600MW 亚临界对冲锅炉再热器壁温超限原因分析

董寒迪

（内蒙古托克托发电有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010010）

引言

托克托发电公司5 号炉锅炉为600MW 亚临界参数、自然循环、前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、紧身封闭、全钢构架的P 型汽包炉，再热汽温采用烟气挡板调节。自低氮节能改造以来，出现了再热段烟温偏差大，壁温超温报警现象，主要超温点分布在末级再热器前中部区域，部分壁温测点时长出现超过600℃（高限600℃）的现象，最高可达620℃，严重影响了锅炉的运行安全，限制了锅炉带负荷的能力。长期过热时，管壁温度长期处于设计温度以上而低于材料的下临界温度，超温幅度不大但时间较长，锅炉管子发生碳化物球化、管壁氧化减薄、持久强度下降、蠕变速度加快，使管径均匀胀粗，最后在最薄弱部位导致脆裂的爆管现象（即发生高温蠕变型、应力氧化裂纹型、氧化减薄型。爆管破口的显微特征为：出现珠光体球化、石墨化、炭化物析出并聚集长大等组织变化；有明显的蠕变裂纹）。短期过热时，当管壁温度超过材料的下临界温度时，材料的抗拉强度急剧下降，在内压力作用下，发生胀管和爆管现象。显微特征为：有相变发生，如淬火或回火组织；有时有一定程度的珠光体球化现象。在采取了限制负荷变化率、增大再热减温水流量等措施后，效果并不明显。

一、设备概况

（一）再热器系统概况

托克托发电公司5 号炉锅炉为600MW 亚临界参数、自然循环、前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、紧身封闭、全钢构架的P 型汽包炉，锅炉设计压力19.1Mpa，最大连续蒸发量2070t/h，额定蒸发量1876t/h，额定蒸汽温度541℃。设计主燃料为准格尔烟煤，低位发热量17981kj/kg。炉膛燃烧方式为正压直吹前后墙对冲燃烧，前后墙下层各5 只低NOx 轴向旋流燃烧器，其他20 只燃烧器为中心给粉旋流煤粉燃烧器，前后墙各布置两层燃尽风，以减少NOx 的排放。再热蒸汽汽温采用设置在尾部分烟道底部的烟气挡板调节装置，来调节再热器出口温度。并在冷段再热器入口导管上装设了两只事故喷水减温器。再热器系统按蒸汽流程依次分为低温再热器和高温再热器。

低温再热器位于后竖井的前烟道内，分为水平段和垂直段。水平段顺列逆流布置，共分成三个管组，每组间留有一定的检修空间：水平段第一管组管子为φ63.5×5/6，SA-210C，横向节距S1=115,纵向节距S2=87.3,5根绕，178 屏；水平段第二、三管组管子为φ63.5×5/6，15CrMoG，横向节距S1=115,纵向节距S2=87.3,5 根绕，178 屏；在低温再热器进入前转向室时，每两排管子合并成一排，形成出口垂直段，垂直出口管段管子为φ57×4.5，12Cr1MoVG，横向节距S1=230,纵向节距S2=79,10 根绕，89屏。低温再热器水平段管组通过省煤器吊挂管悬吊在大板梁下，根据不同的烟温，水平段管组的支撑件使用不同的材料：水平段第一管组采用的是ZG15Cr1Mo1V，水平段第二、三管组采用的是ZG1Cr18Ni9Ti。垂直出口段通过耳板悬吊在大板梁下。

蒸汽流经低温再热器后，直接进入高温再热器，经高温再热器加热后进入45 个高再出口分配集箱（Φ273×20，SA-335P91），再由45 根高再出口连接管（Φ219×18，SA-335P91）进入高再出口母管（Φ863.6×56，SA-335P91），最后由左、右侧的两根高再出口导管（Φ775×33，12Cr1MoVG）经左、右两个高再出口安全阀管段（Φ775×40，12Cr1MoVG）分左、右侧两路引出。高温再热器布置在水平烟道内，共89 片，顺列顺流布置，横向节距S1=230,纵向节距S2=79,10 根绕。高温再热器管进口段为φ57×4.5/5.5，12Cr1MoVG；出口段后7 排为φ57×4.5，SA-213T91，前3 排为φ57×4.5，SA-213TP304H。

（二）再热汽温调整方式

再热汽温调节主要采用挡板调温方式，通过操纵尾部烟道内的过热器侧和再热器侧烟气调节挡板（8 个），利用烟气流量和再热蒸汽出口温度的比例关系来调节挡板开度，从而控制流经再热器侧和过热器侧的烟气量，达到调节再热汽温的目的。流经再热器侧的烟气量份额随锅炉负荷的降低而增加，在一定的负荷范围内维持再热汽温为额定值。在再热蒸汽的进口管道上，还设置了两只再热器事故喷水减温器用于控制紧急状态下的再热汽温，再热器事故喷水减温器也采用多孔喷管式；另外，在低负荷时还可以适当增大炉膛进风量，作为再热蒸汽汽温调节的辅助手段。

二、再热器壁温超限原因分析

（一）原因分析

烟气侧问题：烟道阻力变化引起的烟气流量偏差，一次风粉不平衡、配风不合理引起的烟温偏差。

炉管侧问题：换热面结焦或氧化皮脱落等原因造成的管道堵塞。

系统本身问题：减温水系统运行故障、原系统布置不能适应改造后的热负荷分布;同屏各管存在吸热偏差

为了确定壁温连续超温原因，对锅炉现状进行分析，由于锅炉是在经过燃烧器技改后出现了壁温超温现象，所以排除氧化皮脱落、系统布置不合理等造成水侧换热能力下降的因素。为了排查烟气侧原因，对各层燃烧器介质出口流量及含氧量进行了测量，并对不同煤质下的超温情况进行了分析比对。从测量数据发现煤粉在炉膛内的燃烧是不均匀的，火焰中心偏上，炉膛出口氧量分布 A、B 侧偏差达到 4%。运行中不能根据燃烧的需要及时调整各层燃烧器配风，使燃烧器工况恶化，火焰中心上移；煤粉燃烧行程加长，使炉膛出口烟温升高，加大超温的幅度；同层燃烧器各角一次风口风速不均匀，同层给粉机转速不均匀等造成燃烧偏斜，使炉膛出口烟道温度场和速度场分布不均，加大局部超温的可能而火焰中心偏上，无疑将加剧烟温偏差，造成换热面壁温升高。加之煤质的不同，发热量也会有所变化，发热量高的煤种更容易造成超温。利用锅炉停炉的机会，我们对高再受热面也进行了检查，发现受热面积灰结焦严重，部分受热面已经出现了弯曲变形。

（二）调整方案与结果分析

为了从根源上消除壁温超限的隐患，避免壁温超温现象发生，我们对一次风粉、燃烧器配风、燃尽风、煤粉细度以及炉膛吹灰规定等都进行了调整。

1.制粉系统出力调平

燃烧器粉管出力的均匀性是燃烧稳定的前提，在对冲燃烧炉中当对冲射流动量不同时，会造气流偏向动量小的一侧，使炉内充满度变差，使炉内热负荷沿炉膛宽度方向分布的均匀性变差，这就可能影响换热面屏间吸热不均匀造成气温偏差。根据之前的测量结果，我们发现中间层B 层燃烧器的出口风速明显高于其它燃烧器。因此，我们在热态条件下对其一次风进行调平，使得风粉风速控制在24m/s 左右，同层风速偏差控制在4%以内。与此同时，我们也稍稍调大了煤粉细度，并对对煤种进行混配，发热量控制在3200-3400Kcal/kg。

2.炉膛配风调整

由于每个燃烧器的风量大小是由燃烧器的风门挡板开度决定的，因此可以通过改变燃烧器的风门挡板开度对单个的燃烧器风量进行调整。同层燃烧器设置不同的旋流外二次风开度主要是为了克服由于风箱结构所造成的燃烧器风量分配不均匀的问题。低氮燃烧器的配风采用典型的MB 形式，即分为：一次风、二次风和三次风。分别通过一次风管，燃烧器内同心的二次风、三次风环形通道在燃烧的不同阶段分别送入炉膛。其中二次风为轴向可调式，旋流强度可调；三次风旋流强度不可调。通过实验总结如下：正常运行时，开大中下层二次风门开度至90%以上，关小上层二次风门开度不超过70%，关小燃尽风门开度在20%以内。当氧量出现偏差时，开大氧量低侧燃尽风门开度至60%，关小氧量高侧燃尽风门至20%。

3.炉膛吹灰及升降负荷规定

为了避免受热面积灰结焦，在选择煤种上要注意的同时，加强受热面的吹灰也是必不可少的。我们将原本每天一次的全炉膛吹灰改为一次全面吹灰+一次高过高再吹灰，控制好吹灰压力，要防止吹灰次数增加造成受热面泄漏的隐患。

结论

经过我们的调整，再热器超温的现象得到了明显的改善。目前，由于国家越来越高的节能环保要求，很多投运机组都会面临改造及配煤掺烧问题，在此过程中将频繁出现由配风原因引起的壁温超温问题以及煤质问题导致的受热面严重积灰结焦的问题，而燃烧器出口氧量分布是否均衡可以有效地反应炉内配风是否合理，从燃烧器二次风调整入手，可以有效降低换热面温度，防止超温现象发生。