和再热器管壁温异常原因分析及处理对策

3.1 过热器和再热器管壁温异常类型

超超临界直流锅炉过热器与再热器壁温异常，主要由两种因素导致：①奥氏体不锈钢管内壁汽侧氧化膜剥落堵塞弯头引起超温；②由于受热面管结构的特殊性，在制造或安装中遗留的杂物堵塞管子引起超温。

3.2 锅炉受热面奥氏体不锈钢管内壁汽侧氧化膜剥落产生的危害及对策

（1）氧化膜剥落产生的危害。奥氏体不锈钢锅炉管内壁氧化膜形状分为粉末状和片状，过热器管一般为粉末状或小片状，再热器管一般为大片或长条状，剥落后将堆积在下弯头及水平段部位。当一次剥落较多时，会造成管子通流截面全部或部分堵塞，引起受热面过热爆管。泰州电厂的锅炉由于运行时间短，管子氧化现象还没有出现，但参数高须引起高度重视。

（2）预防措施。奥氏体不锈钢锅炉管内壁氧化膜的生成不可避免，但其达到临界剥落厚度的时间差别很大，即生长速度不尽相同。主要受合金成分、微观组织、运行工况（主要是温度）等诸多因素的影响，其中合金成分（如含Cr量的高低）是主要因素。因为Cr对氧的亲和力比铁大，会优先被氧化，相对降低了铁的氧化速度，所以含Cr量越高的合金钢，抗氧化性越强，泰州电厂锅炉三级过热器、四级过热器及二级再热器大量采用18Cr钢和25Cr钢，目的是防止在高温度下被氧化。运行中控制温度最好的方法是增加温度测点，随时监控温度，泰州电厂锅炉的高温段过热器及二级再热器增加了很多壁温测点，控制壁温效果显著。

3.3 制造安装遗留杂物堵塞管子引起超温情况分析及对策

锅炉高温段过热器与再热器为了消除同屏热偏差，往往采用控制同屏各管的流量来解决。亚临界锅炉及超临界锅炉，由于集箱的材料等级低和蒸汽参数不高，可以在集箱上开不同的孔来满足要求。1000 MW机组超超临界锅炉制造厂商引进的技术不同，采用的方法也不同。泰州电厂锅炉是哈锅引用日本三菱的技术，过热器消除同屏热偏差不是在集箱上开孔，而是在过热器出口加一短管节流，短管是专门加工的，内径根据热力计算各不相同，如四级过热器口径最小的只有10.1 mm，最大也只有16.3 mm，启动初期由于系统垃圾、制造遗留垃圾或管径质量问题都可能引起流量的变化，导致壁温异常。

根据泰州电厂锅炉制造、安装、调试中的经验，在设计、制造、安装和调试阶段分别采取措施，有利于避免因装节流短管引起的壁温异常。

（1）设计阶段。①项目公司请有资质的单位对锅炉进行壁温计算，将核算结果与制造厂提供的值进行对比，如偏差较大，双方将进行讨论并采取必要的措施；②二过、三过、四过、末级再热管壁增加的数量及测点安装位置，根据壁温核算结果确定，并接入主机DCS中监视。

（2）制造阶段。①制造厂应加强对集箱及管道内部清洁度的管理和检查力度，特别是集箱开孔的倒角、毛刺、集箱内部的氧化皮等；②制造厂应严格检查节流短管，确保制造尺寸准确以及安装正确；③项目公司驻厂监造代表要会同制造厂检验人员共同参与短管、联箱等重要环节的验收。

（3）安装阶段。①施工单位对所有吊装前管排必须100%通球，集箱内部和短管做到100%内窥镜检查，对节流短管要提出专项检查措施，确保100%检查到位，并由施工、监理、业主专业人员共同确认；②对已吊装的管排要100%封口，并加强对受热面施工现场管口封闭的考核力度。

（4）调试阶段。①冲管后对二过、三过、四过所有节流短管进行100%射线拍片，同时可抽查三过、四过集箱两管屏的弯头，如有杂物全部清除；②整套启动后，过热器管壁温度如无异常可直接冲168 h试运行，一般在机组带到高负荷（＞750 MW）时，由于汽流扰动较大，过热器总会有些管子超温，如不能有效控制在材料温度允许范围内，可及时停机处理，节流短管继续拍片检查，但不需要全部拍，根据布置结构可抽拍片易堵塞的管子，如集箱的两端管排以及集箱的最下端的管子，如发现杂物割管清除。经过这样处理，过热器异物堵塞引起的超温可得到解决。

4 结语

超超临界锅炉由于蒸汽参数高，结构设计要求不同于亚临界机组，再加上没有安装、运行方面的经验，在启动调试阶段出现问题是正常的，在安装、调试阶段采取相应措施，可以减少锅炉初期的壁温异常现象。

［1］清华大学热能工程教研室.锅炉原理及计算［M］.北京：科学出版社，1985.

［2］马剑民.锅炉受热面奥氏体不锈钢管内壁氧化膜剥落和爆管原因分析与预防措施［C］.陕西省第十届无损检测年会论文集，2006.

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〔编辑 李 波〕