消除大容量电厂锅炉过热器及再热器局部超温的措施

范卫东

摘 要：在大容量电厂的运行过程中，锅炉过热器和再热器的局部超温是最常见的问题，其影响因素有很多。通过改变蒸汽流量的分配来补偿燃烧侧吸热不均的方法，能够对过热器和再热器进行优化设计，且优点是操作方便、可靠性高。文章详细分析了锅炉过热器和再热器超温的原因，提出改进措施。

关键词：大容量电厂；过热器；再热器；超温

在以往，解决锅炉过热器和再热器局部温度过高的措施是改善燃烧系统，在管子上涂抹绝热材料。但是经过检验，对燃烧系统进行改进的把握性不大，绝热材料的涂抹也会在一段时间后脱落。因此，通过改变蒸汽流量的分配来补偿燃烧侧吸热不均的方法来优化过热器和再热器，具有良好的效果。

1 导致过热器和再热器局部超温的原因

锅炉在运行过程中，过热器和再热器产生局部超温的原因有以下几个方面：第一，沿烟道的宽度各屏吸热不均匀，这种不均匀在切向燃烧方式上最大。随着锅炉容量的增大，呈现出增大的趋势。第二，各屏间的蒸汽流量不均匀，对于引进的锅炉结构，其进口集中箱涡流区的静压降低，从而导致各屏间的蒸汽流量不均匀。第三，同一屏不同管间的温度偏差，导致各管的受热长度不同，蒸汽流量、辐射量、对流吸热不均匀。

以上几种因素，一旦集中出现在一个区域时，该区域的温度偏差就会加大。举例而言，在日本进口的三菱350MW锅炉屏式再热器，个别屏区出现超温现象，其原因有两点：一是烟气侧吸热高峰，二是涡流区相互重叠。

2 蒸汽侧和设计结构的改进方案

关于过热器和再热器局部超温的消除措施，主要是对蒸汽侧和设计结构进行改进，包括以下三种措施：第一，在锅炉的宽度上，或者同一片管屏中吸热较小的管子上，加装节流圈来减小蒸汽的流量，从而使吸热较大的管子蒸汽流量加大。第二，同一片管屏的外圈管，使其下部短路，数量不限，通过缩短受热长度来增加蒸汽的流量。第三，对管屏在进出口集箱的内径进行调整，对集箱上三通的位置进行调整，从而减小涡流区降低蒸汽压力的影响，并且保证其尽量不与最大的吸热区重叠。

以上三种措施，前两种主要适用于已经投入运行的锅炉，第三种则是用在锅炉的设计上。其中，对于切向燃烧锅炉而言，通过节流圈改变蒸汽流量的分配，从而平衡烟气侧的吸热不均效果最佳。这主要得益于两点优势：一是切向燃烧的吸热尖峰位置在锅炉的宽度上是固定的，二是可以在锅炉外侧进行节流圈的焊接，工程量小。值得注意的是，节流圈的管屏和吸热尖峰之间要保持一定的距离，以保证在运行过程中，吸热尖峰即使存在一定距离的移动，也不会和节流管屏碰到。

另外，该方法对节流圈增加的压力很小。举例而言，600MW的锅炉在进行再热器的改造时，节流圈的蒸汽压力只增加了0.01MPa，但改进效果显著：减少了事故喷水量，提高了蒸汽温度，同时也提高了经济收益。

3 新型计算方法的特点

节流圈或外圈短路方案的实行，前提是需要有准确的计算方法作为基础依据。大容量电厂的锅炉，其过热器和再热器的受热条件很复杂，有对流换热，也有屏前、屏间、屏后烟室的辐射换热。这些热量在管子的分配上，具有很大的不均匀性。国外一些公司在过热器、再热器的设计上，应用在管屏的管子使用了不同的材料，采用不同的管径进行串接，甚至改变了管子的内外位置，但结果显示各个管子之间的温差仍然很大。

经过研究和实践，开发出了一套方法，能够对过热器、再热器同屏各个管子之间的温差和炉内壁温进行准确计算。该方法综合考虑了所有的不均匀性，包括屏前、屏间、屏后、屏下的烟气辐射热量，蒸汽的流量，管子的受热长度，对流换热等。

举例而言，屏式过热器对烟气辐射量的吸收占据吸热总量的20%-40%，这些热量在管子的分配中是不均匀的，首排管子的吸热量最大，后排管子的吸热量则越来越小。屏间和屏后在辐射热量和对流热量上，也有各自的不均匀性特点。根据这些特点的规律，可以进行辐射、对流传热原理的计算。

过热器、再热器的管子从出口到入口，由许多管段组成。这些管段位于管子的首排、末排、中间，或者和屏的平面紧贴，悬空在屏间，又或者位于两边节距不等的具有不同传热特点的位置。所以，要对每个管段分别进行计算，从而分配辐射和对流热量。

4 锅炉改造和优化案例

4.1 锅炉再热器的设计改造

上海锅炉厂600MW锅炉在设计上对再热器进行结构优化，取得成功，消除了超温隐患。这个锅炉的再热器分为高温和屏式，主要运用计算方法来调整进出口集箱的内径，调整三通在集箱上的位置。然后，采用再热器外圈短路的方法，来减小屏间和同屏管间的热偏差。后来的使用实践证明，该方法具有有效性。除此之外，对第二批锅炉进行设计上的改进，目标是在消除超温隐患的同时，减小蒸汽的侧阻力。从而使再热器的阻力小于0.2MPa，达到相关部门的要求。

4.2 锅炉再热器超温故障的解决

北仑电厂2008t/h锅炉进口于美国，属于亚临界压力切向燃烧控制循环锅炉。从运行开始，再热器的个别屏间经常出现超过580℃的报警值。经过简单的改进和维修，但结果这些管子仍然出现报警值，而且本来没有超温的管子气温反而上升了。后来经过仔细的分析和研究，提出改造方案，即在吸热性小的管子上加装不同孔径的节流圈，从而增大蒸汽流量，降低温度。改装后的锅炉在运行过程中经得住考验，相关实验证明，温度下降值为平均31℃，最高温度屏的出口气温下降在50℃。节流圈的降温效果为平均16℃，实现了预期的改进目标。

5 结束语

从蒸汽侧和结构上入手，解决过热器和再热器的超温问题，具有实在的效用。但关键问题在于，要有一套能够实现准确计算的方法，该计算方法能够满足锅炉改造和优化设计的要求。如此，才能确保电厂锅炉的正常运行。

参考文献

[1]王孟浩.消除大容量电厂锅炉过热器及再热器局部超温的措施[J].中国电力，2003（03）.

[2]王孟浩，王衡，陈朝柱，等.高参数大容量电站锅炉过热器再热器的超温问题和炉内壁温在线监测[J].锅炉技术，2009（01）.

[3]王柏吉.浅析电厂锅炉再热器、过热器运行事故处理[J].电源技术应用，2013（12）.

[4]赵永强.基于电厂锅炉过热器和再热器的事故解析和处理选项[J].中国科技信息，2013（19）.

[5]杜国兰.电厂锅炉过热器超温爆管的有效防控措施[J].民营科技，2011（12）.