CFB锅炉高温再热器管屏变形原因及防范措施

摘要：循环流化床锅炉高温再热器的管屏由于在启动初期所处环境恶劣，管子内无蒸汽冷却造成壁温高，而且由于进／出口温度差，以及同屏各管进／出口温度差所产生的胀胀不足引起变形。文章分析了再热器变形的原因并提出了防范措施。

关键词：高温再热器；管屏变形；再热屏；膨胀设计；CFB锅炉

中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）30-0118-02

河南叶县蓝光电厂#2锅炉在连续运行118天后，于2009年2月9日计划停运，后检查发现炉膛内左右两侧两屏高温再热器管屏已经严重变形，并将管屏外炉外再热器管子及金属膨胀节撕裂，针对此变形情况进行分析探讨及采取防范措施。

一、叶县蓝光电厂#2锅炉简介

叶县蓝光电厂#2锅炉是由武汉凯迪公司自主设计、杭州锅炉厂制造的。锅炉型号为：KD440/13.7-1，#2锅炉于2007年3月进入商业化运行。

锅炉主要由炉膛、高温绝热旋风分离器、自平衡“U”形回料阀和尾部对流烟道组成。燃烧室蒸发受热面采用膜式水冷壁，水循环采用单汽包、自然循环、单段蒸发系统。布风装置采用水冷布风板，大直径钟罩式风帽。燃烧室内布置双面水冷壁来增加蒸发受热面。燃烧室内布置8片屏式二级过热器和6片屏式热段再热器，以提高整个过热器系统和再热器系统的辐射传热特性，使锅炉过热汽温和再热汽温具有良好的调节特性。

锅炉采用前墙给煤，共6条给煤线；为满足排渣量大的需要，每台锅炉各设计有四个排渣口，左右各两个。

锅炉主要设计参数：

过热蒸汽最大连续蒸发量（B-MCR）：440t/h

出口汽压：13.7MPa

出口温度：540℃

再热蒸汽流量：387.8t/h

进口压力：4.45 MPa

出口压力：4.27 MPa

进口温度：383.1℃

出口温度：540℃

给水温度：256.1℃

排烟温度：135℃

锅炉效率：（以低位发热量计）：90％

二、高温再热屏变形情况的特点

#2锅炉于2009年2月9日计划停运，后检查发现炉膛内左右两侧高温再热器管屏已经严重变形扭曲，变形部分管屏几乎已经接近过热器管屏，并将管屏外炉外金属膨胀节撕裂，炉膛顶部有大量的积灰。炉膛顶部两侧变形屏的弹簧恒力吊架限位已到极限。如图1所示：

三、原因分析

（一）高温再热器材质的特点

高温再热器的管屏采用全膜式结构，材质是TP304H耐热不锈钢，该材质的特点是耐高温，最高允许抗氧化壁温高达706℃，但随着温度的升高，其屈服强度和许用应力下降却很快，而且线性膨胀系

数较大。

（二）再热屏的膨胀设计和安装结构

再热屏的设计为在其下部穿过前墙水冷壁和再热屏的入口联箱连接，再热屏下部和水冷壁通过焊接方箱连接，在正常运行和启动过程中，再热屏相对水冷壁以焊接方箱为死点向上膨胀，水冷壁以上联箱吊架往下膨胀。炉膛顶部的再热屏金属膨胀节有8个波行，下部与炉膛顶部的焊接钢板焊死，上部与再热管屏焊死，再热屏和水冷壁相对膨胀量由再热屏上部金属膨胀节和弹簧恒力吊架吸收。

（三）再热屏膨胀不足是再热屏变形的主要原因

从再热屏顶部的金属膨胀撕裂情况及恒力吊架来看，其变形的主要原因为膨胀量设计不足。因再热屏下部和水冷壁通过焊接方箱连接，该处为死点，正常运行和启动过程中，再热屏向上膨胀，而顶部的金属膨胀节膨胀量不足，致使其膨胀节撕裂，到其顶部的弹簧恒力吊架时，其吊架限位到极限，再热屏此时上下膨胀均为死点，最终导致了整个再热屏中间部分弯曲变形。

（四）在启停炉过程中再热屏存在高温烟气干烧情况

再热屏的变形，与其恶劣的工况关系很大，尤其在启停机过程中，其管内蒸汽量少甚至无蒸汽流通，造成管子干烧，也是其变形的一个原因。在正常运行中再热器管屏不可能存在干烧情况，而在此次开机前检查炉内再热屏时，没有明显变形，说明在此次启停锅炉时，再热屏长时间处于恶劣的环境。

（五）再热屏进出口温差及同屏各管内温差产生的膨胀引起变形

因再热屏的进口处温度与出口处温度有差别，而且在同一个管屏中，很多管子内的蒸汽量也不同，也会造成温差，产生膨胀，如果温差大，其产生的膨胀量也就大，膨胀量不足势必会造成管屏变形。

（六）再热器出口压力设计变更对再热器屏管组阻力的影响

杭州锅炉厂当时与我公司签订技术协议时，其高温再热器出口压力设计为3.071MPa，对应的蒸汽比容为0.06573m3/K，而汽轮机厂（南京汽轮机厂）在临近设计结束时把高温再热器出口压力改为4.27MPa，对应的蒸汽比容为0.04546m3/K，蒸汽比容的大幅下降，造成高温再热器的蒸汽阻力大幅下降，从而造成屏间流量偏差大幅增加，低负荷时尤为严重，从而造成左右两片屏变形弯曲严重。

四、炉内再热管屏变形的影响及所采取的防范措施

（一）管屏变形对锅炉的影响

再热管屏垂直安装在炉膛内，由于下部位置敷设有浇注料，其磨损较轻微，但管屏变形弯曲后，其突出部分也成为迎风面，而且该部分没有敷设浇注料，管屏磨损会加剧。管屏的弯曲变形，会在管屏间形成烟气走廊，使烟气加速，磨损严重，随时会有爆管的危险。

（二）采取的预防措施

1．更换所有管屏出口处的金属膨胀节，并增加膨胀节的波段，原金属膨胀节上下有8个波段，现改为10个波段的膨胀节，即增加了管屏的膨胀量。

2．对变形的再热管屏顶部的恒力吊架压紧弹簧本次不再调整，因该两片屏的膨胀已到极限，无须调整，如果再调整的话，过度的向上膨胀，运行中可能会使再热管屏下部与前水冷壁交接部分撕裂。

3．此次主要弯曲变形的两组管屏在本次小修中无法更换，但是不影响其运行，为防止其弯曲部分因形成烟气走廊而加剧磨损，在其表面上进行喷涂防磨处理。

4．运行中加强对再热汽温及高温再热器管屏壁温的监视，避免两侧汽温温差过大，并防止壁温超温。

5．在启动锅炉初期，尽量避免再热屏干烧，要及时的开启机侧旁路系统，如果因机侧不能及时开启低压旁路，可以先经过高压旁路后，经热段再热排汽门排出蒸汽，以充分冷却再热管屏。

五、高温再热器屏改造建议

由于左右两屏高温再热器管子已发生塑性变形，大修时系整屏更换，设计时需考虑在进口集箱上管子进口处增加截流孔圈，以增加受热面的质量流速；高温再热器上部与水冷壁相连处不要焊接，使其保持自由膨胀，出口的金属波纹膨胀节要处于压缩状态，运行时恢复到正常状态，同时增大恒力弹簧吊架的拉力（具体需核算）。

六、结论

循环流化床锅炉炉内的高温再热屏弯曲变形，在启动、停止过程中都有可能发生，因此，变形的预防是很重要的，设计上的改进也是很必要的。不仅需要运行人员的密切监视与精心操作，更需要检修人员的检修水平与工艺。在每次停炉后，需要检修人员对再热器各个部分的细致检查，包括其表面的磨损、形状、金属膨胀节、恒力吊架等部分，同时多借鉴同类型机组的检修运行经验，这样才能有效的预防和避免再热屏的变形。

作者简介：张勃，河南叶县蓝光环保电厂运行部主任，研究方向：CFB锅炉运行技术管理。