火电厂锅炉过热器\再热器超温问题分析及对策

关键词：过热器、再热器、金属壁温超温、原因分析、对策

中图分类号：TK229文献标识码： A

摘要：本文针对火电厂锅炉过热器、再热器超温问题、结合日立850T/H锅炉运行情况，进行全面分析、研究、从中找出金属壁温超温的原因，并提出相应的对策。

在火力发电厂运行过程中，锅炉事故特别是承压受热面中过热器、再热器爆漏事故，在火力发电厂事故及非计划停运中占有较大的比重，是影响机组安全稳定运行的主要原因之一。从技术角度看，“四管”爆漏中，由于磨损造成爆漏约占30%，焊接质量约占30%，金属过热约占15%，腐蚀约占10%，其他占15%，可见：受热面超温是运行中造成爆管的主要原因之一。防止过热器、再热器金属超温、减少非计划停运也就成为我们运行调整的重中之重。

由于现在陡河发电厂#3、#4锅炉过热器、再热器管壁超温频繁，自投运以来，850吨/ 时锅炉最明显的特点是主汽温度受到锅炉金属温度的严重制约。为保证锅炉金属温度在允许范围，被迫长期降汽温运行，严重影响机组的经济性；同时由于金属壁温变化的不确定性，正常运行中常常出现为控制金属壁温而造成的参数剧烈波动，对机组的安全性、稳定性造成了很大影响。运行人员监盘要把70%的精力放在管壁金属温度调整上，而且引发了很多异常情况，例如：水位异常、汽温骤降、燃烧不稳等。

深入研究金属壁温超温问题势在必行，根据陡河电厂实际情况进行一下分析研究，首先了解一下陡河发电厂250MW锅炉#4机组设备特点：#4锅炉为日立一次中间再热单汽包辐射式亚临界850t/h自然循环水管锅炉，热器出口蒸汽压力为16.57Mpa,再热器出口压力额定负荷(250MW)时为3.52Mpa。过热器由顶棚过热器、包墙过热器、低温过热器、屏式过热器和高温过热器组成,再热器由高温再热器、低温再热器组成，再热汽温由烟气档板调节并设有事故喷水。高温过热器：布置在炉膛出口，后墙水冷壁折烟角的上部。高温过热器型式：悬吊蛇形管式，设计温度540℃，管径51×10mm。高温过热器入口联箱15个。高温过热器管：共30组（每两组一个联箱）。每组由12根管组成，1个弯。节距：平行于烟气63.5mm，横过烟气457.2mm。整个管组高12719.1mm，每个管组前半部6根顺烟气流动方向转弯至出口，后半部6根逆烟气流动方向转弯至出口。高温过热器出口联箱1个，长13.7418m。有30排、每排12个蒸汽入口管座。高温过热器金属管壁温度测点共12个，其中顺流高温过热器管温度测点6个，逆流高温过热器管温度测点6个，且全部壁温测点安装在过热器出口炉外管壁上，为炉外管壁温度测量方式。顺流管壁温度测点分别安装在第#4、8、13、18、23、27管组的第#1、6、6、6、6、1管上；逆流管壁温度测点分别安装在第#4、8、13、18、23、27管组的第#9、7、7、7、7、9管上。

锅炉主汽温度低、管壁金属温度高的原因分析：1）热偏差。锅炉在实际运行中，不同管屏之间或不同管圈之间由于内部蒸汽流动条件、炉内烟气侧辐射和对流受热条件的不同，其管内蒸汽温度及管壁金属温度分布存在一定差异，这种平行管中工质焓增不均匀的现象称为热偏差。

采取措施：在设计上采用受热面分级布置、多次交叉换位的方法。

2）结渣程度的差异造成。机组运行中，锅炉高温过热器布置在烟温高于700-800℃的烟道内，低熔灰在高温烟气区内为气态，但当接触到温度较低的受热面时就凝结在受热面上，形成粘性灰层。而后以这层粘结灰为粘结剂，一方面捕捉飞灰，另一方面继续形成粘结物，结灰层增厚。当然，由于灰粒的惯性碰撞而产生的冲蚀和气流在绕流管束所产生的冲刷作用下，将使沉积层又有减薄的趋势，当沉积层后到一定程度时，在其自重的作用下，会产生脱落现象。而达到一定的动态平衡。实践证明，由于灰渣层和金属管壁的热膨胀系数不同，在热应力的作用下渣层可能脱落。一般而言，低碳钢或铁素体钢的热膨胀系数与灰沉积物差别不大，强粘结性能的灰沉积物，一旦在其上形成，就不易用热交变的方法除去。而奥氏体钢上的沉积物用热交变的方法比较容易除去。锅炉高温过热器外圈管材为TP347,属于线膨胀系数较大的金属管材，当机组停运后，由于受热面金属温度降低，沉积在其上的灰层在热应力的作用下脱落。而炉高温过热器内圈为线膨胀系数较小的T91管材，灰层不易脱落。2009年#4机组大修期间，通过对高温过热器的检查，发现最外圈管壁清洁，且有烧结灰渣脱落的痕迹，而各内圈管子外壁结渣较多，没有脱落迹象，与上述理论分析相吻合。近年来，机组启动后，常常由于金属壁温高而不能将汽温提高至额定参数，有时汽温由于壁温高被迫降至很低，针对锅炉启动后主蒸汽温度低我们采取了有效措施：2009年机组大修过程中，采取了对锅炉高温过热器进行了高压水冲洗，除去高温过热器受热面的结渣的解决措施，2009年10月机组大修启动后高温过热器各金属管壁温度偏差明显减小，高温过热器出口汽温较以往得到较大幅度的提高。当然，锅炉高温过热器受热面进行高压水冲洗，只能除去受热面管壁的结渣，不能改变高温过热器内外圈管材线膨胀系数不同的状况。若要彻底解决此问题，高温过热器受热面管材进行更换。

3）运行人员控制不当造成。实际运行中，锅炉燃烧是一个动态平衡过，负荷的变动、燃料的变化、制粉系统开停等都对燃烧产生剧大影响一旦控制不当，就容易造成金属温度超温报警。例如：机组负荷上升，造成主汽流量增大，燃料量增加，由于锅炉的热惯性，汽压呈下降趋势，自动调节系统继续增加燃料量，使炉内产生过燃烧状态，即燃料量已远大于当时负荷所需量，当时人员未进行提前干预，势必造成过后汽压的飞升，从而使汽温上升，造成金属温度超过规定值。采取措施：加大对运行人员的培训力度。

4）在机组启动过程中控制不当造成金属管壁超温 ，因为此时锅炉过热器和再热器的蒸汽流动不正常，有时过热器和再热器的蒸汽流量少，甚至短时间内没有蒸汽流动，因此这部分受热面不能被工质正常冷却，如果加热速度控制不当，就会造成部分受热面超温。因此，一般规定在锅炉蒸发量小于10%额定容量时，必须限制过热器入口烟温。采取措施：主要是限制燃烧率或调整火焰中心位置；随着蒸汽压力的升高，过热器的蒸汽流量逐渐增大，使管壁温度逐渐得到良好的冷却，这时可用限制过热器出口温度的方法来保护过热器，避免过热器金属壁温超温。这时过热器出口蒸汽温度的高低主要与燃料量和排气量以及火焰中心位置和过剩空气系数有关。可根据汽温变化率、燃烧情况及时进行调整。启动过程中，再热器的安全主要与旁路系统的形式、受热面所处的烟气温度、启动方式以及再热器所用的钢材性能有关。陡河发电厂#4机组再热器没有旁路系统，汽机冲转前，再热器无蒸汽通过，再热器采用耐温性材料，允许短时间干烧，这时再热器内无蒸汽流过，所以必须严格控制再热器烟温，在冲转前控制再热器烟温在540度以内，以免烧坏再热器，为此还设置了再热器保护，在汽机冲转前如果锅炉燃料量超过锅炉总燃料量13%，延时10秒，动作锅炉MFT，切断锅炉燃料量。

总之，火力发电厂金属壁温超温问题得到了广泛重视，我所在机组针对实际问题采取了应对措施，虽然锅炉金属壁温超温得到了有效控制，但还需要我们更加深入的研究。

本文参考文献：

1、#4机组大修技术讲课《锅炉启动初期金属温度过高的原因分析》（张旭东主讲）

2、大唐陡河发电厂生产月报

3、陡河发电厂运行标准化系统

4、防止锅炉金属温度超温报警的措施（发电部）