500MW塔式锅炉辐射过热器悬吊管泄漏对策研究

　　电力工业是国民经济主要的能源产业，也是我国国民经济发展的重要基础产业。2008年底，全国发电装机容量达79，253万kW，同比增长10.34.2008年，全国发电量增长5.18，用电量增长5.23，当年共新增发电装机容量9，051万kW.国内燃煤电站的主力机组容量多为300MW、600MW，近来已有装机容量为1000MW的燃煤机组投产，所配锅炉也趋于大型化。我国锅炉设备的生产尽管在容量和参数发展上保持较高水平，但是，从基础研究、产品开发、设计、制造、运行到整个技术管理体系，和先进发达国家相比较，尚存在较大的差距。特别在600MW机组的锅炉生产上还不是很成熟，因此现在国内运行的600MW机组的锅炉大部分为国外引进。国产引进型300MW机组和600MW机组，在经济性、可靠性、可调性、环保等方面，比80年代投产的国产机组又较大改善，但与设计指标相比仍存在着差距。在我国，新建机组锅炉在调试过程中往往不对设备进行细致的优化调整，虽然设备能够连续稳定运行，但锅炉很难处于佳运行状态，所以在试生产期都需要进行优化调整。由于我国现在投运的机组其经济性指标比起国外先进机组还有很大差距，因此除了对经济性差的老机组进行淘汰和改进外，加强对在役锅炉的优化设计研究等工作也是一种改变落后状态行之有效的方法。实际上，目前我国一些大型锅炉已经存在影响机组可靠性、经济性、可调性和环保性能，甚至影响机组满出力的问题。这些问题既有运行管理方面的原因，也有设计、制造与安装质量方面的原因，还有实际燃烧煤质与设计煤质相差太大造成的。针对这些实际工程中出现的问题，一些研究者做了大量细致的研究工作，并取得了实效。

　　炉燃用设计煤种下排燃烧器投运时，主蒸汽压力17.456MPa，温度540丈，流量为1517t/h，省煤器入口给水温度为251丈；再热蒸汽压力3.916MPa，温度540丈，流量1367t/h，再热器入口温度为360丈。计算给煤量245.65t/h，过热器减温水量为46.763t/h（其中一级24.784，二级21.979），排烟温度（空预器后）139丈，锅炉效率90.55.由于设计缺陷，省煤器入口水温偏低，蒸发受热面产汽量偏少，致使辐射过热器超温严重，过热器减温水量偏大，辐射过热器膨胀变形严重，导致辐射过热器悬吊管泄漏，锅炉排烟温度偏高。这些都严重威胁锅炉长期安全、稳定、经济运行。急需对锅炉实施相应的改造，降低过热器减温水量，彻底解决辐射过热器吊挂管泄漏问题，消除不稳定及不安全因素，以给电厂创造更多的经济效益。

　　2锅炉现存问题的危害2.1减温水过量的危害喷水减温器又称混合式减温器，其原理是将减温水通过喷嘴雾化后直接喷入过热蒸汽中，使其雾化，吸热蒸发，达到降低蒸汽温度的目的。喷水减温器结构简单，调节幅度大，惯性小，调节灵敏，有利于自动调节，在现代大型锅炉中得到广泛地应用。这种减温器的减温水直接与蒸汽接触，因而对水质要求高。由于喷水减温方法只能降温而不能升温，因此采用喷水减温器调节汽温时，过热设计吸热量应略大些。以保证在额定负荷下能达到设计汽温并能通过减温水调节汽温。这样，在高负荷时用减温器来降低高出额定值部分的汽温以维持汽温的额定值。喷水减温主要用于过热汽温的调节，在锅炉的额定负荷设计计算中选用适量的过热汽减温水量非常重要，减温水量过大需增加大量受热面，提高锅炉生产成本；减温水量过小，在煤种等外界因素波动下或负荷降低等情况下引起汽温偏低，过热汽温可调性差。

　　对于再热蒸汽，由于喷入再热蒸汽后会使汽轮机中低压缸蒸汽流量增加，因而中低压缸的做功量增加，这样在机组负荷一定时势必会减少高压蒸汽做功，降低机组的循环热效率。同时，由于减温水和过热器内蒸汽温度差距较大，因而混合过程所造成的不可逆损失会较大，从而造成了锅炉效率的降低。

　　计算结果表明，再热蒸汽中喷入1的减温水，循环热效率下降0.1 ~0.2.因此，在再热汽温的调节中，喷水减温只是作为烟气侧调温的辅助手段和事故喷水用。

　　2.2过热器超温的危害电厂锅炉的过热烟气温度是锅炉的一个重要参数，在该温度环境下工作的过热器钢管材质的工作温度必须满足要求。因此，锅炉的过热烟气温度必须受控在一定的变动范围以内，否则会造成过热器在过高的温度下运行，导致钢管树质的超温工作。发电厂锅炉超温爆管事故已成为当前威胁发电设备稳定运行的突出矛盾，而且随着机组服役时间的增加，这类事故呈逐年上升的趋势，成为影响安全生产的主要因素，严重影响电厂的正常生产和经济效益。

　　3过热器超温及其吊挂管泄漏原因分析主要原因是该锅炉省煤器入口水温设计值偏低，而省煤器的受热面积又相对不足，因而造成蒸发受热面产汽量不足，进入过热系统的蒸汽量偏少，过热器的吸热量会相对偏多，从而造成过热器超温，过热器减温水量偏大。由于过热器壁面温度偏高，造成过热器膨胀变形较为严重，这又造成了辐射过热器悬吊管泄漏。这一系列问题的解决可以从两方面入手：①增加蒸发受热面面积，由于水冷壁面积无法再增加，因此需要增加省煤器受热面面积，以增加蒸发受热面的产汽量。②去掉辐射过热器，这样就从根本上解决了辐射过热器超温及其吊挂管泄漏的问题。

　　4改造方案提出根据1锅炉辐射过热器悬吊管泄漏原因分析结果，提出了四种改造方案（改造方案A、B、C、D），并利用锅炉校核热力计算的手段对这四种改造方案的改造效果进行预测。为了确保热力计算的可靠性和准确性，在预测之前将热力计算的结果与电厂实际运行关键节点参数进行对比验证。在验证的基础上，对这四种改造方案进行了预测计算。所做工作可以归结如下：⑴不同负荷条件下，保留现有系统结构（即校核工况），对锅炉燃用非设计典型煤种时受热面的热负荷进行核算，掌握各受热面的吸热量及过热器一二级减温水总量、再热器减温水量、主汽温度及二次汽温等参数的变化情况。

　　在不同负荷条件下，拆除辐射过热器（即改造方案A）对锅炉及其受热面进行全面的热力校核计算，掌握各受热面的吸热量及过热器一二级减温水总量、再热器减温水量、主汽温度及二次汽温等参数的变化情况。

　　在不同负荷条件下，拆除辐射过热器，并在原辐射过热器相当中心高度位置增加等受热面积的屏式辐射过热器（即改造方案B）对锅炉及其受热面进行全面的热力校核计算，掌握各受热面的吸热量及过热器一二级减温水总量、再热器减温水量、主汽温度及二次汽温等参数的变化情况。

　　在不同负荷条件下，拆除辐射过热器，加装30原省煤器总面积（即改造方案C）对锅炉及其受热面进行全面的热力校核计算，掌握各受热面的吸热量及过热器一二级减温水总量、再热器减温水量、主汽温度及二次汽温等参数的变化情况。

　　在不同负荷条件下，拆除辐射过热器，加装60原省煤器总面积（即改造方案D）对锅炉及其受热面进行全面的热力校核计算，掌握各受热面的吸热量及过热器一二级减温水总量、再热器减温水量、主汽温度及二次汽温等参数的变化情况。

　　对所有改造方案进行经济性估算。

　　5对不同改造方案的预测5.1校核热力计算的可靠性验证在预测之前，首先对所采用热力计算方法的可靠性和准确性进行了验证，验证结果见表1.表1校核工况进行的热力计算的关键参数与运行统计数据的对比运行负荷：500MW统计结果热力计算结果空预器入口烟温（TO空预器出口烟温（TO空预器出口气温（T）省煤器入口烟温（T）辐过出口汽温（T）二级过出口汽温（T）三级过入口汽温（T）三级过出口汽温（T）四级过人口汽温（T）四级过出口汽温（t/h）一级再出口汽温（T）二级再人口汽温（T）二级再出口汽温（T）过热减温水量（t/h）再热减温水量（t/h）统计结果热力计算结果空预器入口烟温（T）空预器出口烟温（T）空预器出口气温（T）省煤器入口烟温（T）辐过出口汽温（T）二级过出口汽温（T）三级过入口汽温（T）三级过出口汽温（T）四级过人口汽温（T）四级过出口汽温（t/h）一级再出口汽温（T）二级再人口汽温（T）二级再出口汽温（T）过热减温水量（t/h）再热减温水量（t/h）统计结果热力计算结果空预器入口烟温（T）空预器出口烟温（T）空预器出口气温（T）省煤器入口烟温（T）辐过出口汽温（T）二级过出口汽温（T）三级过入口汽温（T）三级过出口汽温（T）四级过人口汽温（T）四级过出口汽温（t/h）一级再出口汽温（T）二级再人口汽温（T）二级再出口汽温（T）过热减温水量（t/h）再热减温水量（t/h）从表1中可以看出，在原结构条件下，热力计算的计算值与实际运行统计值中的减温水量、各关键节点的汽温都基本相符。说明热力计算的结果是合理可靠的。实际上，国内外（特别是国内），要得到与运行统计值完全符合的热力计算结果几乎是不可能的，一般可以得到的是关键节点的参数值、其他参数及其变化的趋势，用于指导锅炉的运行与改造。综合而言，在校核工况下，所使用的计算方法、关键参数的选取及热力计算结果是比较可靠的。所选用的计算方法及关键参数可以用于对锅炉受热面改造后的全面热力计算，进而预测锅炉实施改造后的性能。

　　5.2对改造方案的预测在热力计算方法得到验证后，对四种改造方案的改造效果进行了预测计算，预测结果可以简要汇总为表2表4.表2500MW工况预测结果简要汇总计算方案过热减温水再热减温水省煤器欠焓排烟温度锅炉效率（）校核工况改造方案A改造方案B改造方案C改造方案D表3400MW工况预测结果简要汇总计算方案过热减温水再热减温水省煤器欠焓排烟温度锅炉效率（）校核工况改造方案A改造方案B改造方案C改造方案D表4 300MW工况预测结果简要汇总计算方案过热减温水再热减温水省煤器欠焓排烟温度锅炉效率（）校核工况改造方案A改造方案B改造方案C改造方案D 5.3经济性估算经济性估算依据：①过热减温水。过热减温水每降低10t/h，煤耗下降约0.1g/kWh.②再热减温水。再热减温水每降低1t/h，煤耗下降约0.1g/kWh.③再热汽温。再热蒸汽温度升高，机组的热耗和煤耗减少，温度每升高1丈，发电煤耗减少约0.08g/kWh.④排烟温度。排烟温度每升高1丈，锅炉效率降低0.05~ 0.06.一般情况下，600MW燃煤机组锅炉排烟温度每升高10丈，机组发电煤耗升高约1.7g/kWh.据此，各改造方案相对于校核工况的参数变化及由此计算得出的煤耗见表5.表5各改造方案相对于校核工况的参数变化及煤耗计算方案过热器减再热器减温水再热汽温排烟温度温水变化变化改造方案A改造方案B改造方案C改造方案D计算方案过热器减再热器减温水再热汽温排烟温度温水变化变化改造方案A改造方案B改造方案C改造方案D计算方案过热器减温水变化再热器减温水变化再热汽温变化排烟温度变化改造方案A改造方案B改造方案C改造方案D计算方案煤耗变化（g/kWh）平均变化量改造方案A改造方案B改造方案C改造方案D从以上煤耗变化数据可以看出，所有改造方案都能在原校核数据的基础上降低锅炉机组的煤耗。500MW时，将各个改造方案对锅炉机组煤耗降低由多到少排序为：改造方案A>C>D>Bd00MW时，各个改造方案对锅炉机组煤耗降低由多到少排序为：改造方案A>C>D>B00MW时，各个改造方案对锅炉机组煤耗降低由多到少排序为：改造方案A>C>D>B.将各改造方案不同负荷煤耗变化平均后，煤耗降低由多到少排序为：改造方案A>C>D>B.单从经济性分析结果看，改造方案A和C较好，改造方案B相对差。

　　6总结从各改造方案的计算结果看，去掉墙式辐射过热器后会导致炉膛出口烟气温度降低。这是因为去掉墙式辐射过热器后，原来被覆盖的等面积的水冷壁将会暴露出来，相当于用等面积的水冷壁受热面替代了原来的辐射过热器受热面。由于水冷壁内工质温度低于墙式辐射过热器内过热蒸汽的温度，因而会增加炉内的辐射吸热量，从而造成炉膛出口烟气温度较改造前下降。

　　由于炉膛出口烟气温度下降，从而造成炉膛出口外以对流吸热为主的换热器吸热量相应减少。由于塔式锅炉各换热器蒸汽温度调节方式单调，基本完全依赖于减温水喷射来进行调节，从而会出现再热汽温甚至主汽温度不足的风险。

　　从煤耗计算结果看，改造方案A或者C相对较好。但是，这两个改造方案都有使主汽温度不足的风险。造成主汽温度不足的主要原因有两个：①这两个方案都去掉了墙式辐射过热器，造成过热系统受热面减少。②去掉辐射过热器后炉膛出口烟气温度会有所下降，从而造成锅炉尾部受热面对流吸热量减少。从计算结果还可以看出，改造后锅炉的排烟温度虽然有所下降，但依然较高，说明锅炉的经济性还有进一步提升的潜力。