二次再热超超临界机组锅炉壁温测点设计优化

张 薇

(华东电力设计院有限公司，上海 200063)

二次再热超超临界机组锅炉壁温测点设计优化

张 薇

(华东电力设计院有限公司，上海 200063)

随着电站锅炉不断朝着大容量、高参数方向发展，电站锅炉高温受热面因为超温所引起的问题如：管内氧化皮快速生成造成脱落引起的爆管、超温爆管、降参数运行等，归根结底是由于炉内金属壁温超温所造成，还有炉外壁温测点布置不到位，加剧了炉内超温、氧化、爆管现象的发生。因此要对锅炉壁温测点的设计进行优化。本文介绍锅炉壁温测点的设计，并结合泰州电厂二期工程对锅炉壁温测点的设计优化。

二次再热；超超临界；壁温；设计优化。

近年来，大型火力发电厂中发生事故最多的是锅炉，锅炉事故中最多的是“四管爆漏”，由于过热器再热器长期工作在高温烟气的严酷环境中，因此超温和爆管所占的比例最大。超温就是锅炉炉内金属管子壁温超过允许温度。大容量电站锅炉因一根管子超温爆裂而导致停炉，不但会造成上千万元的直接经济损失，而且会影响地区供电。锅炉壁温测点的设计可以指导运行人员对锅炉进行燃烧调整，优化运行，避免炉内管子壁温超温，避免运行中爆管事故等，进一步的延长锅炉的使用寿命，提高锅炉运行的稳定性、安全性和经济性。

1　锅炉壁温测点的设计

锅炉过热器再热器超温和爆管的原因之一是运行中沿烟道的烟温偏差太大，特别是在蒸汽流量偏差以及各种辐射和对流吸热偏差方面的设计计算与实际情况相差较大时，更容易超温。而一旦发生爆管，已有大片区域的管子受到长期超温的损伤，留下继续爆管的隐患。对电厂安全经济运行来说，应该在管子还没有发生爆管以前就能监测到超温的状态，即进行检修消除隐患(状态检修)。

超临界和超超临界锅炉由于没有锅筒，在汽水流程中没有一个固定的饱和温度点。在运行中如果遇到突发性的扰动(如电负荷大幅度变化、给水故障及煤水比失调(自控短时间未能投入等，国外称之为unpredictable upset)时，就可能发生主汽温度急剧飞升，大大超过额定值的情况，使过热器再热器管子和集箱短时间严重超温。

超临界和超超临界锅炉中间点的蒸汽温度波动比较大，会使集箱关键点(如三通转弯处的内缘、开孔的孔桥处等)增加附加温差应力。因此超临界和超超临界锅炉的高温集箱也应该在线监测其温度的变化，以延长集箱的使用寿命。

管内氧化垢：超临界锅炉和超超临界锅炉汽温水平高，偏差管的蒸汽温度可能达到600～650℃。超过600℃的蒸汽会有一部分分解成H2和O2。O2与管壁生成Fe3O4。奥氏体钢与氧化垢的线膨胀系数差别大，当锅炉启停时内壁氧化垢会脱落堵塞管子下弯头而导致爆管(我国已有几台超临界锅炉发生这种故障)。因此更需要精心运行，控制温度偏差和炉内壁温，避免出现这种情况。

综上所述，需要对锅炉管屏壁温进行检测。一般情况下，由锅炉厂提供锅炉壁温测点的布置方案。壁温铠装热电偶的长度选择应根据从测点引到锅炉炉墙两侧便于维修处接线盒(或分散布置的远程I/O柜)的长度。热电偶可直接接到I/O远程柜(分散布置I/O远程柜)；也可先接到接线盒，再由补偿导线接到I/O远程柜(集中布置I/O远程柜)。测温组件的长度应能满足安装和维修的要求。壁温测量元件应提供正确的安装位置与安装工艺，并须单独保温。

2　锅炉壁温测点设计优化

泰州电厂二期建设两台1000MW燃煤汽轮发电机组。锅炉为超超临界参数、直流炉、单炉膛、二次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、切圆燃烧方式，塔式锅炉。

在过热器、一次再热再热器、二次再热再热器出口(屏间和同屏)及水冷壁等管子上装有壁温测点。

2.1锅炉厂壁温测点布置方案

锅炉厂给出锅炉壁温测点布置方案如下(受热面横向排数按自左向右编号，从前墙看，管子序号从外圈向内圈编号；管壁热电偶测点均装于每级受热面的出口连接管端上)：

(1)低温过热器

位于第11排上第#1～#18管(前墙、后墙共36点)

位于横向第1～22排的第#1管(即最外圈管)前墙、后墙共42点，另外2点已包含在上面全屏。进入控制室的热电偶测点共78点。

(2)高温过热器

位于出口段第44、45排上第#1～#10管(共20点)

位于横向第1～88排的第#1管(即最外圈管)，共86点，另外2点已包含在上面全屏测点中。进入控制室的热电偶测点共106点。

(3)一次再热低温再热器

位于第45和133排上第#1～#6管(共12点)

位于横向第1，5，9，13，17，21，25……153，157，161，165，169，174，178排的第#1管，共43点，另外2点已包含在上面全屏测点中。

进入控制室的热电偶测点共55点。

(4)一次再热高温再热器

位于出口段第44、45排上第#1～#10管(共20点)

位于横向第1～88排的第#1管(即最外圈管)，共86点，另外2点已包含在上面全屏测点中。进入控制室的热电偶测点共106点。

(5)二次再热低温再热器

位于第45和133排上第#1～#6管(共12点)

位于横向第1，5，9，13，17，21，25……153，157，161，165，169，174，178排的第#1管，共43点，另外2点已包含在上面全屏测点中。

进入控制室的热电偶测点共55点。

(6)二次再热高温再热器

位于出口段第44、45排上第#1～#10管(共20点)

位于横向第1～88排的第#1管(即最外圈管)，共86点，另外2点已包含在上面全屏测点中。

进入控制室的热电偶测点共106点。

(7)水冷壁

螺旋管出口进入控制室热电偶共356点，每侧墙89个测点。

垂直管出口进入控制室热电偶共356点，每侧墙89个测点。

(8)隔墙管

前墙隔墙管出口1点。布置在炉膛中心线附近

后墙隔墙管出口1点。布置在炉膛中心线附近

进入控制室的热电偶共2点。

(9)定位管

进入控制室的热电偶测点共3点。

2.2对锅炉壁温测点的调整

为了随时监视和指导锅炉的运行情况，做到优化运行，避免发生超温，对锅炉壁温测点的设计进行优化。针对目前电厂锅炉壁温测点的布局可能不能准确反映偏差屏、偏差管和易堵管的实际温度，提出对炉外壁温测点进行增加和调整，增装优化方案如下：

(1)高温过热器

高过由锅炉厂设计已装设106个测点。屏间外圈第1管，共88个，同屏44、45屏的每根管共20个(含外圈第1管)。

屏间测点：计算表明外圈第1管的温度最高，原设计测点已经涵盖了这排管子，共88点。计算表明外圈第2管的温度次高，在2号管上沿宽度每隔一片屏装一个测点，另外在8～26、63～81屏外圈第2管全部增装壁温测点，共63点。屏间共151点。

同屏测点：第8、14、20、26、36、53、63、69、75、81屏，参考同类型锅炉为偏差屏变化的区域，共10片屏的3～10号管，共80点，加上同屏44、45屏的每根管装一点。调整后同屏测点共98点。

调整后高过壁温测点总数为：249点。

(2)一次再热高温再热器

一次高再由锅炉厂设计已装设106个测点。屏间外圈第1管，共88个，同屏44、45屏的每根管装一点，共20个(含外圈第1管)。

测点增加和调整意见：

屏间测点：计算表明外圈第1管的温度最高，原设计测点已经涵盖了这排管子，共88点。计算表明外圈第2管的温度次高，在6～28、61～83屏外圈第2管每隔一片屏增装壁温测点，第36、53屏外圈第2管增装壁温测点，共26点。考虑内圈管受周围烟气辐射因素，在10号管上沿宽度每隔一片屏增装一个测点，共43点。调整后屏间共157点。

同屏测点：第8、14、20、26、36、53、63、69、75、81屏，参考同类型锅炉为偏差屏变化的区域，共10片屏的3～9号管，共70点，加上同屏44、45屏的每根管装一点。调整后同屏测点共88点。

一次再热高温再热器壁温测点总数为：245点。

(3)二次再热高温再热器

二次高再由锅炉厂设计已装设106个测点。屏间外圈第1管，共88个，同屏44、45屏的每根管装一点，共20个(含外圈第1管)。

测点增加和调整意见：

屏间测点：计算表明外圈第1管的温度最高，原设计测点已经涵盖了这排管子，共88点。计算表明外圈第2管的温度次高，在6～28、61～83屏外圈第2管每隔一片屏增装壁温测点，第36、53屏外圈第2管增装壁温测点，共26点。考虑内圈管受周围烟气辐射因素，在10号管上沿宽度每隔一片屏装一个测点，共43点。调整后屏间共157点。

同屏测点：第8、14、20、26、36、53、63、69、75、81屏，参考同类型锅炉为偏差屏变化的区域，共10片屏的3～9号管，共70点，加上同屏44、45屏的每根管装一点。调整后同屏测点共88点。

二次再热高温再热器壁温测点总数为：245点。

(4)管组的出口集箱保温罩壳内

为了在运行中分析测点测量值的准确性，考虑在高过、一次高再、二次高再的出口集箱保温罩壳内装一点测点(在锅炉宽度的中间部位)，测量罩壳内的环境温度。共3点。

(5)螺旋水冷壁增加360只壁温热电偶，前墙、后墙、左墙、右墙各增加90个壁温测点，即螺旋水冷壁每根管子均测出口连接管壁温。

2.3优化后锅炉受热面壁温测点的比较

优化后锅炉受热面壁温测点的布置与前锅炉受热面壁温测点的布置比较详见表1。

表1　泰州二期工程锅炉壁温测点点数对比

3　结语

泰州电厂二期锅炉采用上海锅炉厂的塔式锅炉，为1000MW超超临界二次再热机组，锅炉壁温测点的设计优化对今后类似工程设计有参考意义。

[1] 朱德勇，曾壁群，杨博．高温管屏在线监测系统在防止锅炉高温管屏结渣中的应用[J]．热力发电，2013，42(10)．

[2] 袁永勇，顾本立．600MW超临界锅炉高温管屏安全性在线监测系统的应用[J]．Electric Power IT，2008，6(2)．

The Optimization Design of Boiler Wall Temperature Measurement for Double Reheat Ultra-supercritical Unit in Power Plant Tai Zhou

ZHANG Wei
(East China Electric Power Design Institute Co., Ltd., Shanghai 200063, China)

As power plant boiler develops in the direction of the large capacity and high parameter, problems of the high temperature heating surface are caused by over-temperature, such as pipe explosion, over-temperature pipe explosion, decreasing parameter operation, which is due to the over-temperature of the metal in the surface wall of pipes, as well as the wrongly arrangement of temperature measuring points of the boiler wall. This paper introduces the design of boiler wall temperature. And combined the Tai Zhou Power Plant Phase II, this paper details the optimization design of the boiler wall temperature.

double-reheat; ultra-supercritical; wall temperature; optimization design.

TM621

B

1671-9913(2016)05-0021-04

2016-02-17

张薇(1988- )，女，内蒙古人，硕士，助理工程师，从事电厂热工控制设计工作。