1 000 MW高效超超临界锅炉分隔屏壁温偏差分析

2020-07-08孙洪民

应用能源技术 2020年5期

孙洪民，叶欢

(1.高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室(哈尔滨锅炉厂有限责任公司)，哈尔滨 150046；2.哈尔滨锅炉厂有限责任公司，哈尔滨 150046)

0 引言

引进技术1 000 MW超超临界锅炉过热器有分隔屏和后屏，在开发1 000 MW高效超超临界锅炉时，将过热器改为三级布置取消了后屏，分隔屏占据了整个上炉膛深度，首台1 000 MW高效超超临界锅炉投运后，出现了分隔屏温度偏差大的问题，经分析是由于分隔屏深度增加吸热量变大，对烟气侧偏差体现更加突出所致，通过分析提出了三维立体优化方案。

1 实际运行壁温情况

分隔屏沿炉膛宽度方向共12片大屏，从炉左向炉右编号1至12，每片大屏沿炉膛深度方向又分为6片小屏，从炉前向炉后编号A至F，每片小屏有15根管。锅炉投运后发现分隔屏壁温偏差很大，局部容易超温，限制了主汽温度，通过大量的运行数据分析发现分隔屏壁温分布呈现一定的规律性，不同号管虽然温度不同，但整体温度分布趋势基本相似，以壁温较高的9号管为例，图1为炉宽方向壁温曲线，靠两侧的#1屏、#2屏、#11屏、#12屏整体壁温较低，中间#3屏至#10屏壁温较高，#6屏、#7屏壁温明显偏高。图2为炉深方向壁温曲线，C屏、D屏壁温比A屏、B屏、E屏、F屏要高，炉膛宽度方向和炉膛深度方向都是中间温度高，两侧温度低。

2 流量偏差和热负荷偏差分析

首先分析分隔屏壁温偏差是否为流量偏差引起，分隔屏连接管结构比较复杂，宽度方向每三片屏共用一个进出口集箱，同一个集箱下的各屏管接头长度不同，各集箱的进出口连接管长度也略有不同，图3示意了部分分隔屏管接头和集箱连接管结构。经过分析，不同集箱进出口连接管道阻力差小于1%，显然不是造成宽度方向中间管屏壁温高的原因。对集箱内流动静压特性进行分析，结果如图4所示，由此引起的流量偏差基本小于2%，并且趋势线明显和壁温趋势线不同，可见壁温偏差也不是由此引起。各大屏管接头长度存在一定差异，按实际长度计算阻力平衡后各屏流量偏差见表1，该表可以看出流量偏差总体趋势仍然与壁温大趋势不一致，但可以说明局部壁温分布差异的原因，如6屏和7屏流量小，壁温最高，5屏和8屏流量大，壁温低于相邻的4屏、6屏、7屏、9屏。

表1 各大屏流量偏差

通过分析表明流量偏差不是引起壁温偏差的主因，壁温偏差应是由炉内热负荷分布不均匀造成。相关的炉膛烟气温度场模拟也证实了烟气侧偏差的存在，分隔屏占据整个炉膛深度后，对于烟气温度偏差体现更加突出。收集了近一年运行数据，对几十个典型工况进行壁温统计和分析，根据运行壁温模拟出各管的吸热量和热负荷，并对每个小屏各管热负荷进行加权平均，得出每小屏热负荷，再将小屏按深度和宽度方向分别进行平均，分别绘出宽度和深度两个方向热负荷曲线，最后将各工况热负荷曲线进行平均，形成了图5和图6典型的分隔屏热负荷曲线。宽度方向热负荷曲线呈抛物线型，中间#6、#7屏最高，向两侧递减，深度方向热负荷呈屋脊型，D屏最高，C屏次之。实际运行容易超温的管屏均处于热负荷高的区域，所以容易超温，并且超温时间较长。

3 优化方案和取得的效果

传统的设计方法是所有管屏均采用相同的结构，所有偏差均包含在壁温计算偏差系数中，这种方法可以保证选材的安全性，但并不能改变运行偏差，要解决分隔屏壁温偏差，就需要改变传统设计方法，对各管屏进行差异化设计。分隔屏采用节流短管调节流量方式，可以方便的通过修改节流孔径调节流量，根据热负荷分布和各管壁温情况，通过模拟计算拟合出运行壁温，再通过修改节流孔径，使工质流量和热负荷相匹配，通过这种耦合方式使壁温更加均匀，具体方案如下：

(1)将壁温较低的管屏原有节流短管孔径缩小，原没有节流的管子增加节流短管，降低流量将壁温提高。

(2)外圈管运行壁温整体处于较低水平，有较大余量，故将外圈管增设节流短管减小流量，降低同屏管的壁温偏差。

(3)将主要超温管屏各管节流短管孔径放大，增加流量降低壁温。

该改造方案实施后，从图7和图8改造前后壁温三维分布图比较可以看出，壁温高温区明显减小和降低，低温区温度升高，壁温更加均匀，在分隔屏无超温情况下达到了额定主汽温度。