440t／h循环流化床锅炉运行问题分析

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1、440t/h 循环流化床锅炉运行问题分析一、前言循环流化床技术是近 10 年迅速发展起来的一项高效低污染清洁燃烧技术，其特点在于 燃料及脱硫剂经多次循环， 反复进行低温燃烧和脱硫反应， 不但能达到低排放、 较高的脱硫 效率， 还具有调峰能力强、灰渣易于综合利用等优点，因此在国际上得到迅速推广，我国近 年来也有多台 100MW 等级的循环流化床锅炉投入运行。 现针对中电投河南分公司所属 2 个 电厂的循环流化床锅炉在运行中出现的问题进行分析研究， 所采取的治理措施可为同类型机 组的设计、制造和运行提供借鉴。1 设备概况新乡火电厂和开封火电厂循环流化床锅炉均为哈尔滨锅炉厂生产的 HG-440/13

2、 7-LPM4 型循环流化床锅炉，其中，新乡火电厂1 号炉是国内首台配 135MW汽轮发电机、 一次中间再热的循环流化床锅炉， 2003 年 2月 26 日通过 72h+24h试运移交生 产；2 号锅炉于 2003 年 5 月 17 日通过 72h+24h 试运移交生产。 开封火电厂 2 号锅炉于 2003 年 3 月 17 日通过 72h+24h 试运移交生产。锅炉设计主要参数：过热器流量440t/h；过热蒸汽出口压力 （表压 ）137MPa；过热蒸汽温度 540； 给水温度 2493；再热器流量 360th；再热蒸汽进口压力 （表压 ）265MPa； 再热蒸汽进口温度 3158；再热蒸汽出

3、口温度 540；排烟温度 130；锅炉效率 91 9。 锅炉主要由燃烧室、高温绝热分离器、自平衡 U 形回料阀和尾部对流烟道组成。燃烧室蒸 发受热面采用膜式水冷壁， 底部为水冷布风板， 大直径钟罩式风帽， 燃烧室内布置双面水冷 壁来增加蒸发受热面， 并布置有 8屏二级过热器和 6屏高温再热器。 燃烧室后有 2 个平行布 置的高温绝热分离器，自平衡 U 形回料阀布置在分离器下，与燃烧室和分离器相连，形成 一个物料循环回路。 尾部对流烟道中布置三级过热器、一级过热器、冷段再热器、 省煤器和 卧式空气预热器，一、二次风分开布置。本锅炉设置 6 支启动燃烧器，其中床上燃烧器 4 支（两侧墙各 2 支）

4、，床下燃烧器 2 支 （后墙布置 ），用来加热流化的床料，以保证固体燃料燃 烧，并在锅炉低负荷运行时带部分负荷。冷渣器为风、水联合冷却冷渣器，共 2 台，布置在 炉膛前墙底部。 过热蒸汽温度采用二级喷水减温调节， 减温水取自给水泵出口。 冷段再热 器入口布置有事故喷水，热段再热器采用微量喷水减温，减温水取自给水泵中间抽头。2 运行中的主要问题及分析处理3 2 1 受热面爆管 21 1 高温再热器爆管高温再热器位于燃烧室中上部， 由 6 片屏式再热器组成， 与前水冷壁垂直布置， 下部穿 前墙处为屏的蒸汽人口端， 有密封盒将管屏与水冷壁焊在一起， 在屏的上部穿墙密封盒处装 有膨胀节以补偿胀差，燃烧

5、室中上部由双面水冷壁隔开分为2 个室， 8屏二级过热器和 6 屏高温再热器交叉布置在这 2 个室内 （即每室各有 4 屏二级过热器和 3 屏高温再热器 ）。高温再 热器每屏有管子 29 根，管屏在炉内呈半 U 型，管子规格为 D57mm5mm ，位于炉内的材 质为 SA213-TP304H ，炉外部分材质为 12CrlMoVG ，节距为 70mm 。管材的异种钢焊接接头 位于炉外密封盒内， 焊缝上方 150mm 左右每屏管的最靠近后墙侧的 1 根装有管壁壁温测点。 管屏为膜式壁， 鳍片厚度 5mm，位于炉内鳍片材料为 1Crl8Ni9Ti ，炉外鳍片材料为 12CrlMoV 。 管屏最下端敷有

6、耐火防磨材料，敷设高度3 300mm ，厚度沿管子中心线两侧各 90mm。从新乡火电厂 1号机组、开封火电厂 2号机组并网运行到 2003 年 5月 31日，发生高温 再热器爆管 4 次，发生的部位大致一样，现仅以新乡火电厂爆管为例进行分析。 2003 年 4 月 15 日，新乡火电厂 1 号炉高温段再热器甲侧数第 1 屏，从后向前数第 1 根管子，距甲侧高温段再热器出口联箱垂直距离约 2m 处的连接管发生爆管 （炉外管 ）；从首次并网成功到这 次爆管， 1号机组共运行 1081 h。爆口沿管材纵向裂开，爆口长 4l mm，最宽处 6mm，呈小 喇叭口状，爆口边缘不锋利，撕裂不整齐，边缘厚度3

7、2mm ，割管后测得爆口处管子直径为 D70 2mm，爆口上方 37mm 处为一焊缝，直径为 D58 5mm，爆口向下 20mm 处测得 直径为 D64 3mm ，管子内、外壁有黑色氧化皮，外壁氧化皮最厚达1 46mm ，内壁氧化皮厚达 21mm。除去外表氧化皮测得爆管厚度为3 4mm，与爆管相邻的第 2、 3、4、5根高温再热器管外表面均有很厚的黑色氧化铁层， 从第 6 根以后管子外表面呈红褐色， 表面 无明显氧化铁层。爆管原因分析： 从爆口宏观分析看， 这次高温段再热器爆管具有过热爆漏的特征。 对爆 管进行材质光谱分析验证，爆管主要合金元素与设计的 12CrlMoVG 材质相吻合，材质没有

8、 问题。其它 5 屏炉外管子打开保温，发现在每屏的从后往前数的 1-4 根或 1-5 根炉外的 12CrlMoVG 连接管子都出现严重氧化现象，每屏的第1 根管子除去表面氧化铁层后对管径进行测量，其管径在 D578-58 3mm 之间，管径均有胀粗现象；位于不同燃烧室的高温 再热器管屏炉外 12CrlMoVG 管外观氧化程度基本一样。 通过对爆口做金相组织分析，发 现其显微组织的晶粒异常长大， 有双晶界和孔洞出现， 金相组织有明显长期超温过热的金相 组织特征。从 1 号锅炉运行情况看， 除试运初期发生过 1 次再热蒸汽超温外， 其它运行阶段均正常。 由于低温再热器出口温度偏离设计值较多，甲、乙

9、两侧再热器喷水减温器设计喷水量各为 7 2th，在实际运行时再热器喷水减温器喷水量均在18t h 左右，超过设计值，这也说明再热器受热面偏大。为防止工况变动时超温，汽温一般控制在530左右。运行时再热器具体参数见表 1。其余 5 屏的管壁壁温测点在正常运行状态下，其温度测量值也均在 650t 以上，最高达 701（开封火电厂 2号锅炉最高达 730 以上 ），而 12CrlMoVG 最高允许使用温度为 580t， 大大超过管子的耐热温度。由于高温再热器管屏炉内结构呈半 U 型，外圈管子不但长度最长、受热面积最大，而 且在炉膛的位置靠近炉膛中心线，处于高温区域， 热负荷最高，吸热量明显增多。 从

10、测量的 炉外壁温情况看， 最高与最低壁温相差在 150以上 （ 同屏管子 ），、高温再热器炉内管子发生 变形也说明了这点。高温再热器入口集箱管径选取太小，入口集箱的直径为D159mm 20mm，且为下进汽布置， 造成集箱静压特性太大， 使并联管束间蒸汽流量出现较大偏差， 造成偏差管超温，这 是高温再热器发生爆管的主要原因。21 2 二级过热器爆管2003年 4月 25日， 1号炉二级过热器发生爆管，爆口位置在二级过热器的下行管，从 后往前数第 1根，爆口距管屏下部 2700mm左右。本次爆管，使对面高温再热器 （材料 TP304H、 规格 D57mmx5mm） 第 2 屏管子从后向前数 1-1

11、2 根全部吹漏，第 13、 14 根明显减薄，爆口 正对的第 1-2 根管壁被全部吹透， 同时也吹漏了同屏的第 2根管子。 由于高温再热器管内压 力低，并未造成管屏相互对吹，使二级过热器的第 2 屏管子出现管壁减薄现象。爆口沿管子螺旋状发展裂开，开口朝乙侧偏前， 爆口长 83mm、宽 70mm，呈喇叭口 状，爆口边沿减薄明显，锋利撕裂处较长、较厚，边沿厚度最小为14mm ，在爆口沿工质流向向上 10mm，测得管径为 532mm ，向上 50mm 处管径为 524mm，向上 300mm 处管 径为 514mm 。从数据看爆口附近管径有明显胀粗现象。爆口内外壁均有蓝黑色氧化皮， 爆口内壁氧化皮由于

12、管子胀粗其氧化皮呈网格状开裂。爆管原因分析： 对爆管进行光谱分析， 结果表明材质与设计材质相符。 通过现场及爆口 情况看， 管子内外表面有较厚的氧化皮， 在短时间产生这样厚的氧化皮， 只有在较高的温度下才能形成，据估算，管子实际运行温度已在650以上，远远超过管子的许用温度，此次爆口呈过热爆管。 从现场实际分析， 设计不合理是造成过热爆管的主要原因， 二级过热器下 行管子的进口集箱管径为 D133mmxl3mm ，静压特性易造成各管流量不均， 再加上最外管圈 的长度最长，并处于高温区，使最外圈管子吸热量增多， 冷却不好，造成二级过热器下行管 超温过热爆管。这也与二级过热器下行管设计受热面积过大

13、有直接关系。21 3 改造方案及效果针对高温再热器和二级过热器运行中出现的超温爆管，拟定了以下改造方案： (1)二级 过热器下行管圈靠近炉膛中心线侧切割 4 根管子， 切割后炉外管接头就地密封， 并按要求敷 设耐火材料。 (2) 高温再热器入口集箱加设三通管，减少集箱静压特性造成的流量偏差。 (3) 高温再热器靠近炉膛中心线侧切割 3 根管，切割后炉外管接头就地密封； 炉内部分按要求敷 设耐磨耐火材料， 以减少管屏受热面。 开封火电厂和新乡火电厂还分别对高温再热器炉外管 进行了提高材质等级的改造，其中新乡火电厂将炉外管全部更换为 TP304H ，开封火电厂将 靠炉后的 2 根管更换为 TP30

14、4H。开封火电厂 2 号炉的改造工作于 2003 年 7 月 9 日完成，并人电网运行。经本次改造， 二级过热器、高温再热器壁温超温问题得到根本解决，高温再热器壁温降低到580左右，二级过热器壁温基本在设计范围内。再热器减温水量为208th，仍高于设计值 6 4th(原设计值为 14 4t h)，比改前减少约 2 个百分点；过热器减温水量为 26 29t h(原设 计值为 52t h)，比改前减少约 4 个百分点。新乡火电厂 1、2号锅炉于 2003年 7月 9、7日改造结束并人电网运行，经本次改造，高温再热器壁温及二级过热器壁温都在设计范围内。再热器减温水量比改造前减少3 2 th；过热器减

15、温水量为 234th，比改前减少 15th，比设计值少 286t h。 2 2 给煤系统堵煤问题及处理燃料水分与粘着性有很大关系： 水分在 8以下时， 基本上相当于干料； 水分超过 10 f 时，粘着性会有较大增长；水分超过 12 时，粘着性很大，堆积角也很大，这时煤斗倾角 大于 80才能保证畅流。特别是高水分细颗粒燃料的流动性不好，用常规的给料容易导致 碎煤机和给煤机堵塞。 这在新乡火电厂和开封火电厂工程中得到了印证。 按大容量火电厂规 程规定，对于北方及华中地区，一般均不设干煤棚，再加-上当时为了控制造价， 2 厂在设计时均没有设干煤棚。 对于循环流化床锅炉， 燃烧所需的燃料颗粒要细小均匀

16、。 根据制造厂 设计要求，人炉煤的粒度不超过7mm，收到基水分为 4 95。实际运行中煤的水分超过10，尤其是 2003 年夏季连续下雨，基本上没有干煤可上，造成输煤系统堵煤，原煤仓粘 煤，刮板给煤机和旋转给料阀堵塞，机组被迫降出力运行，最低时机组带不足 30MW 负荷， 不仅负荷率低，发电量少，还消耗了大量燃油，严重影响机组安全经济运行。按锅炉厂的设计， 旋转给料阀的主要作用是起均匀给煤和密封作用， 实际运行中， 由于 煤的粒度较细， 容易吸湿， 潮湿的煤粘着在旋转给料阀的沟槽中， 使旋转给料阀变成了一个 圆柱体，无法将煤送人炉内燃烧，煤在刮板给煤机中堆积，造成给煤机堵塞、跳闸，影响机 组带负荷。 改造方案： 取消旋转