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1、锅炉过热器壁温计算及爆管研究摘 要近年来，我国的火力发电机组逐渐向大容量方向发展。由于锅炉蒸汽参数的不断提高，过热器和再热器系统受热面积越来越大，设计和布置日趋复杂，不可避免地导致并联各管内的流量与吸热量发生差异。过热器受热面中的工质是高温高压的蒸汽，而受热面又处于烟气温度较高的区域，工作条件比较恶劣。因而受设计、制造、运行等诸多方面因素的影响，过热器受热面经常发生超温现象，严重时发生爆管事故。目前，大型电站锅炉爆管事故(BFT)已成为当前威胁发电设备稳定运行的突出矛盾，而且随着旧机组服役时间的增加及新机组投产量和参数的提高，这类事故还有逐年上升的趋势，是影响安全发供电的主要因素。研究和防止过
2、热器爆管已成为保证火电厂安全经济运行和提高经济效益的关键课题之一。 本文以研究了爆管问题为主，对电站燃煤锅炉过热器超温、爆管的问题进行了综合研究，通过对过热器系统的热偏差理论的研究，详细分析了造成过热器超温、爆管的原因，给出了预防过热器超温、爆管的方法，并结合一台具体的锅炉，计算了在不同煤种、不同负荷的情况下其后屏几个危险点的管壁温度，建立了壁温与负荷的关系，提出了锅炉安全工作的负荷及燃料限制，并提出了技术改造方案。现场的热力实验印证了技术改造方法的可行性。关键词：过热器、超温、爆管、壁温计算、技术改造ABSTRACT In recent years， thermal generator un
3、it capacity rased more and more in china. With steam parameter in boiler increased continuously，heating surface area of superheater and reheater became bigger and bigger， and the design and arrangement became more and more complex， and these lead to the flow and heat absorption capacity difference i
4、n parallel tubes unavoidably. Because the mediator working in the superheater are high temperature and high pressure steam， and the heating surfaces are in the high temperature fume area， so the working condition is bad. Overtmperature， even tube explosion in the heating surface of superheater alway
5、s happen because of many elements in design， manufacture and operation.At present， tube explosion of power station (BTF become an important problem influencing the safe of the power station operation. And with the increase of the time on active service of old units and improvement of operation amoun
6、t and parameter on new units， this kind of accident has trend of rising year by year， and is the main factor influencing the safe of the operation. So， study on preventing tube explosion become one of the key subjects on power plant safe economical operation and increasing economic efficiency. The r
7、esearch developed on the overtemperature and tube explosion of superheater in power plant and analysed the reason of overtemperature and tube explosion of superheater by the research on heat deviation coefficient and gave the precaution. The author has，calculated some dangerous points while using di
8、fferent coals and running under different load condition ，established the mathematic relation on wall temperature with load， and proposed the limit of load and fuel for safe work and given the technological transformation methods to solve these problems and proved the feasibility of the methods by t
9、he analysis of field thermal performance of the boiler.Key Words： superheater， overtemperature， tube explosion， thermal calculation， technological transformationI目 录目 录摘 要IABSTRACTII目 录III1. 绪 论11.1 课题的选题背景11.2 国内外研究的现状11.3 壁温计算32. 过热器系统的热偏差理论分析52.1 热力不均匀性62.1.1 沿烟道宽度的热力不均匀性62.1.2 沿烟道高度(或深度)的热力不均匀性7
10、2.1.3 同屏(片)各管的热力不均匀性72.2 水力不均匀性82.2.1 集箱效应引起的流量不均匀性82.2.2 管子结构差异引起的流量分配不均匀性82.2.3 热效流动引起的流量分配不均匀性83. 受热面超温爆管原因及预防措施综述93.1 设计原因造成受热面超温、爆管原因综述93.1.1 热力计算结果与实际不符93.1.2 炉膜选型不当93.1.3 过热器系统结构设计及受热面布置不合理93.1.4 壁温计算方法不完善，导致材质选用不当103.2制造工艺、安装及检修质量对受热面超温、爆管的影响103.2.1 联箱中间隔板焊接问题113.2.2 联箱管座角焊缝问题113.2.3 异种钢管的焊接
11、问题113.2.4 普通焊口质量问题113.2.5 管子弯头椭圆度和管壁减薄问题123.2.6 异物堵塞管路123.2.7 管材质量问题123.3 调温装置设计不合理或不能正常工作引起的受热面超温爆管的分析123.3.1 减温水系统设计不合理133.3.2 喷水减温器容量不合适133.3.3 文氏管式喷水减温器端部隔板漏流及局部涡流133.3.4 喷水减温器调节阀调节性能问题143.3.5 再热器调节受热面143.3.6 挡板调温装置143.3.7 烟气再循环143.3.8 火焰中心的调节153.4 锅炉运行状况影响受热面超温、爆管的几种情况简介153.4.1 炉内然烧工况163.4.2 高压
12、加热器投入率低163.4.3 煤种的差异163.4.4 负荷变化173.4.5 汽机高压缸排汽温度降低173.4.6 受热面站污173.4.7 磨损与腐蚀173.4.8 运行管理183.5 预防过热器管壁超温的方法183.5.1 结构措施183.5.2 运行措施194. 热偏差和壁温计算244.1 热偏差系数的计算244.1.1 结构偏差系数的计算244.1.2 吸热偏差的计算244.1.3 水力偏差系数的计算264.2 壁温计算305. 屏式过热器结果分析及应用355.1 计算结果355.2计算结果应用375.2.1 锅炉安全工作的负荷及燃料限制375.2.2 预防超温的技术方案37结 论4
13、0致 谢41参考文献42第1章 绪 论第1章 绪 论1.1 课题的选题背景改革开放的20年是我国电力工业大发展时期，到2000 年底全国发电装机容量达到3.19亿kW，年发电量达到13685 亿kWh， 成为世界上第二大电力生产国。随着我国电力工业的发展， 火力发电机组的容量不断增大， 电站锅炉过热器超温爆管、泄漏的问题也日益严重， 影响了发电厂的安全、稳定和经济运行。由此引起的非计划停运时间占总停运时间的20% 左右，少发电量占总少发电量的25%左右。 所以分析锅炉过热器爆管的机理及原因， 监测过热器的管壁温度， 从根本上采取措施减少过热器由于管壁超温引起的爆管。 对于发电机组安全经济运行是
14、非常重要的一项工作1。目前，大型电站锅炉爆管事故(BTF)已成为当前威胁发电设备稳定运行的突出矛盾。据统计，“七五”期间全国200MW以上机组共发生锅炉事故1976次，其中锅炉爆漏事故为1417次，占锅炉事故的72%2 。在锅炉爆管事故中过热器爆管造成的事故损失最大，而且随着旧机组服役时间的增加及新机组投产量和参数的提高，这类事故还有逐年上升的趋势，是影响安全发供电的主要因素。锅炉过热器、再热器及省煤器既是受热面又是承压部件。而过热器是锅炉承压部件中工作温度最高的受热面，管内流过的是高温高压蒸汽，其传热性能较差，而管外又是高温烟气，所处环境恶劣，因此损坏事故的比例非常大。因此，研究和防止过热器
15、爆管已成为保证火电厂安全经济运行和提高经济效益的关键课题。了解过热器爆管事故的直接原因和根本原因，搞清管子失效的机理，并提出预防措施，减少过热器爆管的发生是当前的首要问题。1.2 国内外研究的现状造成过热器爆管的直接原因很多， 而其中最主要的是设计因素、制造安装检修和运行。而设计因素中有圆燃烧方式本身所固有的缺陷。四角切圆燃烧的炉内旋转上升气流由炉膛出口进入对流烟道时， 存在相当强的残余旋转， 引起对流烟道两侧的烟速差和烟温差， 使烟道内热负荷分布不均， 从而导致过热器超温爆管。设计选用系数不合理。如华能上安电厂由B&W 公司设计、制造的“W”型锅炉， 选用了不合理的受热面系数， 使炉膛出口烟温实测值比设计值高801003。过热器系统结构设计和布置不合理。如金竹山电厂1号炉屏式过热器进入三级过热器的左右交叉方式欠佳， 导致三、四级过热器频繁爆管4。计算中没有充分考虑热偏差。如淮北电厂5号炉过热器在后屏设计中没有将前屏造成的偏差考虑进去， 引起过热器爆管5。炉膛结构不合理。如邢台发电厂4号炉屏底与折焰角之间的间隙太大，后屏不能有效地消除炉膛出口的残余旋转，增大过热器的热负荷， 导致超温爆管
