張 薇

(華東電力設(shè)計院有限公司，上海 200063)

二次再熱超超臨界機(jī)組鍋爐壁溫測點設(shè)計優(yōu)化

張 薇

(華東電力設(shè)計院有限公司，上海 200063)

隨著電站鍋爐不斷朝著大容量、高參數(shù)方向發(fā)展，電站鍋爐高溫受熱面因為超溫所引起的問題如：管內(nèi)氧化皮快速生成造成脫落引起的爆管、超溫爆管、降參數(shù)運行等，歸根結(jié)底是由于爐內(nèi)金屬壁溫超溫所造成，還有爐外壁溫測點布置不到位，加劇了爐內(nèi)超溫、氧化、爆管現(xiàn)象的發(fā)生。因此要對鍋爐壁溫測點的設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。本文介紹鍋爐壁溫測點的設(shè)計，并結(jié)合泰州電廠二期工程對鍋爐壁溫測點的設(shè)計優(yōu)化。

二次再熱；超超臨界；壁溫；設(shè)計優(yōu)化。

近年來，大型火力發(fā)電廠中發(fā)生事故最多的是鍋爐，鍋爐事故中最多的是“四管爆漏”，由于過熱器再熱器長期工作在高溫?zé)煔獾膰?yán)酷環(huán)境中，因此超溫和爆管所占的比例最大。超溫就是鍋爐爐內(nèi)金屬管子壁溫超過允許溫度。大容量電站鍋爐因一根管子超溫爆裂而導(dǎo)致停爐，不但會造成上千萬元的直接經(jīng)濟(jì)損失，而且會影響地區(qū)供電。鍋爐壁溫測點的設(shè)計可以指導(dǎo)運行人員對鍋爐進(jìn)行燃燒調(diào)整，優(yōu)化運行，避免爐內(nèi)管子壁溫超溫，避免運行中爆管事故等，進(jìn)一步的延長鍋爐的使用壽命，提高鍋爐運行的穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1　鍋爐壁溫測點的設(shè)計

鍋爐過熱器再熱器超溫和爆管的原因之一是運行中沿?zé)煹赖臒煖仄钐?，特別是在蒸汽流量偏差以及各種輻射和對流吸熱偏差方面的設(shè)計計算與實際情況相差較大時，更容易超溫。而一旦發(fā)生爆管，已有大片區(qū)域的管子受到長期超溫的損傷，留下繼續(xù)爆管的隱患。對電廠安全經(jīng)濟(jì)運行來說，應(yīng)該在管子還沒有發(fā)生爆管以前就能監(jiān)測到超溫的狀態(tài)，即進(jìn)行檢修消除隱患(狀態(tài)檢修)。

超臨界和超超臨界鍋爐由于沒有鍋筒，在汽水流程中沒有一個固定的飽和溫度點。在運行中如果遇到突發(fā)性的擾動(如電負(fù)荷大幅度變化、給水故障及煤水比失調(diào)(自控短時間未能投入等，國外稱之為unpredictable upset)時，就可能發(fā)生主汽溫度急劇飛升，大大超過額定值的情況，使過熱器再熱器管子和集箱短時間嚴(yán)重超溫。

超臨界和超超臨界鍋爐中間點的蒸汽溫度波動比較大，會使集箱關(guān)鍵點(如三通轉(zhuǎn)彎處的內(nèi)緣、開孔的孔橋處等)增加附加溫差應(yīng)力。因此超臨界和超超臨界鍋爐的高溫集箱也應(yīng)該在線監(jiān)測其溫度的變化，以延長集箱的使用壽命。

管內(nèi)氧化垢：超臨界鍋爐和超超臨界鍋爐汽溫水平高，偏差管的蒸汽溫度可能達(dá)到600～650℃。超過600℃的蒸汽會有一部分分解成H2和O2。O2與管壁生成Fe3O4。奧氏體鋼與氧化垢的線膨脹系數(shù)差別大，當(dāng)鍋爐啟停時內(nèi)壁氧化垢會脫落堵塞管子下彎頭而導(dǎo)致爆管(我國已有幾臺超臨界鍋爐發(fā)生這種故障)。因此更需要精心運行，控制溫度偏差和爐內(nèi)壁溫，避免出現(xiàn)這種情況。

綜上所述，需要對鍋爐管屏壁溫進(jìn)行檢測。一般情況下，由鍋爐廠提供鍋爐壁溫測點的布置方案。壁溫鎧裝熱電偶的長度選擇應(yīng)根據(jù)從測點引到鍋爐爐墻兩側(cè)便于維修處接線盒(或分散布置的遠(yuǎn)程I/O柜)的長度。熱電偶可直接接到I/O遠(yuǎn)程柜(分散布置I/O遠(yuǎn)程柜)；也可先接到接線盒，再由補(bǔ)償導(dǎo)線接到I/O遠(yuǎn)程柜(集中布置I/O遠(yuǎn)程柜)。測溫組件的長度應(yīng)能滿足安裝和維修的要求。壁溫測量元件應(yīng)提供正確的安裝位置與安裝工藝，并須單獨保溫。

2　鍋爐壁溫測點設(shè)計優(yōu)化

泰州電廠二期建設(shè)兩臺1000MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組。鍋爐為超超臨界參數(shù)、直流爐、單爐膛、二次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、切圓燃燒方式，塔式鍋爐。

在過熱器、一次再熱再熱器、二次再熱再熱器出口(屏間和同屏)及水冷壁等管子上裝有壁溫測點。

2.1鍋爐廠壁溫測點布置方案

鍋爐廠給出鍋爐壁溫測點布置方案如下(受熱面橫向排數(shù)按自左向右編號，從前墻看，管子序號從外圈向內(nèi)圈編號；管壁熱電偶測點均裝于每級受熱面的出口連接管端上)：

(1)低溫過熱器

位于第11排上第#1～#18管(前墻、后墻共36點)

位于橫向第1～22排的第#1管(即最外圈管)前墻、后墻共42點，另外2點已包含在上面全屏。進(jìn)入控制室的熱電偶測點共78點。

(2)高溫過熱器

位于出口段第44、45排上第#1～#10管(共20點)

位于橫向第1～88排的第#1管(即最外圈管)，共86點，另外2點已包含在上面全屏測點中。進(jìn)入控制室的熱電偶測點共106點。

(3)一次再熱低溫再熱器

位于第45和133排上第#1～#6管(共12點)

位于橫向第1，5，9，13，17，21，25……153，157，161，165，169，174，178排的第#1管，共43點，另外2點已包含在上面全屏測點中。

進(jìn)入控制室的熱電偶測點共55點。

(4)一次再熱高溫再熱器

位于出口段第44、45排上第#1～#10管(共20點)

位于橫向第1～88排的第#1管(即最外圈管)，共86點，另外2點已包含在上面全屏測點中。進(jìn)入控制室的熱電偶測點共106點。

(5)二次再熱低溫再熱器

位于第45和133排上第#1～#6管(共12點)

位于橫向第1，5，9，13，17，21，25……153，157，161，165，169，174，178排的第#1管，共43點，另外2點已包含在上面全屏測點中。

進(jìn)入控制室的熱電偶測點共55點。

(6)二次再熱高溫再熱器

位于出口段第44、45排上第#1～#10管(共20點)

位于橫向第1～88排的第#1管(即最外圈管)，共86點，另外2點已包含在上面全屏測點中。

進(jìn)入控制室的熱電偶測點共106點。

(7)水冷壁

螺旋管出口進(jìn)入控制室熱電偶共356點，每側(cè)墻89個測點。

垂直管出口進(jìn)入控制室熱電偶共356點，每側(cè)墻89個測點。

(8)隔墻管

前墻隔墻管出口1點。布置在爐膛中心線附近

后墻隔墻管出口1點。布置在爐膛中心線附近

進(jìn)入控制室的熱電偶共2點。

(9)定位管

進(jìn)入控制室的熱電偶測點共3點。

2.2對鍋爐壁溫測點的調(diào)整

為了隨時監(jiān)視和指導(dǎo)鍋爐的運行情況，做到優(yōu)化運行，避免發(fā)生超溫，對鍋爐壁溫測點的設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。針對目前電廠鍋爐壁溫測點的布局可能不能準(zhǔn)確反映偏差屏、偏差管和易堵管的實際溫度，提出對爐外壁溫測點進(jìn)行增加和調(diào)整，增裝優(yōu)化方案如下：

(1)高溫過熱器

高過由鍋爐廠設(shè)計已裝設(shè)106個測點。屏間外圈第1管，共88個，同屏44、45屏的每根管共20個(含外圈第1管)。

屏間測點：計算表明外圈第1管的溫度最高，原設(shè)計測點已經(jīng)涵蓋了這排管子，共88點。計算表明外圈第2管的溫度次高，在2號管上沿寬度每隔一片屏裝一個測點，另外在8～26、63～81屏外圈第2管全部增裝壁溫測點，共63點。屏間共151點。

同屏測點：第8、14、20、26、36、53、63、69、75、81屏，參考同類型鍋爐為偏差屏變化的區(qū)域，共10片屏的3～10號管，共80點，加上同屏44、45屏的每根管裝一點。調(diào)整后同屏測點共98點。

調(diào)整后高過壁溫測點總數(shù)為：249點。

(2)一次再熱高溫再熱器

一次高再由鍋爐廠設(shè)計已裝設(shè)106個測點。屏間外圈第1管，共88個，同屏44、45屏的每根管裝一點，共20個(含外圈第1管)。

測點增加和調(diào)整意見：

屏間測點：計算表明外圈第1管的溫度最高，原設(shè)計測點已經(jīng)涵蓋了這排管子，共88點。計算表明外圈第2管的溫度次高，在6～28、61～83屏外圈第2管每隔一片屏增裝壁溫測點，第36、53屏外圈第2管增裝壁溫測點，共26點。考慮內(nèi)圈管受周圍煙氣輻射因素，在10號管上沿寬度每隔一片屏增裝一個測點，共43點。調(diào)整后屏間共157點。

同屏測點：第8、14、20、26、36、53、63、69、75、81屏，參考同類型鍋爐為偏差屏變化的區(qū)域，共10片屏的3～9號管，共70點，加上同屏44、45屏的每根管裝一點。調(diào)整后同屏測點共88點。

一次再熱高溫再熱器壁溫測點總數(shù)為：245點。

(3)二次再熱高溫再熱器

二次高再由鍋爐廠設(shè)計已裝設(shè)106個測點。屏間外圈第1管，共88個，同屏44、45屏的每根管裝一點，共20個(含外圈第1管)。

測點增加和調(diào)整意見：

屏間測點：計算表明外圈第1管的溫度最高，原設(shè)計測點已經(jīng)涵蓋了這排管子，共88點。計算表明外圈第2管的溫度次高，在6～28、61～83屏外圈第2管每隔一片屏增裝壁溫測點，第36、53屏外圈第2管增裝壁溫測點，共26點。考慮內(nèi)圈管受周圍煙氣輻射因素，在10號管上沿寬度每隔一片屏裝一個測點，共43點。調(diào)整后屏間共157點。

同屏測點：第8、14、20、26、36、53、63、69、75、81屏，參考同類型鍋爐為偏差屏變化的區(qū)域，共10片屏的3～9號管，共70點，加上同屏44、45屏的每根管裝一點。調(diào)整后同屏測點共88點。

二次再熱高溫再熱器壁溫測點總數(shù)為：245點。

(4)管組的出口集箱保溫罩殼內(nèi)

為了在運行中分析測點測量值的準(zhǔn)確性，考慮在高過、一次高再、二次高再的出口集箱保溫罩殼內(nèi)裝一點測點(在鍋爐寬度的中間部位)，測量罩殼內(nèi)的環(huán)境溫度。共3點。

(5)螺旋水冷壁增加360只壁溫?zé)犭娕迹皦?、后墻、左墻、右墻各增?0個壁溫測點，即螺旋水冷壁每根管子均測出口連接管壁溫。

2.3優(yōu)化后鍋爐受熱面壁溫測點的比較

優(yōu)化后鍋爐受熱面壁溫測點的布置與前鍋爐受熱面壁溫測點的布置比較詳見表1。

表1　泰州二期工程鍋爐壁溫測點點數(shù)對比

3　結(jié)語

泰州電廠二期鍋爐采用上海鍋爐廠的塔式鍋爐，為1000MW超超臨界二次再熱機(jī)組，鍋爐壁溫測點的設(shè)計優(yōu)化對今后類似工程設(shè)計有參考意義。

[1] 朱德勇，曾壁群，楊博．高溫管屏在線監(jiān)測系統(tǒng)在防止鍋爐高溫管屏結(jié)渣中的應(yīng)用[J]．熱力發(fā)電，2013，42(10)．

[2] 袁永勇，顧本立．600MW超臨界鍋爐高溫管屏安全性在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用[J]．Electric Power IT，2008，6(2)．

The Optimization Design of Boiler Wall Temperature Measurement for Double Reheat Ultra-supercritical Unit in Power Plant Tai Zhou

ZHANG Wei
(East China Electric Power Design Institute Co., Ltd., Shanghai 200063, China)

As power plant boiler develops in the direction of the large capacity and high parameter, problems of the high temperature heating surface are caused by over-temperature, such as pipe explosion, over-temperature pipe explosion, decreasing parameter operation, which is due to the over-temperature of the metal in the surface wall of pipes, as well as the wrongly arrangement of temperature measuring points of the boiler wall. This paper introduces the design of boiler wall temperature. And combined the Tai Zhou Power Plant Phase II, this paper details the optimization design of the boiler wall temperature.

double-reheat; ultra-supercritical; wall temperature; optimization design.

TM621

B

1671-9913(2016)05-0021-04

2016-02-17

張薇(1988- )，女，內(nèi)蒙古人，碩士，助理工程師，從事電廠熱工控制設(shè)計工作。