600MW超临界直流锅炉运行的可靠性分析与探讨

【摘要】超临界直流锅炉由于各种原因，运行中受热面经常出现超温、爆管、经济性达不到设计要求、可靠性低等问题。本文以目前国产大容量的2145T/H 直流锅炉为例，介绍其结构、设计参数、燃料特性，着重阐述了影响超临界直流锅炉安全运行的因素，以及从设计、制造、安装、运行等方面分析了提高直流锅炉可靠性的方法和思路。

【关键词】直流锅炉可靠性探讨

中图分类号：TK22文献标识码： A

近几年来，我国电力工业得到突飞猛进的发展，火力发电机组正朝着超临界、超超临界的600MW、1000MW等级发展。2004年以来国产600MW级亚临界、超临界、超超临界机组相继投产上百台，标志着600MW机组即将成为我国的主力机组。但从目前运行情况来看，其运行状况却不容乐观，新机组因设计、制造、安装、调试、运行、检修中存在着诸多因素，造成机组连续运行天数，安全可靠性不高。

660MW超临界直流锅炉特点

1.1技术特点

1）具有较好的变压、备用和再启动性能

锅炉下部炉膛水冷壁及灰斗采用螺旋管圈（Φ38×7.3mm），在各种负荷下均有足够的冷却能力，并能有效地补偿沿炉膛周界上的热偏差，水动力特性稳定；采用四只启动分离器和一只贮水箱，壁厚较薄（Φ610×75mm），温度变化时热应力小，适合于滑压运行，提高了机组的效率，延长了汽轮机的寿命。

2）采用墙式燃烧系统，使锅炉燃烧稳定、温度场更加均匀

墙式燃烧系统的旋流燃烧器具有自稳燃能力和较大的调节比，在炉膛中布置的节距较大（每层相隔5.5米左右），相邻的燃烧器之间不需要相互支持；墙式燃烧系统的燃烧器布置为对称方式，沿炉膛宽度方向的热量输入均匀分布，因而在炉膛上部及水平烟道的过热器、再热器区域的烟气温度也更加均匀，避免高温区受压元件的蠕变和腐蚀，有效抑制了结渣。

3）经济、高效的低NOX轴向旋流燃烧器

旋流燃烧器不仅能够高效、稳定地燃烧多种燃煤，而且可满足降低NOX排放的需要。

2影响超临界直流锅炉安全运行的因素

2.1设计、制造方面

1）锅炉燃烧系统设计不够完善

通常600MW级超临界直流锅炉燃烧器多采用前后墙对冲布置或单炉膛双切圆布置，采用前后墙布置的燃烧器，有的设计为前墙4层后墙3层方式，有的设计为前墙3层后墙3层方式，这种设计方法在运行中存在有一层燃烧器不是对冲运行的情况，致使前后墙水冷壁存在热负荷不均现象。虽然炉膛中下部采用螺旋管圈水冷壁，但这种差别还是存在的，从水冷壁中间点温度来看温度分布并不均匀，折焰角区域水冷壁容易出现超温现象，后墙水冷壁管热偏差严重，在机组启动、停止时容易出现类膜态沸腾。双切圆布置的燃烧器，由于设计上的偏差和调试工作不精细等原因，热态运行时切圆中心常出现偏斜，使水冷壁四周热负荷不平衡，同时出口气流存在旋转，出口过热器区域热偏差较大。这些因素往往会造成锅炉受热面超温、磨损、热应力大而造成爆管停炉。

采用旋流燃烧器虽使着火稳定性提高，但相互引燃能力差，某台磨工作失常，该层燃烧器着火稳定性变差。煤质变化大时，锅炉易出现结渣，结渣部位多在喷燃器附近区域、炉膛出口屏式过热器区域和炉膛下部排渣口上部等区域。直流燃烧器不适合燃用低挥发份的煤，当锅炉受到扰动后，容易造成灭火。直流燃烧器一、二次风配风不合理，易使局部热负荷不均造成结焦，严重时炉膛出口挂焦，影响机组出力。

2）锅炉存在制造缺陷

水冷壁在人孔门、燃烧器、风孔、手孔、看火孔、吹灰打焦孔、炉膛下部收缩段、折焰角、中间过渡联箱连接管等处应力未消除，管子表面有麻点、有凹凸、有碰伤痕迹，如处理不善将会成为运行中的泄漏点。水冷壁、过热器、再热器、省煤器管焊接质量不良，水冷壁、包墙过热器、顶棚过热器鳍片未焊好或漏焊，验收时检查不详细，这些区域往往是造成锅炉爆管的重要原因。

3）过热器、再热器系统水压试验堵阀设计安装位置有问题

大多数锅炉将过热器出口堵阀安装在高过出口联箱和安全阀、PCV阀之间，使PCV阀不参与水压试验，无法验证其严密性，某电厂在调试时就出现过因安全阀阀座和PCV阀泄漏，造成停机消缺事件。再热器入口堵阀设计在了再热器事故减温器之后，使再热器检修后无法进行水压试验，且减温水管道及阀门未参与水压试验，某电厂曾因减温器运行中泄漏造成停机事故，事故原因为减温器流量孔板更换后存在漏点，事故发生后采用接临时管路方法打水压，这种方法使检修工作量增大。

4）锅炉材质不能保证

国产超临界直流锅炉高温过热器、高温再热器、主蒸汽管、冷热段再热蒸汽管多采用T91/ P91、T92/ P92、TP304、TP347、TP321等钢材，目前国内市场类似假钢材太多，钢材质量问题已经给电厂的安全运行构成威胁。国家电监会专门对发电厂使用假P91/T91等钢材的情况，下发了整改通知，要求发电厂限期完成更换。另外，超临界直流锅炉使用的奥氏体钢材在高温高压下易使氧化皮脱落，严重影响了过热器、汽轮机的安全。因此，材质问题也是影响超临界机组安全可靠运行的因素之一。

3提高超临界直流锅炉可靠性的探索

3.1改进设计

锅炉设计应严格按具体煤种来设计，若煤种变化大，难以确定，应使设计的锅炉能适应一定范围的煤种变化。燃烧系统设计时同层燃烧器尽可能取于不同的磨煤机，可平衡各层之间的热负荷，且在变工况运行时，对炉膛燃烧影响小。一次风管和燃烧器喷口采用耐磨蚀的材料，如陶瓷材料等，尽可能对弯管处进行流线型设计。燃烬风风口位置及数量应能消除炉膛出口烟气旋转动能，减少过热器的热偏差，同时不会降低锅炉燃烧效率。燃烧器的设计尽可能精细化，对引进技术要能适应国内煤种的需要。

锅炉制造要做到精细化，并把好出厂关，真正做到不合格的产品不出厂，使用的锅炉钢材必须符合设计要求。

对于过热器、再热器水压试验堵阀安装位置应改进设计：高过出口堵阀应装于PCV阀安装位置之后，再热器入口堵阀安装于事故减温器之前，这样既减少了泄漏点，又方便再热器做水压试验。

3.2严把安装关

锅炉安装一定要有有资质的安装单位来进行，最好是有超临界直流锅炉安装经验的单位来完成。电厂建设单位、监理单位、安装单位要严格执行三级或四级验收制度，安装单位在进行安装作业前应进行技术交底，安装工作中严格按作业指导书作业。对于受热面焊口应进行100%无损检测，保证焊口合格率达到100%。对炉膛四角、燃烧器区域、螺旋管、折焰角等处的水冷壁焊接及安装要专人负责进行严格监管，对炉膛水冷壁、顶棚管、包墙管鳍片焊接均应作为重点检查项目。

3.3完善检修管理

首先，要提高检修专业技术人员的技能水平，培育一批技能水平高的点检员，为推行点检定修创造条件；其次，首次大小修时检修工作最好由从事过本电厂安装的人员来完成，或者专门从事过600MW级超临界直流锅炉检修的单位来进行；最后，要根据本电厂实际设备编制出《检修规程》和《点检定修制度》，实行流程化、标准化管理。

3.4优化锅炉运行

锅炉启动前上水水质必须合格,水温控制在21～70℃，当电导率≤1 uS/cm，含铁量≤100ug/L时，方可点火。机组检修后或机组投运初期，锅炉必须进行循环清洗，一般约需循环清洗2天，停机一星期需循环清洗2～3小时，停机2～3天约需循环清洗1.5小时。启动时要严格按升温升压曲线进行，要保证启动流量为30%B-MCR，充分保证受热面管壁不超温，并减少工质浪费。启动时还应注意工质膨胀，膨胀点最好选在分离器入口附近，防止分离器超压和水冷壁管壁超温。

正常运行时对水质要严格管理：给水中的SiO2≤20ug/L,含铜量≤5ug/L，含铁量≤20ug/L，硬度等于0，钠离子含量≤10ug/L，溶解氧含量≤5～7ug/L，联胺含量≤20～50ug/L，pH值为9.2～9.4，尽最大努力减少蒸汽溶盐和盐类沉积。

要严格保持燃料量与给水量的固定比例，负荷变化时要同时改变给水量和燃料量，并严格保持比例不变。直流锅炉储热能力少，参数变化快，因此要求运行人员要做到精心调整，密切注意中间点温度变化，要有超前调节的思路，中间点温度监测点一般选在分离器出口比较合理。

调节过热汽温要以喷水减温为主，煤水比调节为辅。调节再热汽温应以烟气调节挡板为主，喷水减温只能作为防超温使用。遵循以给水调压，燃料配合给水调温，抓住中间点，喷水微调的原则。

运行中加强燃烧调整，针对不同种煤种和不同负荷制定完善的锅炉配风方案。加强制粉设备的运行管理，保证煤粉细度的同时，发挥磨煤设备的最大出力。结合本厂实际，根据锅炉燃烧特性制定出最佳煤水比、风粉比及不同负荷时燃烧器的投运方式等，并不断总结经验，最终达到优化运行。

4结束语

600MW级超临界直流锅炉是目前火电机组的发展方向，然而从各电厂的运行情况、了解情况来看，直流锅炉运行中不论是主机部分还是配套的辅机部分，缺陷较多、可靠性差，有设计、制造方面的问题，也有检修维护、运行方面的问题。如何处理好这些问题则需要广大工程技术人员的共同参与和不懈努力，那么，超临界直流炉的可靠性将会得到改善和提高，优越性将会得到体现。

参 考 文 献：

[1] 章德龙,600MW锅炉设备及其系统[M].北京:中国电力出版社,2006

[2] 章德龙,单元机组集控运行[M].北京:水利电力出版社,1993

[3] 范从振,锅炉设备原理 第二版[M].北京:中国电力出版社,1986

[4] 崇信发电有限责任公司.锅炉说明书:哈尔滨锅炉厂,2008

[5] 朱全利,600MW锅炉设备及系统[M]. 北京:中国电力出版社,2006

[6] 陈庚,单元机组集控运行[M].北京:中国电力出版社,2001

[7] 郑体宽.火力发电厂[M].北京:中国电力出版社,2000