超临界直流电站锅炉水冷壁开裂原因分析及改进措施

邹益平 刘明旭 刘献游(四川省特种设备检验研究院 成都 610061)

超临界直流电站锅炉水冷壁开裂原因分析及改进措施

邹益平 刘明旭 刘献游
(四川省特种设备检验研究院 成都 610061)

本文介绍了超临界直流电站锅炉检验中发现的水冷壁开裂、变形，调风器鳍片烧损变形，集箱管接头角焊缝裂纹，刚性梁固定耳板处拉裂、变形等问题。对产生这些问题的原因进行了分析和研究，认为各水冷壁管子内水汽温度不均匀是造成拉裂、变形的主要原因。针对产生问题的原因，提出要预防此类问题发生就必须控制水冷壁超温和降低水冷壁各管子间温度差。并详细地论述了控制水冷壁超温和降低水冷壁各管子间温度差的八项具体改进措施。

直流电站锅炉 温差应力 热负荷不均匀 水冷壁开裂

随着工业发展，火力发电站发电量越来越大，电站锅炉也向着高参数、高蒸发量发展。国内各大锅炉厂生产的高容量、超临界W火焰锅炉相继投入运行。在国内某电厂600MW，W火焰燃烧，超临界直流锅炉内部检验时发现了水冷壁鳍片开裂、变形等问题，本文对此进行了探讨，并提出了改进和预防措施。

1 锅炉情况简介

本锅炉为600MW，W火焰燃烧，超临界直流锅炉。2011年6月投入运行。额定蒸汽压力：25.3MPa，额定蒸发量：1841t/h，过热器出口温度：572℃。炉膛为单炉膛，采用Π形布置，前后水冷壁宽度32m，两侧水冷壁深9.96m（拱形部分17.1m）。水冷壁以中间混合集箱为界（过渡段水冷壁位置）分为上下两部分。上下炉膛中间装设中间混合集箱是为了减小水冷壁管间的温度偏差，保证汽水两相分配的均匀性，进一步减少了水冷壁出口的温度偏差，保证了水冷壁工作的安全性。水冷壁布置如图1所示。

图1 水冷壁总体布置图

炉膛水冷壁采用具有正流量响应特性的低质量流速垂直管圈。下部炉膛水冷壁采用优化内螺纹管，规格31.8×5.5 材料为SA-213T12，且在炉拱及以下水冷壁均敷设有卫燃带。上部水冷壁采用光管，前墙和两侧墙管子规格为31.8×7，材料12Cr1MoVG，后墙、折焰角及水平烟道规格为31.8×6.5 材料12Cr1MoVG。

2 水冷壁内部检验中发现的问题

2012年6月设备运行1年后在对水冷壁内部检验时发现了以下6个问题：

1)前墙水冷壁中部从水冷壁中间混合集箱上部至水冷壁上集箱底部位置有两处鳍片开裂，长度约16.5m。如图1（标高47450到64000）

2)中间混合集箱以上前墙水冷壁管存在不同程度的波浪状变形。

图1

3)前后墙26只燃尽风调风器四角宽鳍片普遍烧损变形。图2（标高34565）

图2

4)前墙吹灰器附近水冷壁管有高温氧化层出现。图3（标高53300）

图3

5)前墙水冷壁上集箱（标高65100）管接头角焊缝多处出现裂纹（集箱中间约40个管接头）。

6)前墙、侧墙刚性梁固定耳板多处拉裂、变形。

3 原因分析

通过对锅炉的检查，缺陷集中在上部水冷壁区域，经分析认为前墙水冷壁鳍片拉裂的根本原因是，炉膛前墙宽度方向上各水冷壁管子内水汽温度不均匀，各管子间的金属温度相差很大，管子膨胀量不均，从而造成水冷壁鳍片拉裂。同时，还因为部分区域水冷壁管子超温，鳍片也同时超温，钢材因温度增加而导致许用应力下降，致使被撕裂。造成温差过大和超温,其原因如下：

1）由于炉膛内燃烧器的送煤量存在着差异，造成某些区域热负荷高、而某些区域热负荷低,导致水冷壁管子存在着温度差异。

2）锅炉在低负荷运行时，因为水冷壁内介质流动速率较低，换热效果不理想，致使水冷壁管壁超温严重。

3）锅炉升负荷阶段，往往在低负荷时加大进煤量，炉膛内燃烧剧烈，而此时水冷壁内介质还未达到额定流速，致使水冷壁管超温。

4）二次风风压过小，导致本为W形的火焰，直接向上燃烧，而没有向下燃烧的过程，使上炉膛的热负荷增大，水冷壁管超温。又由于炉膛宽度过宽，导致炉膛宽度方向上温差加剧。

理论上上部水冷壁断面热负荷是下部水冷壁的1.7倍左右，由于水冷壁中间混合集箱和前墙水冷壁上集箱间的光管式水冷壁管过长，前墙过宽（32m，668根管子，而侧墙仅200根管子），同一标高度位置左右水冷壁管子内介质流速不均；又处于热负荷较大部位，导致前墙左右侧水冷壁膨胀不均匀。

4 改进、预防措施

为防止锅炉出现水冷壁开裂的现象，应从控制水冷壁超温和降低水冷壁各管子间温度差两个方面制定相应的预防措施。应做到以下几点；

1）精确调整各燃烧器送煤量，使燃烧器输出负荷尽可能一致。特别是在低负荷运行时更是如此。

2）在低负荷运行时，适当调高锅炉给水压力与给水量，使之达到平衡，保证介质在水冷壁中的流速，增强换热效果。

3）在升负荷时，应缓慢增加给煤量，并同时增加给水压力，以增强换热，保证水冷壁不超温。

4）应加强对水冷壁管屏的温度监视，控制管壁不超温；同时也应监视水冷壁同一水平面温差变化。当出现超温或温差过大时应及时调整。

5）在前墙上部水冷壁鳍片上开设应力释放缝，直接解决水冷壁管屏膨胀不均匀的问题。

6）调整二次风风压，保证火焰呈W形，防止上部水冷壁管子超温。

7）在上部水冷壁超温最严重的区域设置卫燃带，减小此区域的热量吸收，减小水冷壁管屏温差。

8）在上部水冷壁前墙中部再加装一混合集箱，进一步减小炉膛宽度方向水冷壁的温差应力。

5 结束语

本超临界直流锅炉内部检验时发现的水冷壁变形、拉裂的问题，直接原因是因为各管子间膨胀不均匀引起的。应从控制壁温，稳定燃烧，加设应力释放缝，调整火焰形状，增加卫燃带，加装混合集箱等方面进行改进、预防。从而防止其水冷壁变形、拉裂的问题再次发生。同时，通过此台锅炉运行中出现的问题，也将为我国大型电站锅炉的设计积累经验。

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Reason Analysis and Improvement Measure of the Water Wall Tubes Crack in Super-critical Power once Through Boiler

Zou Yiping Liu Mingxu Liu Xianyou
( Sichuan province special equipments inspection institute Chengdu 610061)

This paper introduced the water wall tubes crack and transform, fi ns transform nearby airfl ow modulator, fi llet weld crack of tube connections on head, transform and crack on level rigid beam fi x device in that boiler inspection, etc. in super-critical power once through boiler. Analyzing the produced reason of these problems, it is considered that the main reason of crack and transform is the uneven temperature of internal water vapor in the water wall tubes. To prevent these problems, 8 suggestions is given in this paper, such as: controlling over heat in water wall tubes, reducing temperature different between the tube of water wall tubes, etc.

Once through boiler Stress for temperature difference Thermal load asymmetry Crack in water wall tubes

933.2

B

1673－257X(2014)07－50－03

邹益平（1961～),男，高级工程师，从事承压类特种设备监督检验和定期检验工作。

2014－01－09）