王 康（國家電投集團(tuán)貴州金元股份有限公司，貴州貴陽550081）

超臨界W火焰鍋爐四管防爆技術(shù)管理要點(diǎn)淺析

王 康（國家電投集團(tuán)貴州金元股份有限公司，貴州貴陽550081）

當(dāng)前600MW等級(jí)超臨界“W”火焰鍋爐已是目前國內(nèi)無煙煤大型火電機(jī)組的優(yōu)先選擇。超臨界參數(shù)水動(dòng)力循環(huán)特性，高溫度參數(shù)特性，以及“W”火焰鍋及其煤種的難燃、易結(jié)焦、飛灰磨損嚴(yán)重等多重因素對(duì)鍋爐防止四管爆漏提出新的技術(shù)管理要求，須引起足夠重視。本文結(jié)合超臨界“W”火焰鍋爐自身特點(diǎn)，對(duì)該型鍋爐“四管”防爆技術(shù)管理要點(diǎn)展開探討，以期能為相關(guān)人士提供參考。

超臨界；“W”火焰鍋爐；四管防爆技術(shù)；管理要點(diǎn)

1 引言

世界首臺(tái)超超臨界參數(shù)機(jī)組1957年在美國投運(yùn)，“W”火焰燃燒方式也在同時(shí)期由FW公司首創(chuàng)。但直到2006年，超臨界參數(shù)“W”火焰鍋爐的研發(fā)才在我國開始起步。這是因?yàn)椤癢”火焰鍋爐結(jié)構(gòu)特殊，普通超臨界鍋爐的螺旋管圈技術(shù)無法應(yīng)用。兩者結(jié)合的關(guān)鍵是低質(zhì)量流速垂直管圈水冷壁技術(shù)的應(yīng)用。2009～2016年我國已投運(yùn)600MW級(jí)超臨界參數(shù)“W”火焰鍋爐27臺(tái)，無煙煤燃燒經(jīng)濟(jì)性大幅提升，為我國在2020年實(shí)現(xiàn)現(xiàn)役電廠平均煤耗低于310g奠定了基礎(chǔ)。

新技術(shù)帶來新問題，因結(jié)構(gòu)和煤種的特殊性，600MW等級(jí)超臨界“W”火焰鍋爐在水冷壁超溫及拉裂、硫腐蝕及氧化皮堵塞爆管等方面問題突出。為科學(xué)防范，須重點(diǎn)分析，在亞臨界“W”火焰鍋爐防磨防爆經(jīng)驗(yàn)和措施基礎(chǔ)上，還須增加采取應(yīng)對(duì)措施。

表1 截止2016年我國在役600MW等級(jí)超臨界“W”火焰鍋爐

2 超臨界“W”火焰鍋爐的特點(diǎn)及其突出矛盾

2.1 其參數(shù)、結(jié)構(gòu)及燃燒方式?jīng)Q定，易發(fā)生水冷壁拉裂

2.1.1 水冷壁工況較亞臨界W火焰鍋爐更復(fù)雜

超臨界“W”火焰鍋爐與亞臨界W爐相比，水冷壁超過飽和溫度，循環(huán)動(dòng)力小，管子之間存在溫度偏差，因此超臨界W火焰鍋爐水冷壁工況較亞臨界W火焰鍋爐更復(fù)雜。

2.1.2 “W”火焰鍋爐易出現(xiàn)爐寬方向燃燒不均現(xiàn)象

由于燃燒器只能布置在前后拱上，沿爐膛寬度方向一字排開布置，任何一臺(tái)磨的停運(yùn)都會(huì)使?fàn)t內(nèi)熱負(fù)荷輸入不均性加大；相對(duì)沖爐和四角切圓的燃燒器分層布置，“W”火焰鍋爐內(nèi)從燃料輸入易出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象。

2.1.3 超臨界“W”火焰鍋爐水冷壁壁溫偏差大

超臨界 “W”火焰鍋爐只能采用低質(zhì)量流速垂直管圈布置，相對(duì)采用螺旋管圈布置方式，水冷壁壁溫不易均勻，偏差大，典型壁溫分布如圖1所示。

圖1

2.2 普遍燃用高硫無煙煤，易產(chǎn)生高溫硫腐蝕

當(dāng)前國內(nèi)在役、在建和擬建的超臨界“W”火焰鍋爐因地域分布于，多燃用西南高硫無煙煤，原煤硫份1～3%，少數(shù)煤接近5%。由于管壁溫度高，高溫硫腐蝕矛盾突出，主要出現(xiàn)在水冷壁燃燒器區(qū)域和高溫段，及高過和高再等部位。

2.2.1 高溫水冷壁腐蝕機(jī)理

水冷壁燃燒器區(qū)域、水冷壁的高溫段，外壁溫度可達(dá)450℃，極易發(fā)生高溫硫腐蝕現(xiàn)象。

（1）在高溫還原性氣氛下，煤粉中的FeS2將發(fā)生反應(yīng)：FeS2+ 2CO+O2→FeS+2CO2+[S]。

當(dāng)[S]原子與水冷壁管直接接觸，就發(fā)生反應(yīng)：Fe+S→FeS，造成水冷壁管的腐蝕。

（2）由不可燃硫高溫下生成硫酸鹽混入灰分熔敷于水冷壁管表面，與Fe2O3發(fā)生反應(yīng)：3M2SO4+Fe2O3+3SO3=2M3Fe（SO4）3或M2SO4+Fe2O3+3SO3=2MFe（SO4）2生成的復(fù)合鹽在管壁表層受高溫又分解為硫酸鹽和疏松氧化鐵，向內(nèi)擴(kuò)散，逐層腐蝕。

2.2.2 高過高再的腐蝕機(jī)理

高溫過熱器、高溫再熱器的高溫腐蝕是由于液態(tài)的高溫黏積灰（550～710℃形成，650～700℃時(shí)最為嚴(yán)重）在管壁上積結(jié)造成，化學(xué)反應(yīng)式與復(fù)合硫酸鹽型反應(yīng)式相同。

2.3 高溫過熱器、高溫再熱器易發(fā)生氧化皮堵塞

超臨界鍋爐高溫過熱器和高溫再熱器使用管材抗氧化溫度分別為：T23：593℃；T91：649℃；TP347H：704℃。一般按T23≤580℃；t91≤600℃，TP347H≤650℃控制，保守應(yīng)用T23≤570℃；t91≤590℃。

超臨界鍋爐高過和高再出口介質(zhì)溫度一般在571℃和569℃，按經(jīng)驗(yàn)管壁溫度不低于621℃和619℃。實(shí)際運(yùn)行中，管屏間溫度不均、受熱面短時(shí)超溫，不可避免產(chǎn)生內(nèi)壁氧化皮。

在570℃以上，水蒸氣與純鐵發(fā)生氧化反應(yīng)，生成的氧化膜由FeO，F(xiàn)e3O4，F(xiàn)e2O3三層組成。FeO處于最內(nèi)層，因其結(jié)構(gòu)不致密、膨脹系數(shù)大，因此易于脫落。氧化皮剝落的主導(dǎo)因素是：氧化皮厚度和溫度劇變或交變，易發(fā)生在鍋爐的啟、停爐和負(fù)荷驟變過程中，一般的氧化皮堵塞管道高峰期出現(xiàn)在機(jī)組運(yùn)行10000～15000h之間。

3 超臨界“W”火焰鍋爐“四管”防磨防爆技術(shù)管理要點(diǎn)

3.1 水冷壁拉裂預(yù)防

3.1.1 鍋爐設(shè)計(jì)優(yōu)化

相比早期超臨界“W”火焰鍋爐，四大鍋爐廠針對(duì)水冷壁壁溫偏差問題開展了大幅優(yōu)化：

（1）增加過渡段中間混合集箱，將早期上、下水冷壁半混和改為全混合方式，可減少上部水冷壁偏差幅度約10～20℃；

（2）提高水冷壁上集箱高度，加長管屏光管長度至1050mm，對(duì)已投運(yùn)的鍋爐采用適當(dāng)割開管屏間扁鋼方式處理；水冷壁上、下集箱間固定連接改為扣接，釋放熱應(yīng)力；

（3）增加水冷壁的壁溫（汽溫）監(jiān)測(cè)的測(cè)點(diǎn)數(shù)量，方便強(qiáng)化水冷壁壁溫監(jiān)控；

（4）適當(dāng)減少衛(wèi)燃帶面積及敷設(shè)區(qū)域（衛(wèi)燃帶采用條狀布置），增設(shè)側(cè)墻邊界風(fēng)結(jié)構(gòu)，改善下水冷壁結(jié)焦情況；

（5）優(yōu)化磨機(jī)與燃燒器對(duì)應(yīng)關(guān)系，保證煤粉沿鍋爐寬度方向的輸均布性。

3.1.2 運(yùn)行管理措施

600MW超臨界W爐上部水冷壁壁溫差是由工質(zhì)側(cè)偏差和煤粉側(cè)偏差共同引起的，在運(yùn)行中需要采取相應(yīng)措施，避免煤粉輸入不均所帶來的偏差：

（1）做好球磨機(jī)的風(fēng)量控制

各工況盡量多投磨煤機(jī)臺(tái)數(shù)，削弱爐寬方向負(fù)荷不均；避免同時(shí)對(duì)多臺(tái)磨煤機(jī)（容量風(fēng)量）進(jìn)行調(diào)整；在停磨前應(yīng)盡量將磨內(nèi)煤粉吹空，避免啟動(dòng)暖磨時(shí)大量煤粉突然涌入爐內(nèi)導(dǎo)致燃燒波動(dòng)。

（2）做好干濕轉(zhuǎn)換控制

干濕轉(zhuǎn)換是一個(gè)相對(duì)不穩(wěn)定過程，應(yīng)平穩(wěn)度過，避免轉(zhuǎn)換反復(fù)交替。轉(zhuǎn)換前預(yù)先啟動(dòng)磨機(jī)，避免在該過程啟、停磨機(jī)。

（3）保證鍋爐爐內(nèi)燃燒的穩(wěn)定

運(yùn)行人員應(yīng)熟悉各風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)特性，防止鍋爐的局部缺風(fēng)，可通過看火管觀查著火及燃燒情況，相應(yīng)調(diào)整；保持適當(dāng)?shù)腻仩t風(fēng)箱風(fēng)壓，防止火焰貼墻；運(yùn)行中若某一區(qū)域水冷壁長期超溫，可切停對(duì)應(yīng)燃燒器。

（4）調(diào)整負(fù)荷變化時(shí)，給水流量的前置信號(hào)

鍋爐升、降負(fù)荷易引起水煤比失調(diào)，變負(fù)荷前可適當(dāng)降低主汽溫，根據(jù)汽溫及水冷壁壁溫變化，及時(shí)調(diào)節(jié)給水量、磨煤機(jī)容量風(fēng)。可根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)調(diào)整負(fù)荷變化時(shí)的給水流量前置信號(hào)，可在一定程度上緩解燃料量調(diào)整不夠及時(shí)的問題。

（5）適當(dāng)降低減溫水流量，應(yīng)優(yōu)先采用煤水比控制和煙氣擋板調(diào)節(jié)汽溫，加大水冷壁流量。

（6）保證爐膛受熱面的正常吹灰，避免積灰、結(jié)焦引起換熱不均。

3.1.3 檢修管理措施

（1）磨煤機(jī)各一次風(fēng)粉管應(yīng)進(jìn)行熱態(tài)調(diào)平，燃燒器噴口、風(fēng)口應(yīng)完好、暢通。

停爐后對(duì)有焦塊遮擋和堵塞的噴口、風(fēng)口要進(jìn)行清理，避免風(fēng)量不均。燃燒器檢修后和A（B）級(jí)檢修后，應(yīng)核對(duì)風(fēng)門擋板的行程和開度，并開展一次風(fēng)粉管熱態(tài)調(diào)平，偏差控制在5%范圍內(nèi)。

（2）加強(qiáng)水冷壁壁溫測(cè)點(diǎn)管理

針對(duì)運(yùn)行中的壁溫異常點(diǎn)，應(yīng)查明原因，檢修消除；對(duì)壁溫壞點(diǎn)應(yīng)及時(shí)更換；受熱面大范圍檢修后，應(yīng)核對(duì)壁溫測(cè)點(diǎn)的位置、測(cè)量誤差。

（3）確保拱部恒力吊架受力均勻，在設(shè)計(jì)值范圍。

超臨界W爐沒有集中下降管，拱部荷載是通過多個(gè)恒力吊架直接傳遞到鍋爐構(gòu)架上。每次啟、停爐應(yīng)檢查恒力吊架受力均勻，且在設(shè)計(jì)值范圍，避免下部水冷壁膨脹受阻或承力不均。

3.2 防止受熱面高溫硫腐蝕

受熱面超音速熱噴涂Ni-Cr涂層對(duì)燃用含硫份2～4%的超臨界鍋爐受熱面防護(hù)高溫硫腐蝕是經(jīng)濟(jì)、可行的。某電廠針對(duì)該問題，請(qǐng)西安熱工院主持，由國內(nèi)知名噴涂單位提供噴涂試片，模擬超（超）臨界機(jī)組高溫腐蝕爐內(nèi)試驗(yàn)。從2010年12月安裝試片，監(jiān)測(cè)至2012年2月份發(fā)現(xiàn)：未經(jīng)噴涂的試片約2800h就出現(xiàn)高溫氧化、腐蝕、起皮和腐蝕現(xiàn)象，基材已嚴(yán)重?fù)p傷。經(jīng)噴涂的試片8490.95h后，涂層基本完好，未出現(xiàn)腐蝕、氧化、起皮現(xiàn)象；噴涂時(shí)應(yīng)注意認(rèn)真核對(duì)噴涂范圍；爐頂穿墻管應(yīng)噴涂至穿越頂棚以上；噴涂層與衛(wèi)燃帶之間留大于50mm的重疊，噴涂工序放在衛(wèi)燃帶銷釘焊接后、敷設(shè)前。

3.3 防止受熱面氧化皮堵塞爆管

3.3.1 運(yùn)行管理措施

（1）禁止超溫運(yùn)行

各受熱面在壁溫報(bào)警值以下運(yùn)行；利用SIS系統(tǒng)加強(qiáng)鍋爐金屬壁溫監(jiān)測(cè)，指導(dǎo)停爐后的受熱面氧化皮檢查。

（2）機(jī)組啟動(dòng)期間吹掃，預(yù)防氧化皮堆積。在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前采用高、低壓旁路對(duì)受熱面進(jìn)行吹掃，避免氧化皮損傷汽輪機(jī)。

（3）給水加氧

給水中溶氧量維持在一定范圍內(nèi)，管壁形成一層Fe3O4氧化膜，可減緩氧化皮脫落。加氧處理一般以控制省煤器入口溶解氧含量在30～150μg/L之間為宜。

（4）避免受熱面溫度驟變

盡可能減少機(jī)組啟停次數(shù)，減緩機(jī)組升溫、降溫速率。停爐時(shí)推薦悶爐62h，禁止強(qiáng)制冷卻。

3.3.2 檢修管理措施

（1）加強(qiáng)氧化皮監(jiān)測(cè)，推薦采用磁探測(cè)技術(shù)，彎管部位可割管檢查。首次A、B修和機(jī)組運(yùn)行滿10000～15000h必須開展全面監(jiān)測(cè)。一般停爐可依據(jù)金屬壁溫監(jiān)測(cè)情況開展。

（2）壁溫長期異常的過熱器、再熱器管段應(yīng)在停爐檢修中查明原因。

由于堵塞位置差異，受熱面發(fā)生氧化皮堵塞后在對(duì)應(yīng)壁溫測(cè)點(diǎn)上產(chǎn)生超溫或低溫的可能性均存在，因此依據(jù)機(jī)組運(yùn)行中如發(fā)現(xiàn)壁溫長期異常，應(yīng)及時(shí)分析原因，必要時(shí)應(yīng)割管檢查和消除。

4 結(jié)束語

綜上，超臨界“W”火焰鍋爐雖出現(xiàn)不到10年，但基于借鑒亞臨界“W”火焰鍋爐和其他超臨界爐型，如四角切圓、對(duì)沖超臨界爐型的管理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合近年來的業(yè)界不斷探索，該爐型的“四管”防磨防爆工作已取得一定成功經(jīng)驗(yàn)。

鍋爐“四管”防磨防爆工作以一個(gè)“勤”字決為核心，結(jié)合已有技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，做到勤記錄、勤檢查、勤思考，超臨界“W”火焰鍋爐的可靠性必定會(huì)日益提升。

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TK223.5

A

2095-2066（2016）36-0151-02

2016-12-3

王 康（1974-），男，漢族，湖北武漢人，助理工程師，本科，主要從事火電企業(yè)生產(chǎn)管理工作。