畢業(yè)論文600MW超臨界鍋爐四管泄露運(yùn)行檢修問題分析

1、分類號安徽電氣工程學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 題目600MW超臨界鍋爐四管泄露運(yùn)行檢修問題分析 系部動力工程系 專業(yè)火電廠集控運(yùn)行 姓名 班級 12集控 指導(dǎo)教師 職稱 教授 論文報(bào)告提交日期 2015年5月 安徽電氣工程學(xué)院摘要隨著電力形勢的發(fā)展，超臨界發(fā)電機(jī)組以其經(jīng)濟(jì)性、可靠性、運(yùn)行靈活性，成為我國電力生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢。論文回顧超臨界機(jī)組發(fā)展歷史，分析其發(fā)展的現(xiàn)實(shí)意義、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，指出我國發(fā)展超臨界機(jī)組需解決的關(guān)鍵問題，分析我國超臨界發(fā)電技術(shù)的發(fā)展前景，介紹我國超臨界機(jī)組的發(fā)展現(xiàn)況及分布情況。就超臨界鍋爐在國內(nèi)的相繼投產(chǎn)后運(yùn)行中暴露出來的四管泄漏問題進(jìn)行深入的分析，對國內(nèi)超臨界

2、機(jī)組自投產(chǎn)以來四管泄漏事例現(xiàn)象原因進(jìn)行了介紹，從設(shè)計(jì)安裝、檢修、運(yùn)行等方面提出了解決問題的方法及主要檢修策略。關(guān)鍵詞：超臨界鍋爐；運(yùn)行問題；四管泄露；檢修目錄第一章：超臨界鍋爐技術(shù)概述及發(fā)展?fàn)顩r分析第一節(jié) 超臨界機(jī)組技術(shù)分析及我國發(fā)展超臨界機(jī)組需解決的關(guān)鍵技術(shù)第二節(jié) 我國超臨界鍋爐發(fā)展概況及發(fā)展前景第三節(jié) 600MW超臨界鍋爐與亞臨界機(jī)組比較第4節(jié) 我國超臨界機(jī)組分布狀況第二章 我國超臨界鍋爐運(yùn)行中存在的主要問題第一節(jié) 機(jī)組運(yùn)行主要問題概述第二節(jié) 機(jī)組運(yùn)行問題統(tǒng)計(jì)表第三章 超臨界鍋爐四管泄露問題概述 第一節(jié) 四管泄露問題產(chǎn)生的主要原因 第二節(jié) 四管泄露問題檢修及預(yù)防的主要措施第三節(jié) 四管泄露問

3、題案例分析結(jié)束語參考文獻(xiàn)附表第一章 超臨界鍋爐技術(shù)概述及發(fā)展?fàn)顩r分析我國是以煤炭作為發(fā)電主要燃料。燃煤電站的突出問題是：機(jī)組效率低，供電煤耗高。高效超臨界技術(shù)基本思想：提高發(fā)電效率，減少燃料消耗，降低比電價(jià)并減少有害物質(zhì)的排放。 根據(jù)相關(guān)資料，我國已探明的煤炭儲量約為一萬億噸，人均擁有煤儲量在世界上屬中等水平。但可采量及開采能力受一定條件的限制，我國的煤炭供需矛盾仍很突出，并將隨火電的發(fā)展而進(jìn)一步擴(kuò)大。此外，煤炭產(chǎn)地與高用電負(fù)荷地區(qū)相分隔，導(dǎo)致煤炭的運(yùn)輸一直是制約電力工業(yè)發(fā)展的重要因素。因此在建設(shè)中加速采用國際上先進(jìn)的超臨界機(jī)組，對節(jié)約能源、減少污染無疑具有非常重要的意義。第一節(jié) 超臨界機(jī)組技

4、術(shù)分析及我國發(fā)展超臨界機(jī)組需解決的關(guān)鍵技術(shù)一、超臨界機(jī)組技術(shù)分析工程熱力學(xué)將水的臨界狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)定義為:壓力22.115 MPa,溫度374.15 。當(dāng)水的狀態(tài)參數(shù)達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，在飽和水與飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的兩相區(qū)存在。與較低參數(shù)的狀態(tài)不同，這時(shí)水的傳熱和流動特性等會存在顯著的變化。當(dāng)蒸汽參數(shù)值大于上述臨界狀態(tài)點(diǎn)的壓力和溫度值時(shí)，則稱其為超臨界參數(shù)。對于火力發(fā)電機(jī)組，當(dāng)機(jī)組做功介質(zhì)蒸汽的工作壓力大于水的臨界狀態(tài)點(diǎn)壓力時(shí)，稱之為超臨界機(jī)組。超臨界機(jī)組一般可分為兩個層次:一個是常規(guī)超臨界機(jī)組(Conventional Supercritical)，其主蒸汽壓力一般為24.2MPa，主蒸汽和

5、再熱蒸汽溫度為540560 ;另一個是高效超臨界機(jī)組(HighEfficiency Supercritical Cycle)，通常也稱為超超臨界機(jī)組(Ultra Supercritical)或者高參數(shù)超臨界機(jī)組(Advanced Supercritical)，其主蒸汽壓力為28.530.5MPa，主蒸汽和再熱蒸汽溫度為580600 。新一代超臨界鍋爐的技術(shù)進(jìn)步主要表現(xiàn)在:水冷壁、啟動系統(tǒng)、燃燒技術(shù)、低污染排放、金屬材料、消除熱偏差等方面。下面主要針對國內(nèi)目前采用的幾種超臨界鍋爐技術(shù)進(jìn)行分析。1 水冷壁水冷壁無一例外地采用膜式壁結(jié)構(gòu)。除了俄羅斯進(jìn)口的幾臺機(jī)組，目前引進(jìn)的超臨界機(jī)組鍋爐為了實(shí)現(xiàn)變壓

6、運(yùn)行，在爐膛下輻射區(qū)全部采用了螺旋管圈水冷壁結(jié)構(gòu)，在爐膛上輻射區(qū)的低熱強(qiáng)度區(qū)域全部采用垂直管屏結(jié)構(gòu)。但在具體結(jié)構(gòu)上還是有較大的變化。表1列出了不同的螺旋管圈水冷壁結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)。表1 螺旋管圈水冷壁結(jié)構(gòu)供貨單位管徑/mm節(jié)距/mm螺旋管數(shù)/螺旋傾角/盤旋圈數(shù)質(zhì)量流速/kg·(m2·s)-1材料管型北京巴威有限公司35 X 65059823.5812412723.615CrMoGSA-213 T12內(nèi)螺紋光管三井巴布科克有限公司38 X 6.3551.149212 150SA-213 T12內(nèi)螺紋光管上海鍋爐廠有限公司5432613.951.613 0851 047SA-21

7、3 T12光管1.1 螺旋管圈水冷壁采用內(nèi)螺紋管新一代超臨界鍋爐技術(shù)的重要變化是螺旋管圈水冷壁采用內(nèi)螺紋管和增大螺旋管圈傾角且增加管屏寬度。在高熱流密度區(qū)域采用內(nèi)螺紋管，可以降低水冷壁安全運(yùn)行所需的最低質(zhì)量流速。從壓降損失來看，由于內(nèi)螺紋管增加的阻力被降低質(zhì)量流速所抵消，水冷壁的壓降損失仍然維持在1.83MPa左右。從防止傳熱惡化來看，采用內(nèi)螺紋管可以避免鍋爐在亞臨界壓力運(yùn)行下的膜態(tài)沸騰，推遲或避免超臨界壓力下類膜態(tài)沸騰的發(fā)生。除灰斗區(qū)域以外，所有螺旋管圈水冷壁區(qū)域內(nèi)都使用內(nèi)螺紋管。增大螺旋管圈傾角，有利于避免汽水流速較低時(shí)的汽水分層問題。降低質(zhì)量流速，就要增加管屏寬度，兩者對減輕熱偏差都不利

8、。但在高熱強(qiáng)度區(qū)域采用耐溫能力較高的合金管15CrMoG，同時(shí)采用熱偏差較小的旋流式燃燒器對沖布置方式以及用內(nèi)螺紋管的多項(xiàng)措施并舉，以保證安全裕度。不使用內(nèi)螺紋管時(shí)，水冷壁的質(zhì)量流速必須提高，以避免發(fā)生膜態(tài)沸騰和類膜態(tài)沸騰。因此應(yīng)使并列工作的管子根數(shù)減少，管屏寬度減小，螺旋角度相應(yīng)降低，盤旋圈數(shù)略有增加。1.2 垂直管屏內(nèi)螺紋管水冷壁垂直管屏內(nèi)螺紋管水冷壁變壓運(yùn)行技術(shù)已經(jīng)成熟，日本已經(jīng)有采用這種技術(shù)的1 000 MW超臨界鍋爐投入運(yùn)行，國內(nèi)浙江玉環(huán)電廠1 000MW超臨界鍋爐采用這一技術(shù)。垂直管屏的優(yōu)勢是結(jié)構(gòu)簡單，易于制造和懸吊，安裝現(xiàn)場的焊接工作量小;運(yùn)行中灰渣容易脫落，積灰結(jié)渣減少;水冷壁

9、吸熱變化時(shí)，管內(nèi)流量變化較小;垂直管屏內(nèi)螺紋管水冷壁技術(shù)可以降低質(zhì)量流速，新一代超臨界鍋爐水冷壁的質(zhì)量流速已經(jīng)降低到2 150 kg/(·s)，國內(nèi)亞臨界鍋爐的運(yùn)行證明這種水冷壁在質(zhì)量流速為1000 kg/(·s)就足以避免在亞臨界壓力運(yùn)行下的膜態(tài)沸騰?？梢?，也可推遲或避免超臨界壓力下類膜態(tài)沸騰發(fā)生的問題。內(nèi)螺紋管的批量生產(chǎn)已經(jīng)國產(chǎn)化，完全有條件實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)。2 啟動系統(tǒng)啟動系統(tǒng)主要采用帶大氣式擴(kuò)容器或帶循環(huán)泵的2種形式。2.1 帶大氣式擴(kuò)容器的啟動系統(tǒng)這種形式的啟動系統(tǒng)比較簡單(圖1)，設(shè)備投資較低，運(yùn)行操作和控制也比較簡易，但低負(fù)荷調(diào)節(jié)性能較差。由于水冷壁的流量比較低，

10、為了保證水冷壁在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的安全性，防止水冷壁發(fā)生傳熱惡化的最低質(zhì)量流速要求值較高，因而高負(fù)荷時(shí)質(zhì)量流速過高。國內(nèi)石洞口電廠超臨界鍋爐采用帶擴(kuò)容器的啟動系統(tǒng)，水冷壁為光管，最低質(zhì)量流速設(shè)計(jì)值為980 kg/ (·s) , MCR時(shí)達(dá)到2800 kg/ (·s)，水冷壁阻力達(dá)到1.84Mpa。加熱器過熱器水冷壁省煤器水位控制閥給水泵除氧器擴(kuò)容器去凝汽器排水閥圖1 帶擴(kuò)容器的啟動系統(tǒng)2.2 帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)這種形式的啟動系統(tǒng)略微復(fù)雜(圖2)，主要是增加了設(shè)備投資，但低負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行調(diào)節(jié)靈活性增強(qiáng)。因?yàn)樵诘拓?fù)荷時(shí)水冷壁中有循環(huán)流量通過，因此易于保持低負(fù)荷時(shí)有足夠的流量并達(dá)到水冷

11、壁冷卻要求的質(zhì)量流速，高負(fù)荷時(shí)的質(zhì)量流速就不至于過高。例如，表1中帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)的鍋爐水冷壁最低質(zhì)量流速為723 kg/(·s)，最大質(zhì)量流速為2150 kg/(·s)2412 kg/(·s)。圖2 帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)給水泵高壓加熱器循環(huán)泵省煤器爐膛頂棚管力式分離器至二級噴水減溫器至對流煙道包墻至冷凝器當(dāng)然最大的質(zhì)量流速降低不只與啟動系統(tǒng)有關(guān)，同時(shí)也和采用內(nèi)螺紋管、螺旋管傾角增大和采用多種減小熱偏差的措施有關(guān)。但起決定作用的還是采用帶有循環(huán)泵啟動系統(tǒng)和內(nèi)螺紋管。3 燃燒技術(shù)及低污染排放新一代超臨界鍋爐對燃燒技術(shù)提出了更高的要求，主要體現(xiàn)在所要求的燃燒設(shè)備既能滿

12、足低負(fù)荷下不投油穩(wěn)定燃燒(當(dāng)燃用煙煤、30%負(fù)荷)的要求，又要求降低NO*的生成量，同時(shí)還要求降低燃燒器區(qū)域水冷壁的局部熱強(qiáng)度。本文簡要敘述主要的技術(shù)方向。即燃燒配風(fēng)一般采用多級布風(fēng)方式(燃燒器本身三級、燃燒器上部兩級配風(fēng))，火焰燃燒經(jīng)過過量空氣系數(shù)<1 的著火區(qū)和氧化氮還原區(qū)，最后才經(jīng)過過量空氣系數(shù)>1的燃盡區(qū)實(shí)現(xiàn)完全燃燒。而新技術(shù)的主要特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)在火焰內(nèi)脫氮和爐內(nèi)脫氮。同時(shí)采用小功率旋流式燃燒器對沖布置或濃淡濃新型直流式燃燒器四角布置，在大型鍋爐上還采用單爐膛雙切圓的輻射和對流互補(bǔ)熱偏差的綜合性技術(shù)。4 金屬材料超臨界機(jī)組的主要技術(shù)特征是隨著蒸汽參數(shù)的大幅度提高，鍋爐、汽輪機(jī)、

13、蒸汽管道、高壓加熱器等需要采用新材料，以提高耐高溫、抗蠕變能力和承受超臨界壓力的強(qiáng)度，并減小壁厚，提高機(jī)組對快速負(fù)荷變化的適應(yīng)能力。蒸汽參數(shù)越高，也需要采用高性能的金屬材料，造價(jià)也高。5 消除熱偏差技術(shù)5.1 采用小功率旋流式燃燒器對沖燃燒方式引進(jìn)技術(shù)國產(chǎn)化600 MW 超臨界鍋爐采用對沖燃燒方式。國內(nèi)運(yùn)行實(shí)踐表明，其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是可以減小煙氣側(cè)的熱偏差。熱偏差為1.021.04。同時(shí)，為了進(jìn)一步消除蒸汽側(cè)和煙氣側(cè)的熱偏差，還采取以下措施:(1)采用小容量的旋流式燃燒器，沿爐膛寬度均勻、對稱布置，再通過燃燒調(diào)整實(shí)現(xiàn)單只燃燒器的風(fēng)粉均勻分配，使?fàn)t膛出口煙氣流量和溫度偏差都較小;(2)各級過熱器以及各

14、級再熱器之間集箱間的連接采用大口徑管道左右交叉;(3)保持各受熱面管排相同的橫向節(jié)距;(4)合理選擇各集箱內(nèi)徑，在進(jìn)口集箱設(shè)計(jì)節(jié)流孔;(5)屏式過熱器管間長度一致，使受熱偏差、結(jié)構(gòu)偏差和流量偏差減小。5.2 對流與輻射互補(bǔ)抵消熱偏差的雙切圓燃燒方式(見圖3)單爐膛無雙面水冷壁對流熱曲線輻射熱曲線輻射+對流熱偏差對流熱曲線輻射熱曲線輻射+對流熱偏差圖 3 對流與輻射互補(bǔ)的雙切圓燃燒方式2個相對獨(dú)立的反向切圓燃燒方式，將對流熱偏差與整體單一火焰輻射系統(tǒng)的輻射熱偏差相互補(bǔ)償或抵消，使熱偏差盡可能減小。新一代超臨界機(jī)組鍋爐技術(shù)發(fā)生了重要變化，主要表現(xiàn)在鍋爐水冷壁、燃燒技術(shù)、啟動系統(tǒng)、金屬材料等，其中水

15、冷壁技術(shù)和燃燒技術(shù)處于優(yōu)先水平。采用引進(jìn)技術(shù)國產(chǎn)化超臨界機(jī)組，可以彌補(bǔ)國內(nèi)超臨界機(jī)組技術(shù)單純依靠進(jìn)口設(shè)備造成的價(jià)格過高，又及時(shí)引人新技術(shù)以縮短國內(nèi)超臨界技術(shù)與世界先進(jìn)技術(shù)的差距。在實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化后，還需要研究適合中國煤質(zhì)多變的燃燒技術(shù)和系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)以及運(yùn)行調(diào)節(jié)技術(shù)。二我國發(fā)展超臨界機(jī)組需解決的關(guān)鍵技術(shù)對照國外超臨界技術(shù)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國目前的實(shí)際情況，可列出我國發(fā)展超臨界機(jī)組需解決的關(guān)鍵技術(shù)如下:(1)超臨界機(jī)組系列選型及系統(tǒng)配置的研究:包括超臨界機(jī)組鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、主要輔機(jī)等系列選型，超臨界機(jī)組熱力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，超臨界機(jī)組汽機(jī)旁路系統(tǒng)選型;(2)大型超臨界鍋爐關(guān)鍵技術(shù)研究:包括超臨界鍋爐

16、爐型及燃燒系統(tǒng)配置方式，關(guān)鍵受壓部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和壽命管理;(3)大型超臨界汽輪機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究:包括超臨界機(jī)組轉(zhuǎn)子動力特性，固體顆粒沖蝕特性和防護(hù)措施，末級長葉片振動應(yīng)力和疲勞壽命，高溫高壓部件溫度場、應(yīng)力場和蠕變疲勞壽命;(4)大型超臨界單軸900 MW(百萬千瓦級)機(jī)組汽輪發(fā)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究:包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子裝配結(jié)構(gòu)件應(yīng)力水平、配合要求及材料選擇，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通風(fēng)選擇，勵磁方式，軸系、振動及汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)聯(lián)接的分析，定、轉(zhuǎn)子絕緣結(jié)構(gòu);(5)超臨界機(jī)組材料的國產(chǎn)化研究:包括超臨界汽輪機(jī)高溫材料和鍛件材料，超臨界鍋爐過熱器、再熱器材料，國產(chǎn)P91鋼管性能試驗(yàn)及管件開發(fā);(6)超臨界機(jī)組自動控制關(guān)鍵

17、技術(shù)研究:包括超臨界機(jī)組儀表和自動控制系統(tǒng)，超臨界機(jī)組關(guān)鍵儀表;(7)超臨界機(jī)組主要輔機(jī)設(shè)備研制:包括超臨界機(jī)組鍋爐給水泵組，超臨界機(jī)組鍋爐再循環(huán)水泵，超臨界機(jī)組高壓閥門國產(chǎn)化;(8)超臨界機(jī)組運(yùn)行技術(shù)研究:包括超臨界機(jī)組合理運(yùn)行方式，超臨界機(jī)組動態(tài)特性，超臨界機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)在線監(jiān)測診斷技術(shù)，超臨界汽輪機(jī)末級長葉片變負(fù)荷時(shí)的流場和動應(yīng)力及調(diào)峰性能，超臨界機(jī)組汽水品質(zhì)控制和停機(jī)保養(yǎng)技術(shù)。第二節(jié) 我國超臨界鍋爐發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景一、我國超臨界機(jī)組發(fā)展現(xiàn)狀到目前為止，我國發(fā)電量的75%是由小于300 MW的機(jī)組提供的，其電廠效率在27%29%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家的35%40%。我國自20世紀(jì)80年代開始陸

18、續(xù)引進(jìn)并投運(yùn)了一批超臨界機(jī)組，如已投運(yùn)的華能石洞口二廠2 x 600 MW、華能南京熱電廠2 x 300 MW、華能營口電廠2 x 300 MW,綏中電廠2 x 800MW、外高橋電廠二期2 x 900 MW等發(fā)電廠。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行之后，我國已積累了常規(guī)超臨界機(jī)組較好的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)我國1994年可靠性管理中心報(bào)告資料，我國當(dāng)時(shí)6臺600 MW機(jī)組中，石洞口二廠I2機(jī)組的等效可用率分別為89.7%和79.15%，強(qiáng)迫停機(jī)率為2.20%和0.84%，為國內(nèi)600 MW機(jī)組的第一、第二名。我國已引進(jìn)或在建的超臨界電廠主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表2。表2 我國已引進(jìn)的超臨界電廠主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)電廠名制造廠臺數(shù)功

19、率/MW參數(shù)/(MPa/9C/)石洞口二廠ABB /CE-SUI.ZER260024. 2/538/566盤山電廠前蘇聯(lián)250023. 54/540/540華能南京熱電廠前蘇聯(lián)232023.54/540/540營口電廠前蘇聯(lián)230025.0/545/545伊敏電廠前蘇聯(lián)250025.0/545/545綏中電廠前蘇聯(lián)280025.0/545/545漳州厚石電廠三菱260024. 6/538/566外高橋電廠二期西門子/阿爾斯通290024.2/538/5662004年11月23日，華能沁北電廠I號機(jī)組順利通過168 h試運(yùn)行，并正式投人商業(yè)運(yùn)行，標(biāo)志著我國在引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制造的國產(chǎn)首

20、臺600 MW超臨界機(jī)組正式成功投運(yùn)。該項(xiàng)目填補(bǔ)了600 MW超臨界機(jī)組國產(chǎn)化空白，使我國在600 MW超臨界發(fā)電機(jī)組這一重大技術(shù)裝備國產(chǎn)化方面實(shí)現(xiàn)了“零”的突破。其中，DG1900/25. 4-II型鍋爐為東方電氣集團(tuán)所屬核心企業(yè)之一 東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司與日本巴布科克-日立公司及東方日立鍋爐有限公司合作設(shè)計(jì)、聯(lián)合制造的600 MW超臨界本生直流鍋爐。168 h試運(yùn)期間，鍋爐主要運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)值基本一致并保持穩(wěn)定。二 我國超臨界機(jī)組發(fā)展前景預(yù)測經(jīng)過技術(shù)的成熟和發(fā)展，目前超臨界參數(shù)火力發(fā)電機(jī)組在可靠性和調(diào)峰靈活性等方面都可以得到保證，發(fā)電效率可達(dá)43%47%，最高可到49%，這對煤炭資

21、源的節(jié)約、發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)境改善，都顯示了相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性。國際上超臨界機(jī)組的發(fā)展已經(jīng)歷了40余年，無論從理論上還是從實(shí)際應(yīng)用來講，都有了相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)，有較為成熟的設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。為了緊跟世界上較為先進(jìn)的凈效率在45%47%的超臨界機(jī)組，我國將在超臨界和超超臨界機(jī)組的研究、設(shè)計(jì)和制造能力的形成和提高上加大投人，引進(jìn)國外成熟先進(jìn)技術(shù)，發(fā)揮國內(nèi)生產(chǎn)制造能力，以降低電廠造價(jià)，并通過引進(jìn)技術(shù)的消化、吸收，縮小我國與先進(jìn)國家的差距。優(yōu)化火電結(jié)構(gòu)是個戰(zhàn)略性的大問題，它與技術(shù)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境和體制、機(jī)制間有著相互的作用和反作用關(guān)系，不同的發(fā)展道路就會鑄造出不同的發(fā)展結(jié)果，直接影響今后一個相當(dāng)長時(shí)期

22、內(nèi)我國電網(wǎng)中火電主力機(jī)組的構(gòu)成。超臨界技術(shù)在優(yōu)化火電結(jié)構(gòu)方面有著特殊的作用，可以斷言，采用超(超)臨界參數(shù)和機(jī)組容量的大型化將是新世紀(jì)我國火力發(fā)電廠的主要發(fā)展方向。此外，超(超)臨界技術(shù)與循環(huán)流化床(CFB)燃燒技術(shù)的結(jié)合，也將同時(shí)成為這一主要發(fā)展方向的一支重要力量。三結(jié)論超(超)臨界發(fā)電技術(shù)在電廠凈效率方面的特殊優(yōu)勢，決定了它必將成為以燃煤發(fā)電為主的中國能源工業(yè)的首選技術(shù)。新世紀(jì)中，超(超)臨界發(fā)電技術(shù)的普遍采用，必將為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)帶來巨大的收益，成為我國經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境持續(xù)、健康、協(xié)調(diào)發(fā)展的重要保障之一。這是一項(xiàng)極其重要的工業(yè)發(fā)展政策，必須及時(shí)加以確立，長期加以堅(jiān)持。第三節(jié) 60

23、0MW超臨界鍋爐與亞臨界機(jī)組比較隨著國民經(jīng)濟(jì)和電力負(fù)荷的迅速增長, 電網(wǎng)容量將隨之增長, 必須采用大容量、高參數(shù)機(jī)組。在“八五”期間以亞臨界的300600 MW機(jī)組為主, 從“九五”開始逐步過渡為600 MW機(jī)組為主, 并要發(fā)展1000 MW機(jī)組。電網(wǎng)中這些主力機(jī)組集中了當(dāng)前世界上發(fā)電設(shè)備的許多先進(jìn)技術(shù), 代表著我國電力工業(yè)技術(shù)發(fā)展的趨勢。本文著重對600 MW級超臨界與亞臨界參數(shù)鍋爐作技術(shù)比較, 主要以石洞口二廠兩臺超臨界參數(shù)機(jī)組、平圩電廠和北侖電廠的兩臺亞臨界參數(shù)機(jī)組為討論對象。1 蒸汽參數(shù)與爐型水的臨界壓力為22.115MPa , 臨界溫度為347. 12 。在臨界點(diǎn)上, 水與汽的參數(shù)完

24、全相同, 兩者的差別消失, 汽化潛熱趨向于零, 即汽化在一瞬間完成。鍋爐的型式主要取決于蒸汽參數(shù)和容量, 有自然循環(huán)爐、控制循環(huán)爐、直流爐及復(fù)合循環(huán)直流爐4 種。直流爐適合于超臨界及亞臨界參數(shù), 自然循環(huán)及控制循環(huán)爐只適宜于亞臨界及亞臨界以下壓力參數(shù)。如采用亞臨界參數(shù), 則直流爐、自然循環(huán)和控制循環(huán)汽包爐都是可選用的方案。如元寶山電廠600 MW亞臨界參數(shù)鍋爐采用的是本生型強(qiáng)制循環(huán)直流爐; 北侖電廠1 號爐和平圩電廠兩臺600MW鍋爐采用控制循環(huán)汽包爐; 北侖電廠2 號爐采用自然循環(huán)方式。采用超臨界參數(shù)時(shí)均采用強(qiáng)制循環(huán)直流鍋爐。目前國際上超臨界參數(shù)鍋爐的過熱蒸汽(汽機(jī)進(jìn)口) 壓力一般采用24.

25、2、25.3 和26.4MPa 3個級別; 過熱和再熱蒸汽溫度通常設(shè)計(jì)為538 , 也有采用566 的; 大多采用一次再熱, 采用兩次再熱的只占超臨界機(jī)組中的15 % , 因兩次再熱雖能改善經(jīng)濟(jì)性, 但管路復(fù)雜, 耗用鋼材也多。石洞口二廠兩臺600 MW超界參數(shù)鍋爐采用的是超臨界螺旋管圈直流鍋爐, 過熱蒸汽(鍋爐出口) 壓力為25.4MPa , 溫度為541 , 中間再熱級數(shù)為一次,再熱蒸汽溫度為569 。2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析2.1 可靠性美國和前蘇聯(lián)在發(fā)展超臨界機(jī)組的初期, 由于缺乏經(jīng)驗(yàn), 設(shè)計(jì)和運(yùn)行都存在問題, 機(jī)組可靠性低。經(jīng)過幾十年不斷完善發(fā)展, 現(xiàn)在的技術(shù)早已成熟。美國發(fā)電可用率數(shù)據(jù)系統(tǒng)

26、1980 年的分析報(bào)告中, 公布了71 臺超臨界機(jī)組和27 臺亞臨界機(jī)組的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù), 兩類機(jī)組的平均運(yùn)行可用率、等效可用率和強(qiáng)迫停運(yùn)率已經(jīng)沒有差別。據(jù)美國EPRI 的統(tǒng)計(jì), 容量為600835 MW具有兩次中間再熱的超臨界機(jī)組整機(jī)可用率已達(dá)90 %。日本的超臨界機(jī)組可用率在90 %以上, 事故率在1 %以下。德國超臨界機(jī)組的運(yùn)行情況也表明, 機(jī)組的可靠性同參數(shù)之間沒有什么必然的聯(lián)系。石洞口二廠兩臺600 MW超臨界機(jī)組投運(yùn)第2年可用系數(shù)分別達(dá)到90.8 %和93.97 %。目前運(yùn)行的超臨界機(jī)組的運(yùn)行可靠性已經(jīng)不低于亞臨界機(jī)組的數(shù)值, 有的甚至還要更高一些。2.2 經(jīng)濟(jì)性超臨界機(jī)組雖然沒有汽

27、包耗鋼量減少, 但過熱器、再熱器采用高級合金鋼, 閥門價(jià)格也提高, 故總成本增加。據(jù)石洞口二廠分析, 機(jī)爐主設(shè)備比亞臨界高6 %7 %(設(shè)備費(fèi)占電廠投資1/3) , 工程建設(shè)費(fèi)用僅增加2 %3 %左右。根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較, 對于300600 MW機(jī)組, 低價(jià)煤地區(qū)仍以亞臨界壓力(17 MPa 、540/ 540 ) 較為適宜。但超臨界壓力機(jī)組熱效率一般要高于亞臨界壓力機(jī)組, 從亞臨界提高到超臨界, 機(jī)組整體循環(huán)效率可提高3 % 4 % , 供電煤耗從331 g/( kW·h) 降到300302 g/ ( kW·h) 。因此對于采用變壓運(yùn)行的機(jī)組, 以及電廠建在煤價(jià)較貴的地區(qū)時(shí)

28、采用超臨界參數(shù)可獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。石洞口二廠兩臺600 MW超臨界機(jī)組兩臺機(jī)組1996 年平均供電煤耗為311 g/ (kW·h) , 供電效率為39. 5 % , 熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)明顯優(yōu)于同容量亞臨界機(jī)組。該廠超臨界機(jī)組與平圩電廠、北侖電廠同容量亞臨界機(jī)組的有關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)見表3。表3 6臺機(jī)組近年的供電煤耗等有關(guān)數(shù)據(jù)表年份項(xiàng)目石二#1石二#2平圩#1平圩#2北侖#1北侖#2 1995等效可用系數(shù)/ %82. 7495. 5681. 9379. 4888. 2263. 11發(fā)電量/ 105 (MW·h)33. 8736. 1333. 31929. 18939. 9625發(fā)電煤耗

29、/ g·(kW·h) -1301301336337308314供電煤耗/ g·(kW·h) -13143143543553243281996等效可用系數(shù)/ %90. 3883. 4782. 8276. 2085. 567. 98發(fā)電量/ 105 (MW·h)36. 8033. 3733. 82029. 6583829. 8發(fā)電煤耗/ g ·(kW·h) - 1299299333336308313供電煤耗/ g ·(kW·h) - 13113113513543223242.3 運(yùn)行靈活性現(xiàn)代超臨界機(jī)組采用變

30、壓運(yùn)行方式, 能滿足快速變動負(fù)荷和低負(fù)荷運(yùn)行的要求。在高負(fù)荷時(shí)保持額定的主蒸汽壓力, 在低負(fù)荷時(shí)保持最低的許可供汽壓力, 負(fù)荷調(diào)節(jié)采用改變汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開度的方式; 在中間負(fù)荷范圍, 采用變壓運(yùn)行,用改變鍋爐主蒸汽壓力的方式調(diào)節(jié)負(fù)荷。例如石洞口二廠的600 MW機(jī)組, 在85 %負(fù)荷以上, 采用定壓運(yùn)行, 保持汽輪機(jī)進(jìn)口汽壓為24.2MPa ;在85 %37 %負(fù)荷, 采用變壓運(yùn)行, 蒸汽壓力隨負(fù)荷降低而降低, 汽輪機(jī)進(jìn)口汽壓由24.2MPa 降低到9.6MPa ; 在37 %負(fù)荷以下, 再采用定壓運(yùn)行, 保持汽輪機(jī)的進(jìn)口汽壓為9.6MPa 。3 鍋爐本體與主要系統(tǒng)的特點(diǎn)超臨界機(jī)組與亞臨界機(jī)組在

31、燃燒系統(tǒng)、過熱器和再熱器系統(tǒng)的差異不是太大, 這里主要分析差別比較大的水冷系統(tǒng)、鍋爐啟動系統(tǒng)與汽機(jī)旁路系統(tǒng)。3.1 水冷系統(tǒng)北侖電廠1 號爐和平圩電廠鍋爐都是CE 型亞臨界控制循環(huán)鍋爐。在其下降管回路中均設(shè)循環(huán)泵, 以提供足夠的壓頭來保證在任何運(yùn)行工況下能進(jìn)行充分的強(qiáng)迫循環(huán)。每爐有3 臺循環(huán)水泵,每泵能滿足60 %的額定負(fù)荷。考慮到亞臨界參數(shù)下汽包壁厚增加, 起停過程中上下壁溫差值較大因而限制起停速度, 汽包壁采取上下不等壁厚結(jié)構(gòu), 并采用環(huán)形夾層, 使汽包內(nèi)壁溫接近于汽水混合物溫度, 使上下壁溫差均勻而且減小, 可快速起停。鍋爐汽包的工作水位比一般自然循環(huán)鍋爐低, 可運(yùn)行范圍達(dá)300 mm,

32、 這是因?yàn)橛醒h(huán)水泵來產(chǎn)生循環(huán)動力, 水位已不是產(chǎn)生循環(huán)動力的重要因素, 而且給水直接引入下降管入口處, 欠焓較大, 水位低時(shí)該處亦不易產(chǎn)生汽化。超臨界直流爐的水冷壁主要采用螺旋式水冷壁管型和一次垂直上升管屏式。早期的超臨界直流鍋爐大多采用B &W公司的UP 型直流爐、CE公司的復(fù)合循環(huán)型直流爐和F &W公司的F &W型直流爐。70 年代中期開發(fā)螺旋管圈直流爐, 由于能滿足變壓運(yùn)行和快速變負(fù)荷要求, 因此發(fā)展較快。石洞口二廠的兩臺超臨界機(jī)組均采用螺旋式水冷壁。水冷壁采用光管焊成膜式壁從冷灰斗盤旋上升, 到爐膛出口折焰角中間集箱, 然后有集箱引入上部垂直上升水冷壁, 另一

33、部分引入折焰角, 然后全部進(jìn)入置于前墻的汽水分離器。螺旋式水冷壁的所有管子沿爐膛四周盤旋上升, 均勻地分布在爐膛四周, 在任一高度所有管子的受熱幾乎相同, 故比較適用于變壓運(yùn)行。直流鍋爐水冷壁的設(shè)計(jì)往往難以兼顧爐膛周界尺寸與必需具有足夠的質(zhì)量流速的矛盾。而螺旋管圈水冷壁只要增減螺旋上升角度, 就可以改變管數(shù), 在保證足夠的質(zhì)量流速的同時(shí), 其管徑和管數(shù)可不受爐膛周界尺寸的限制, 在管徑選用上有一定的靈活性。圈數(shù)太少會喪失螺旋管圈減少吸熱量偏差方面的優(yōu)點(diǎn), 而太多會增加水的流通阻力, 一般推薦圈數(shù)為1.52.5 圈, 石洞口二廠鍋爐的圈數(shù)為1.74 圈。3.2 鍋爐啟動系統(tǒng)平圩電廠鍋爐過熱器設(shè)有

34、一根5 %額定負(fù)荷容量的啟動小旁路管, 將汽包飽和蒸汽經(jīng)減壓后排至凝汽器。此小旁路在啟動過程中全開, 直到汽機(jī)并網(wǎng)后才關(guān)閉。該旁路可提高過熱器出口溫度并限制蒸汽壓力的上升速度, 使蒸汽參數(shù)可較快地達(dá)到汽機(jī)沖轉(zhuǎn)要求。根據(jù)美國經(jīng)驗(yàn), 采用5%小旁路系統(tǒng), 可使鍋爐熱態(tài)啟動從點(diǎn)火到汽機(jī)沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)僅40 min 即可完成。超臨界直流鍋爐啟動時(shí)要求保證從啟動到MCR 全過程的安全性, 防止亞臨界參數(shù)下的膜態(tài)沸騰和超臨界參數(shù)下的管壁超溫以及沿寬度方向上的溫度偏差。根據(jù)要有一定的啟動流量和啟動壓力。一開始升壓就必須不間斷地向鍋爐進(jìn)水,維持足夠的工質(zhì)流速和壓力使受熱面得以冷卻。但考慮到啟動熱損失和分離器容量,

35、原則上在可靠冷卻前提下質(zhì)量流量盡量選得小些, 通常為25 %35 %MCR。超臨界鍋爐內(nèi)的爐水被加熱到相應(yīng)壓力下的臨界溫度時(shí)全部汽化, 不再存在汽、水兩相區(qū)。由水變成蒸汽經(jīng)歷兩個階段, 即加熱階段和過熱階段。水冷壁自啟動至37 %MCR 負(fù)荷時(shí), 運(yùn)行方式與汽包鍋爐相似, 汽水分離器充當(dāng)汽包的作用, 分離出的水排入疏水?dāng)U容器實(shí)現(xiàn)工質(zhì)回收。當(dāng)負(fù)荷到37 %MCR 時(shí), 汽水分離器由濕態(tài)切換到干態(tài)。37 %MCR 到85 %MCR 時(shí), 鍋爐作變壓直流運(yùn)行, 這時(shí)內(nèi)置式汽水分離充當(dāng)集汽箱的作用。汽水分離器是直流鍋爐啟動系統(tǒng)中的一個重要部分, 有內(nèi)置式和外置式之分。石洞口電廠鍋爐采用內(nèi)置式汽水分離器

36、。啟動時(shí)汽水分離器能起固定蒸發(fā)終點(diǎn)的作用, 啟動完畢后不從系統(tǒng)中切除, 而是串聯(lián)在汽水流程內(nèi)。當(dāng)分離器切換到干態(tài)運(yùn)行后, 自動控制由水位控制改變?yōu)楣べ|(zhì)溫度控制, 工作參數(shù)(壓力和溫度) 要求比較高, 但因不需切除, 控制閥門可以簡化。3.3 汽機(jī)旁路系統(tǒng)中間再熱單元機(jī)組要設(shè)置旁路系統(tǒng), 以便在機(jī)組啟停和汽機(jī)故障時(shí)協(xié)調(diào)匹配機(jī)爐的工況, 實(shí)現(xiàn)工質(zhì)的回收。石洞口二廠鍋爐設(shè)有100 %容量的高壓旁路和65 %容量的低壓旁路, 兩級旁路串聯(lián), 這是歐洲國家采用的典型系統(tǒng)。汽機(jī)沖轉(zhuǎn)后帶上少量負(fù)荷時(shí), 隨著汽機(jī)進(jìn)汽量的增加, 高壓旁路閥逐漸關(guān)小。當(dāng)汽機(jī)主調(diào)門開度達(dá)到90 %時(shí), 高壓旁路閥門全關(guān), 當(dāng)鍋爐蒸

37、汽壓力超過預(yù)定的安全值時(shí),可通過特殊的控制回路將旁路閥快速打開, 起到鍋爐安全閥的作用, 故鍋爐過熱器不另設(shè)安全閥。用高壓旁路來代替安全閥, 可減弱噪音, 并使蒸汽通過減壓減溫裝置進(jìn)入凝汽器, 實(shí)現(xiàn)工質(zhì)回收。低壓旁路將再熱器出口蒸汽繞過汽機(jī)中低壓缸而直接排入凝汽器。由于該旁路只具備65 %容量, 不能作為安全閥, 故再熱器前后均另設(shè)安全閥。在汽機(jī)甩部分或全部負(fù)荷時(shí), 低壓旁路調(diào)節(jié)閥會接受-脈沖信號, 以增加其開度而快速排出因汽機(jī)中壓缸進(jìn)汽減少而多余的蒸汽。平圩電廠和北侖電廠亞臨界機(jī)組也設(shè)有高壓和低壓旁路系統(tǒng), 其作用與石洞口二廠超臨界機(jī)組的旁路系統(tǒng)相仿, 但容量較小。平圩電廠的高低壓旁路的容量

38、都為30 %額定負(fù)荷, 北侖電廠高低壓旁路的容量分別為50 %和60 %額定負(fù)荷。4結(jié)束語經(jīng)過40 多年的不斷完善和發(fā)展, 超臨界機(jī)組的發(fā)展已進(jìn)入成熟和實(shí)用階段, 運(yùn)行可靠性和熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)不低于亞臨界機(jī)組, 運(yùn)行靈活性也大為提高。為進(jìn)一步降低能耗, 減少CO2 排放, 改善環(huán)境, 在材料技術(shù)發(fā)展的前提下, 超臨界機(jī)組正朝更高參數(shù)的超超臨界技術(shù)方向迅速發(fā)展。第四節(jié) 我國超臨界機(jī)組分布狀況經(jīng)過技術(shù)的成熟和發(fā)展，目前超臨界參數(shù)火力發(fā)電機(jī)組在可靠性和調(diào)峰靈活性等方面都可以得到保證，這對煤炭資源的節(jié)約、發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)境改善，都顯示了相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性。我國在超臨界和超超臨界機(jī)組的研究、設(shè)計(jì)和制造能力的

39、形成和提高上加大投人，發(fā)揮國內(nèi)生產(chǎn)制造能力，新建了一大批超臨界機(jī)組。我們小組通過各方面調(diào)研，對全國的超臨界機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)計(jì)列表，詳情見附表1。由于資源、經(jīng)濟(jì)、交通等各方面因素影響，我國各省超臨界機(jī)組建設(shè)狀況并不均衡，在資源豐富、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、交通便利的地方，機(jī)組建設(shè)較多，圖4是根據(jù)調(diào)研資料經(jīng)過統(tǒng)計(jì)的全國各省市機(jī)組分布情況。圖4 我國各省市超臨界機(jī)組分成情況 第二章 我國超臨界鍋爐運(yùn)行中存在的主要問題第一節(jié) 機(jī)組運(yùn)行主要問題概述 我國從2004年國產(chǎn)超臨界機(jī)組投運(yùn)以來，運(yùn)行狀況總體較好，但也出現(xiàn)了一些問題，我們通過對多家電廠的調(diào)研，總結(jié)出了幾種常見事故，詳情見圖5。圖5國產(chǎn)超臨界鍋爐常見事故統(tǒng)計(jì)哈爾濱鍋

40、爐廠、上海鍋爐廠、東方鍋爐廠是國內(nèi)最大的三家鍋爐生產(chǎn)廠家，代表國內(nèi)鍋爐發(fā)展的最高水平，我們通過對所調(diào)查的幾十家電廠鍋爐發(fā)生事故次數(shù)的比較，統(tǒng)計(jì)了三家電廠鍋爐事故率，對三家鍋爐廠做了簡單的比較，見圖6，由于三家鍋爐產(chǎn)量及所調(diào)研資料的不足，此表有一定的缺憾，僅供參考。圖6 國內(nèi)超臨界鍋爐生產(chǎn)廠家鍋爐比較表第三章 超臨界鍋爐四管泄露問題概述水的臨界壓力為22.115MPa,臨界溫度為347.15 .在臨界點(diǎn)上，水與汽的參數(shù)完全相同，兩者的差別消失。超臨界鍋爐工作在超臨界壓力范圍內(nèi)，水冷壁與過熱器的功能類似，水冷壁熱偏差導(dǎo)致流量偏差擴(kuò)大、偏差管內(nèi)工質(zhì)熱物理特性劇烈變化，進(jìn)而產(chǎn)生流量偏差和傳熱特性惡化，

41、致使水冷壁壁溫偏差增大。同時(shí)超臨界機(jī)組再熱器、過熱器材質(zhì)品種繁多，基建施工中錯用鋼材和焊接工藝問題導(dǎo)致的鍋爐故障問題比較突出，其危害比亞臨界自然循環(huán)鍋爐的程度嚴(yán)重得多。針對超臨界鍋爐機(jī)組四管泄漏問題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和不斷探索，在設(shè)計(jì)施工、檢修、運(yùn)行等方面進(jìn)行了有益的嘗試和改進(jìn)部分問題得到有效解決。對提高超臨界鍋爐的設(shè)計(jì)水平、設(shè)備可用率及安全運(yùn)行具有重要價(jià)值。統(tǒng)計(jì)資料表明, 機(jī)組因鍋爐問題造成非計(jì)劃停運(yùn)占機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)的60% 80% , 而鍋爐“四管”(水冷壁管、過熱器管、再熱器管、省煤器管) 泄漏引起的非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間占機(jī)組因鍋爐問題非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間的70% 以上, 少發(fā)電量占全部事故少發(fā)電量的50

42、% 以上, 是影響電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要因素。因此, 如何有效預(yù)防鍋爐爆管, 是一個很有意義的課題。第一節(jié) 四管泄露問題產(chǎn)生的主要原因1長期、短期超溫爆管泄漏鍋爐受熱面管壁造成長時(shí)超溫過熱的原因主要有兩種：一是管子內(nèi)進(jìn)入異物使管子堵塞，或是焊接時(shí)的焊瘤等易造成管子堵塞；二是氧化物太多。第一種情況管子內(nèi)進(jìn)入異物主要是基建安裝時(shí)造成,短時(shí)間內(nèi)就發(fā)生爆管。如某超臨界鍋爐級屏在168h試運(yùn)期間曾發(fā)生5次爆管，其材質(zhì)為12Cr18Ni12Ti規(guī)格為32 mm×6 mm.破口宏觀特征為：爆破口較大，呈尖銳喇叭形，管壁減薄較多，脹粗明顯，破口邊緣薄而鋒利。爆管原因?yàn)椋喊惭b時(shí)酸洗不合格，管子里有異物

43、堵塞。第二種情況氧化物脫落造成爆管的過程為：大型電站鍋爐的高溫過熱器和再熱器多為立式布置，每級過熱器和再熱器由數(shù)百根豎立的U形管并列組成。機(jī)組在停機(jī)和啟動時(shí)，以及負(fù)荷、溫度和壓力變化較大時(shí)，鍋爐受熱面上達(dá)到剝離條件的氧化皮開始逐漸剝離下來，堆積在鍋爐過熱器蛇行管受熱面底部。剝離下來的氧化皮垢層，一部分被高速流動的蒸汽帶出過熱器，另有一些會落到U形管底部彎頭處。當(dāng)某一根管子開始有了一些脫落物堆積后，由于流動阻力增加，它的管壁溫度就會比周圍的管子高，由于底部彎頭處氧化皮剝離物的不斷堆積，使得管內(nèi)通流截面減小，造成流動阻力增加，導(dǎo)致管內(nèi)的蒸汽流通量減少，使管壁金屬溫度升高。當(dāng)堆積物數(shù)量較多時(shí)，造成管

44、壁超溫引起爆管。爆破口特征為：爆破口外壁顏色較深，表面有多道蠕變縱向裂紋，爆破口處無明顯脹粗，邊緣減薄不明顯。2材質(zhì)不良導(dǎo)致發(fā)生爆管超臨界鍋爐機(jī)組材質(zhì)規(guī)格繁多，如某電廠鍋爐一級屏式過熱器材質(zhì)為12CrlMoV，二級屏式過熱器、三級屏式過熱器材質(zhì)為12Cr18Ni12Ti,二級對流過熱器、二級對流再熱器材質(zhì)為12Cr18Ni12Ti，水冷壁材質(zhì)為12CrlMoV,一級對流再熱器材質(zhì)為12CrlMoV,一級對流過熱器材質(zhì)為12CrlMoV,省煤器材質(zhì)為CT20,如基建安裝時(shí)由于檢驗(yàn)把關(guān)不嚴(yán)導(dǎo)致材質(zhì)錯用，則很容易發(fā)生爆管問題，爆管宏觀特征為爆破口異常劇烈，破口呈大喇叭狀，邊緣粗鈍，為典型脆性斷裂。3

45、管材磨損引起鍋爐泄漏原因(1)易磨損部位受熱面防磨瓦脫落!煙氣磨損使管子泄漏；(2)鍋爐蒸汽吹灰器設(shè)計(jì)安裝位置角度不合理，蒸汽長時(shí)間工作直吹受熱面管某一固定部位導(dǎo)致泄漏。4因設(shè)計(jì)、安裝原因引起鍋爐泄漏某電廠超臨界鍋爐在投產(chǎn)初期啟停過程中!出現(xiàn)過幾次下輻射區(qū)水冷壁前后墻和側(cè)墻連接處水冷壁撕裂現(xiàn)象。分析引起水冷壁撕裂的原因?yàn)椋涸撾姀S鍋爐屬于典型的“一爐兩鍋”，兩個流道的沿程受熱面汽水互不混合，運(yùn)行中易形成溫度偏差，前后墻水冷壁的熱膨脹程度與側(cè)墻水冷壁熱膨脹程度不同，但整個水冷壁通過鰭片焊接成一個整體，造成前后墻與側(cè)墻連接處焊縫存在拉應(yīng)力，而且這種拉應(yīng)力在鍋爐停爐時(shí)表現(xiàn)得尤為劇烈。由于鍋爐的頻繁啟停

46、，這種拉應(yīng)力使前后墻與側(cè)墻連接處金屬的局部組織產(chǎn)生疲勞，引起撕裂，屬設(shè)計(jì)不合理。采取的改進(jìn)措施為:將10 m處前后墻與側(cè)墻連接鰭片從中間割開1 m多，邊緣磨出止裂孔，使前后墻與側(cè)墻分開，兩個流道停爐時(shí)自由收縮。運(yùn)行表明改造效果明顯。5. 異種鋼接頭失效造成爆管某直流爐過熱器的異種鋼焊口布置在爐頂，珠光體鋼12CrlMoV和奧氏體鋼12Cr18Ni12Ti，兩種鋼的耐熱能力相差很大，當(dāng)爐內(nèi)管出現(xiàn)過熱時(shí)一定首先體現(xiàn)出12CrlMoV材質(zhì)脹粗過熱和泄漏，因此檢查爐內(nèi)異種鋼過熱器超溫情況時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查熱室中的異種鋼焊口及12CrlMoV管材的過熱和脹粗。異種鋼接頭失效的過程主要體現(xiàn)在如下方面：(1)在運(yùn)

47、行溫度下，碳原子從低合金母材側(cè)進(jìn)入奧氏體焊縫，在熔合線附近形成脫碳層和增碳層。脫碳層的形成使接頭強(qiáng)度和蠕變性能降低，蠕變強(qiáng)度不匹配更加嚴(yán)重。(2)由線膨脹系數(shù)的差異引起的熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力與正常的管運(yùn)行應(yīng)力相疊加，在接頭熔合區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力集中。在該區(qū)可能還存在馬氏體相組織。(3)由于蠕變強(qiáng)度的差異"在應(yīng)力集中的作用下，應(yīng)變主要集中在蠕變強(qiáng)度較低的區(qū)域，即低合金母材側(cè)熔合線附近，運(yùn)行一段時(shí)間后，該區(qū)域內(nèi)部產(chǎn)生蠕變裂紋，外部產(chǎn)生類似咬邊缺陷的溝槽。(4)長期運(yùn)行產(chǎn)生的蠕變裂紋相互聯(lián)合。(5)聯(lián)合的裂紋沿熔合線擴(kuò)展，最終導(dǎo)致接頭斷裂。第二節(jié) 四管泄露問題檢修及預(yù)防的主要措施1. 解決鍋爐四管泄漏

48、方法1.1 設(shè)計(jì)與材質(zhì)選用超臨界機(jī)組高壓蒸汽管道、過熱器、再熱器、水冷壁、聯(lián)箱等部件的工作條件相對較為苛刻，對材料要求也比較嚴(yán)格，其常見的典型失效機(jī)制最主要表現(xiàn)為蠕變：疲勞、腐蝕和磨損等。因此，機(jī)組用熱強(qiáng)鋼應(yīng)滿足以下幾個基本方面的要求:500600 的工況下應(yīng)具有足夠高的高溫蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和熱疲勞強(qiáng)度；具有良好的高溫組織穩(wěn)定性；具有良好的高溫抗氧化性，耐腐蝕性；具有良好的冷加工性能和焊接性能。在鍋爐設(shè)計(jì)或投運(yùn)以后的改造中，更換Cr含量高的管材以提高金屬抗氧化能力，氧化皮脫落的現(xiàn)象在鐵素體和奧氏體材料上均有發(fā)生，各種材料在抗氧化和剝落上有所差別，材料中Cr含量的提高有助于提高抗氧化能力，減緩

49、氧化皮剝落的發(fā)生。T91抗氧化性能優(yōu)于T22材料，其允許管壁溫可在620650 以上。大量的研究和試驗(yàn)工作還表明:細(xì)晶TP347FG鋼管在550 以上時(shí)的抗蒸汽氧化性能較強(qiáng)，其蒸汽側(cè)氧化皮生長速度較低，已在國內(nèi)外電廠開始應(yīng)用。1.2 受熱面檢修解決方法根據(jù)超臨界機(jī)組運(yùn)行實(shí)際情況和幾年來積累的經(jīng)驗(yàn)確定檢查周期，沖刷嚴(yán)重部位每年檢測一次，其他部位進(jìn)行常規(guī)檢查，在一個大修期內(nèi)做到全部檢查一遍。以下重點(diǎn)部件需詳細(xì)檢查：(1)穿墻管、懸吊管、管卡處管子和省煤器、水平煙道內(nèi)過熱器上部管段、臥式布置的再熱器等易磨損部位受熱面。(2)水冷壁四角管子、燃燒器噴口和孔、門彎管部件的管子、工質(zhì)溫度不同而連在一起的包

50、墻管、包煙、風(fēng)道滑動面連接處的管子等易因膨脹不暢而拉裂的部位。(3)受蒸汽吹灰器的汽流沖擊的管子及水冷壁或包墻管上開孔裝吹灰器部位的近鄰管排。(4)屏式過熱器、高溫過熱器和高溫再熱器等有經(jīng)常超溫記錄的管排。(5)在大、中修期間采用氧化皮監(jiān)測儀對過熱器、再熱器進(jìn)行氧化皮檢測，同時(shí)對管材進(jìn)行壽命評估并及時(shí)更換氧化較嚴(yán)重的管材。檢查的重點(diǎn)項(xiàng)目是: 包墻過熱器鰭片焊口咬邊及頂棚過熱器對接焊口檢查；爐外小管一次門前焊口、彎頭磨損檢查；一、二級屏式過熱器、末級過熱器內(nèi)圈吹灰器附近磨損部位；檢查低溫再熱器懸吊管根部是否有異常情況。2. 運(yùn)行操作的主要預(yù)防措施(1) 注意主汽溫及鍋爐金屬壁溫的監(jiān)視與調(diào)整，啟動

51、時(shí)嚴(yán)格按運(yùn)行規(guī)程控制好升溫速度，防止運(yùn)行中超溫。滑停過程中控制汽溫下降率小于1.85 min平穩(wěn)下降，機(jī)組負(fù)荷降至100MW以下時(shí)少用二級減溫水。盡量避免緊急停爐，嚴(yán)禁停爐后通風(fēng)快速冷卻，以防止氧化皮脫落。但機(jī)組大修停爐時(shí)快速停爐冷卻，使氧化皮盡快脫落在大修期間得到一次徹底清除。(2)做好停爐防腐工作，防止過熱器、再熱器彎頭積水造成停運(yùn)期間腐蝕。(3)采用汽輪機(jī)啟動旁路系統(tǒng)對氧化皮進(jìn)行吹掃，在機(jī)組啟動初期利用機(jī)組本身的一、二級旁路系統(tǒng)對鍋爐過熱器!再熱器進(jìn)行蒸汽吹管，通過監(jiān)測凝結(jié)水中鐵含量的變化判斷是否有氧化皮脫落。(4)超臨界鍋爐大多采用直吹式制粉系統(tǒng)，改善磨煤機(jī)出口煤粉均勻性，保證其偏差不

52、大于10，煤粉均勻性改善后優(yōu)化調(diào)整配風(fēng)降低爐膛出口煙氣溫度，降低過熱器、再熱器超溫以減小氧化皮產(chǎn)生。第三節(jié) 四管泄露問題案例分析一、對廣東大唐國際潮州發(fā)電廠600 MW 超臨界機(jī)組鍋爐爆管過程進(jìn)行了詳細(xì)介紹, 并對爆管原因進(jìn)行了分析, 提出了有效的處理和預(yù)防措施, 可供同類型機(jī)組的運(yùn)行和維修人員參考。1 設(shè)備概況廣東大唐國際潮州發(fā)電廠2 號爐系哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)英國三井巴布科克能源公司(MB) 技術(shù)生產(chǎn)的HG21890/ 25142YM4 型鍋爐, 為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運(yùn)行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的本生(Be nson) 直流鍋爐, 單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、

53、型露天布置。鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)和材質(zhì)如下:（1)屏式過熱器位于折焰角上方, 共30 片管屏, 每屏由28 根管繞制而成, 入口段管的設(shè)計(jì)材料為SA-213 T91、規(guī)格為<38.5 mm×5.6 mm(6.6 mm) , 底部和出口段管的設(shè)計(jì)材料為SA-213TP347 H、規(guī)格為38.5 mm× 6.6 mm 。(2) 末級過熱器位于折焰角上方, 共30 片管屏, 每屏由20 根管繞制而成, 入口段管的設(shè)計(jì)材料為SA-213 T91、規(guī)格為44.5mm ×7.5mm ,底部和出口段管的設(shè)計(jì)材料為SA-213TP347H 、規(guī)格為44.5 mm ×7.

54、5 mm 。(3) 高溫再熱器共95 屏, 每屏采用10 根管,入口段管的規(guī)格為57 mm ×4 mm 、材料為12Cr1MoV G , 中間段管的規(guī)格為51 mm ×4 mm 、材料為SA2213 T91 , 出口段的管的規(guī)格為51 mm×4 mm、材料為SA2213 TP347 H 。（4) 折焰角處吊掛管由95 根規(guī)格為76 mm ×12.5 mm 、材料為15CrMoG 的管組成。圖7爆口形狀圖(5) 折焰角由385 根規(guī)格為44.5 mm ×6.3mm 、材料為15CrMoG、節(jié)距為57.5 mm 的管組成。2 爆管經(jīng)過及處理2006

55、 年6 月21 日鍋爐運(yùn)行過程中, 發(fā)現(xiàn)鍋爐屏式過熱器左數(shù)第30 排、內(nèi)數(shù)第27 根管超溫, 并有泄漏報(bào)警, 停爐冷卻降溫后, 進(jìn)入爐內(nèi)檢查, 發(fā)現(xiàn)屏式過熱器入口管屏內(nèi)數(shù)第27 管泄漏, 內(nèi)數(shù)第28 管變形嚴(yán)重, 爆口如圖7 所示。對這兩根管進(jìn)行換管處理, 同時(shí)在屏式過熱器處搭設(shè)腳手架, 對屏式過熱器管排進(jìn)行全面檢查, 未發(fā)現(xiàn)其他脹粗等缺陷。2006 年6 月27 日2 號機(jī)組啟動進(jìn)行168 h 試運(yùn)時(shí), 爐管泄漏裝置開始報(bào)警, 白天各方人員到鍋爐進(jìn)行查看、聽聲, 發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)末級過熱器區(qū)域聲音有異常; 6 月28 日6 時(shí)左右, 爐內(nèi)發(fā)生一聲較大聲響, 然后爐內(nèi)聲音明顯增大, 可以確認(rèn)爐內(nèi)發(fā)生管

56、屏泄漏; 鍋爐滅火, 進(jìn)行冷卻, 并到爐內(nèi)對破壞情況進(jìn)行了全面檢查。檢查發(fā)現(xiàn), 末級過熱器管、高溫再熱器管、水冷壁吊掛管均有泄漏、損壞, 即末級過熱器左數(shù)第16 排、內(nèi)數(shù)第1 管泄漏, 損壞4 根管; 末級過熱器左數(shù)第15 排、內(nèi)數(shù)第2 管泄漏, 損壞12 根管。通過對屏式過熱器、末級過熱器全面檢查, 發(fā)現(xiàn)屏式過熱器左數(shù)第30 排、內(nèi)數(shù)第5 根管, 末級過熱器入口左數(shù)15 排、內(nèi)數(shù)第5 根和第9 根管有脹粗, 進(jìn)行換管處理; 高溫再熱器左數(shù)第41 排損壞3 根管,左數(shù)第42 排損壞15 根管, 左數(shù)第43 排損壞9 根管,左數(shù)第44 排損壞7 根管; 水冷壁吊掛管左數(shù)第43 根管泄漏, 吊掛管

57、左側(cè)1 根水冷壁管泄漏, 對其進(jìn)行更換。在鍋爐頂部將左數(shù)第1、第10、第30 屏式過熱器入口集箱手孔和左數(shù)第15、第16 末級過熱器入口集箱手孔割開, 進(jìn)行檢查, 未發(fā)現(xiàn)異常。檢修后鍋爐重新點(diǎn)火, 不久發(fā)現(xiàn)屏式過熱器左數(shù)29 排、內(nèi)數(shù)第15 管超溫, 經(jīng)確認(rèn), 爐左數(shù)第2排屏式過熱器發(fā)生泄漏。停爐后經(jīng)爐內(nèi)檢查, 發(fā)現(xiàn)屏式過熱器入口左數(shù)第14 管泄漏, 內(nèi)數(shù)第1 根管有漲粗, 對這兩根管進(jìn)行了更換。屏式過熱器第29 排管、內(nèi)數(shù)第15 管由于有超溫現(xiàn)象, 也進(jìn)行了更換, 本次檢修共更換3 根管, 焊口26 道。圖8集箱中雜物示意圖本次泄漏發(fā)生后, 對屏式過熱器、末級過熱器、高溫再熱器、尾部低溫再熱器、低溫過熱器、省煤器、水冷壁進(jìn)行了全面檢查。在爐頂處將屏式過熱器入口集箱、末級過熱器入口集箱手孔全部割開, 使用內(nèi)窺鏡進(jìn)行全面檢查, 發(fā)現(xiàn)屏