某厂WG670T/h锅炉受热面改造

顾青

摘 要：电站锅炉安全、经济运行，直接影响全厂的安全经济性，而锅炉承压部件的可靠性决定了锅炉是否能够长期安全运行。该文主要介绍了某厂WG670T/h锅炉投产至今的一系列受热面运行问题和改造方案。

关键词：锅炉 受热面 热偏差 许用温度 改造

中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（a）-0083-02

江苏华电戚墅堰发电有限公司现役两台220MW煤机和两台390MW 9F级燃气轮机，其中两台煤机为武汉锅炉厂设计制造的WG670/13.7—3（4）型超高压中间再热自然循环煤粉锅炉。这两台锅炉采取中间仓储式，热风送粉，四角直流切圆燃烧的方式。设计煤种为贫瘦煤。分别被称为#11炉和#12炉，于1992年9月和1993年6月投产，并于2000年和2001年进行了通流部分改造，使单台机组装机容量从200MW增加至220MW。经过十几年的运行，受热面承压部件逐步暴露出一系列问题（表1）。

针对上述暴露的问题，认为受热面故障排除一些人为或偶然的因素，主要是由于金属材料本身不足和锅炉设计存在缺陷两大因素造成的。

一般来讲，钢材在高温高压的工作环境下最容易发生的是蠕变、疲劳。蠕变在低温或室温时就会随时间的增加而产生，但此时塑性变形产生速度非常小，可以忽略不计，当温度高于0.3Tf（Tf为钢材熔点的热力学温度）时，蠕变才开始较为明显。碳素钢在温度超过300～350℃、合金钢在温度超过400～450℃时，在一定的应力作用下，就会发生明显的蠕变。温度越高、应力越大、蠕变就越明显。钢材在承受周期性变化的应力或应变作用下对断裂的抗力称为钢材的疲劳强度。由于周期性变化应力或应变的作用，钢材的疲劳强度将低于静荷时的强度，且与所作用应力或应变的周期性变化次数及形式有关，应力或应变的变化次数越多，钢材的疲劳强度就越低。此处的疲劳主要是指高温疲劳。高温疲劳是蠕变条件下的疲劳问题，通常发生在温度高于0.5～0.6Tfshi 4，此时疲劳极限往往会急剧下降，且同时存在着疲劳及蠕变的作用。而设计上的缺陷与很多因素相关联：设计煤种与实际煤种是否相符；机组说处的环境变化；安装过程中是否存在隐患等。经过长时间的探索和研究，通过局部的改造，机组安全稳定运行的能力得到了极大的提高，下面是该研究者参与和组织的几项改造任务。

1 改造原因分析，改造设计及改造过程

1.1 高温过热器的改造

对于整个锅炉受热面来说，高温过热器处于温度最高，压力相对较高的区域，由于武汉锅炉厂的高温过热器存在结构偏差，第1、2管圈属于U型布置，第3、4管圈属于W型布置，所以四组管圈的长度差较大，如表2所示。

从表2中可见高过第3、4管圈的管长是第1、2管圈的2倍多，因而造成同屏热偏差较大。针对这一问题通过前期改造，于2004年采用在高过出口管段增加节流圈的方法降低同屏管段的吸热偏差，改造后一段时间内确实能达到预期的目的，壁温实测数据如表3（℃）。

机组稳定运行一年后，分别至2005年初和2006年初，该厂#12炉、#11炉先后各连续爆管2次，爆管位置均位于高过第3、4管圈弯头处，爆口特征显示为长期过热。分析原因为节流圈改造前第3、4管圈（材质为钢研102）已长期处于接近钢研102材料最高许用温度（620℃）的工况下，而且钢研102材料的特点就是抗氧化能力较差，管子内壁氧化物较多，影响了传热，使管子更容易过热。另由于弯头制作中形成的管壁减薄引起管子超温工况下许用应力的下降，造成管材使用寿命的缩短。在处理爆管的过程中我们发现处于同一环境同一工况下同屏管段上T91材质的管段并未发生氧化剥皮和胀粗现象。

综合以上情况，鉴于T91材质在实际运行过程中的良好表现决定在保留原有节流圈的基础上将高过炉内管屏全部更换为T91材质，许用温度提高至640℃，运行至今未发生一起炉管爆破事故，保证了机组安全运行。

1.2 高温再热器的改造

该厂锅炉高温再热器共116屏，每屏6管圈U型布置，原设计最外圈采用1Cr18Ni9Ti不锈钢，第2～6管圈为钢研102。投产以来，只发生过一起因备用减温器喷嘴因长期交变应力作用断裂进入高再进口小联箱造成局部管段瞬时过热引起的爆管事故，但在历次的“四管”防磨防爆检查中均发现高再管屏表面存在大面积氧化剥皮的现象，已接近换管标准。由于检修时间的局限，当时只能采取临时措施，在炉外增加20个测点用于监控壁温变化。此后运行中也发生过几次管屏超温情况。根据监控壁温测量数据，运行中采用降温运行的措施，但效果并不明显。于是在下次检修中对有超温记录的管段进行详细检查，发现管段胀粗并不明显，但氧化剥皮现象仍很严重，氧化层厚度达0.5～0.6mm。割管作金相组织分析表明碳化物球化已达4级（超过4级必须更换），常温力学强度降低，塑性变坏。然而与此同时第1管圈不锈钢管材除局部变形外，未发生任何组织性能的变化。

综合考虑钢材市场的价格波动和管屏所处工作环境的差异，该厂于2005年#12炉大修中在保留第1管圈不锈钢的基础上将第2、3管圈改为T91，第4～6管圈全部更换新的钢研102管子。2006年#11炉大修中同样保留第1管圈不锈钢，第2、3管圈则改为不锈钢，第4～6管圈全部更换新的钢研102管子。通过这一改造将接近管材使用寿命的管段全部更换，切实保证锅炉可靠运行。

1.3 低温再热器增加受热面

由于武汉锅炉厂低再侧和低过侧的烟气挡板开度各为50%时，无法达到再热器出口设计温度（设计值为535℃），为提高再热器出口温度和锅炉热效率，曾采取将低再侧与低过侧烟气挡板开度分别调至70%和30%，增加低再侧烟气流量的措施。但烟气流量增加的同时烟气流速也加大，由于烟气中灰颗粒对受热面管子的磨损量与烟气流速的三次方成正比，这就造成低再管壁的磨损加剧，严重影响机组运行的安全性。在历次的检修过程中也采取过大面积加装防磨护瓦、防磨喷涂等措施，但并未从根本上解决问题。为了达到既能提高再热器出口温度，又能均衡两侧竖井烟道内的烟气流量，减轻低再侧受热面磨损的目的，该厂与江苏省电力试验研究院有限公司共同研究决定采取增加低再受热面，也就是增加再热器吸热面积的方法来满足上述要求，受热面增加示意图如图1。

注：图中低再虚线部分为原管排布置，细实线部分为受热面增加部分，打叉部分为割除被取代的原管排。受热面增加部分高度为6m，宽度为2m，共计104屏，每屏8管圈。

通过改造，两侧烟气流量得到均衡，低再受热面磨损情况得到改善，同时也能满足各种负荷下再热器出口温度达到或接近设计值，降低了锅炉排烟温度，提高了机组效率，实测数据见表4（℃）。

2 改造后效果分析

锅炉受热面的安全可靠直接影响到电厂机组运行的安全性、可靠性和经济性，通过一系列的改造将最大程度地延长机组设备的使用寿命，提高设备利用率和锅炉热效率。改造后机组未发生一起因材质或因过热引起的爆管事故，为锅炉长期安全运行提供了强有力的保障，机组运行经济性得到大幅提升。

3 改造后可能产生的负面影响及建议

通过一系列的改造后机组安全性得到保证，但同时也有可能产生以下几方面的负面影响。

锅炉受热面材料参差不齐，异种钢焊接的几率增大，极有可能在今后的检修过程中发生取材失误，建议对炉内管屏进行统计造册，以免在检修过程中发生错领错用管材、焊材的情况。钢材市场发展可能会导致例如T91一类的钢材价格异动，从而造成电厂维护成本的增加，加上燃煤等不确定因素导致电厂经济效益的滑坡，建议在适当时机储备部分钢材，以利检修维护。继续做好“四管”防磨防爆检查工作，不能掉以轻心，始终要将这一工作作为重中之重，严密监视受热面组织性能的发展变化。

参考文献

[1] WG670/13.7—3（4）型锅炉说明书[S].武汉锅炉厂编.

[2] 宋琳生.电厂金属材料[M].北京：中国电力出版社，2006.

[3] 火力发电职业技能培训教材编委员.锅炉设备检修[M].北京：中国电力出版社，2005.

[4] 林宗虎.锅炉测试[M].北京：中国计量出版社，1996.