300 MW机组W火焰锅炉高温再热器超温分析

时颂华，雷霖

(湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙410007)

某厂3，4号锅炉系东方锅炉股份有限公司引进美国福斯特惠勒能源技术制造，锅炉型号DG1025/18.2Ⅱ14，亚临界，一次中间再热，W火焰自然循环。设计燃用无烟煤、贫煤及少量烟煤的混煤，实际掺烧的无烟煤比例多，且大多为挥发份极低的攸县煤，入炉煤热值也比设计值低，火焰中心上移，减温水流量大。投产后检测过程中，发现高温再热器中间管屏材质球化严重，系长期超温所致。

为此进行了受热面壁温分布规律试验，进而对高温再热器中间管屏长期超温的问题进行了分析，提出并实施了技术改造措施，高温再热器中间管屏长期超温的问题得到解决。

1 受热面壁温分布规律

不同类型的锅炉壁温分布规律都不尽相同，而且炉膛越大、越宽，热偏差的影响因素越多、越复杂，各屏间受热面的偏差将会越大。采集高、低负荷下不同受热面的壁温，找出各受热面沿炉宽度方向壁温的分布规律，可为防止受热面超温提供数据支持。

为研究该厂W火焰锅炉各受热面壁温偏差特性，获取必要的测试数据，在锅炉各受热面上设计安装了多个壁温测点，根据使用环境和材料的不同设定了壁温高限报警值 (见表1)，并进行了不同负荷下多次壁温数据采集，选择了比较典型的1组数据来分析该厂沿炉宽度方向过热器、再热器壁温分布规律。

1.1 高温再热器壁温分布规律

高温再热器出口壁温在不同负荷下沿炉宽度方向有着相同的分布规律，即中间高两边低。中部和两边壁温偏差较大，200 MW负荷时最大壁温差达70℃，300 MW负荷时最大壁温差达59.7℃，最高壁温点均在正中第49片屏，高温再热器中部最高壁温在高负荷时接近或超过高限报警值 (见图1)。

表1 各受热面壁温测点基本参数

图1 不同负荷下高温再热器壁温分布

1.2 高温过热器壁温分布规律

与高温再热器相同，高温过热器出口壁温在不同负荷下沿炉宽度方向有着相同的分布规律，即中间高、两边低。中部和两边壁温偏差较大，但小于高温再热器壁温偏差，200 MW负荷时最大壁温差达44.5℃，300 MW负荷时最大壁温差达45℃，最高壁温点均在正中第24片屏，在任何负荷下高温过热器最高壁温都未接近或超过高限值600℃(见图2)。

图2 不同负荷下高温过热器壁温分布

1.3 大屏过热器壁温分布规律

大屏过热器出口壁温在不同负荷下沿炉宽度方向也呈中间高两边低的分布规律，但壁温偏差相对较小，特别是高负荷时，最大壁温偏差仅为27℃，在任何负荷下大屏过热器最高壁温都远低于高限值535℃ (见图3)。

图3 不同负荷下大屏过热器壁温分布

1.4 壁温分布规律总结

从上面分析可以看出，在不同负荷下，过热器、再热器壁温均有相同的分布规律，即中间高、两边低，高温再热器壁温偏差最大。正常运行时，高温过热器和屏式过热器在任何负荷下都不存在壁温超限的情况，但高温再热器中部出口管屏在高负荷下接近或超过高限值580℃，存在一定的安全隐患。

2 高温再热器超温原因分析

燃烧工况组织不良、火焰中心偏斜、燃烧器负荷不一致、炉膛部分水冷壁严重结渣、炉膛上部或过热器局部地区发生煤粉再燃烧、管壁积灰造成吸热不均等都可能造成炉内烟气温度不均。

左、右墙水冷壁吸热、左、右侧包墙吸热，导致烟气温度沿炉宽方向中间高、两边低，沿锅炉炉膛宽度方向烟气的温度场分布不均匀，是造成高温再热器中部管屏超温的根本原因。这种烟气侧温度场的不均匀分布是难以消除的，只能通过蒸汽侧受热面的合理布置来消除。

该电厂高温再热器受热面结构布置不合理，使得再热器蒸气侧温度场呈现中间高、两边低的不均匀分布，主要体现在以下2个方面:

(1)未分级设置再热器受热面。再热器由低温再热器和高温再热器组成，流程为冷再管道―低温再热器水平段―低温再热器垂直段―高温再热器管屏―高温再热器出口联箱。再热器分级较少，且由低温再热器管直接接入高温再热器管，中间无联箱进行蒸汽的混合，无法消除由烟气侧偏差造成的汽温偏差。

(2)再热器级间未设计再热器交叉连通管。再热器在结构设计方面未采用消除热偏差的布置方式，不能减缓再热器沿炉宽热负荷不均匀的影响，在低温受热面的热偏差未经消除又累计到高温再热器，加剧了壁温偏差。

上述原因致使高温再热器壁温偏差大，并在高负荷时中部壁温经常接近或超过高限值，虽通过运行调整超温的情况能得到一定的缓解，但调整幅度有限，有时不得不以降低再热汽温，以降低机组经济性来保证锅炉壁温不超限运行的安全性。

3 防止高温再热器中间管屏超温的技术措施

该厂300 MW机组W火焰锅炉投产多年，锅炉高再出口段材料为12Cr1MoV，T91，TP304H规格，其中T91，TP304H为炉内管段材料，其最高允许温度均超过646℃，12Cr1MoVG为大包内出口管段，其推荐使用温度≤580℃。在运行时因高温再热器中部管屏壁温经常接近或超过12Cr1MoVG材料的高限值，且因长期超温12Cr1MoV材料出现了珠光体球化3级，甚至出现爆管现象。

电厂曾就该问题多次进行了探讨，提出了诸如通过增设切向布置燃尽风以消除烟温偏差、在易超温管屏上刷涂隔热材料等技术措施，因这些措施施工难度大、投资大而未实施。为减小受热面蒸汽流量偏差，使同屏各管的壁温比较接近，该厂后采取了优化节流圈设计的措施，在再热器进口集箱的管圈入口处设置了 Φ50，Φ27，Φ25.5，Φ25，Φ26，Φ27.5 mm共6种规格的节流圈，但节流圈的偏差设置仅能消除同屏间各管的流量偏差，未能消除沿宽度方向上的流量偏差和吸热偏差。

最后经过多方论证，决定选择更高等级的管材、提高高温再热器中间管屏材质彻底解决超温问题。该厂将3号炉超温严重的中部南数第26～49排高温再热器出口12Cr1MoV材料管段更换为TP304H材料，选择更高等级的管材，彻底解决了高温再热器中部管屏超温的问题。

4 结束语

通过受热面壁温测试结果可知，W火焰锅炉受热面壁温呈中间高、两侧低的分布规律。而由沿炉宽方向中间高、两边低的烟温不均匀分布、高温再热器结构布置的不合理以及管材选择的过于保守是造成高温再热器中间管屏易超温的主要原因。虽通过运行调整能缓解壁温偏差，但不能彻底消除偏差，要彻底解决高温再热器中间管屏易超温问题最直接、最有效的方法是提高管材规格。