北仑发电厂600 MW锅炉高温再热器超温问题原因分析及改造

电力18讯：    1　锅炉结构和前期改造情况

　　北仑发电厂1号机组(600MW)，其锅炉是从美国CE公司进口的2008t/h亚临界压力、切向燃烧控制循环锅炉。6层煤粉燃烧器由6台HP?983X9碗式中速磨煤机供粉。采用摆动火嘴方法调节再热汽温。锅炉于1991年8月27日完成72h试运行。
　　再热器系统如图1所示。墙式再热器出口用4根导汽管将蒸汽导入低温再热器的进口集箱。低温再热器共有76片管屏，与38片高温再热器管屏直联(无中间集箱)。
　　为了减小墙式再热器蒸汽阻力，在其进出口集箱之间原设计有24根旁路管使部分蒸汽旁通。在结构上，低温再热器每片屏有10根管子；高温再热器有20根管子。高、低温再热器内外圈管子交换连接，而且与高温再热器2根外圈管相连接的低温再热器内圈管受热长度缩短很多(见图1)。高温再热器与烟气逆流布置，大部分管子采用TP304H等奥氏体钢材，部分管子和炉外引出管都是T22钢材。在每片高温再热器的第11号管子出口装有炉外壁温测点。T22钢材的最高使用温度为580～590℃，故目前的报警温度设定值为530℃。



　　锅炉运行后，发现高温再热器右侧第34～37片屏的出口壁温经常超过585℃设定值。同时再热汽温达不到额定值。为此，根据CE公司提供的方案，对再热器进行了2次改造。1993年改造是为了降低右侧高温再热器管屏的出口壁温。方法是将墙式再热器24根旁路管中的8根直接引入低温再热器进口集箱的右侧端(见图2)，以降低右侧管屏的进口温度。1994年改造的目的是提高再热汽温。方法是将低温再热器的管屏接长3.05m。




　　1994年的改造增加受热面太多，造成再热器事故喷水量增大，并使过热器的出口汽温达不到额定值。1993年的改造效果也不够理想。在高负荷时第35～37屏仍经常处于580～595℃之间，而且第30～33屏的出口壁温反而比改造前增高。在运行中如果为了提高过热汽温而使燃烧器向上摆，则会使再热器的超温情况更为加剧。对于这些问题，电厂曾在1994年进行了燃烧调整，并采用部分辅助风和燃烬风反切的措施；在1996年又在部分高温再热器管子上涂刷绝热涂料，但效果都不大。

2　改造方案的论证

　　为了比较彻底地解决再热器的局部超温问题，1997年12月电厂与上海交通大学能源系共同提出进一步改造的几种方案，并进行了分析论证。最后决定采用在低温管屏中加装节流圈的改造措施，并在部分壁温较高的管屏上涂覆绝热材料作为短期的辅助措施。加装节流圈的具体要求如下：(1)温度最高的第35、36屏出口炉外壁温降低10～15℃；(2)再热器出口2根导汽总管的流量和汽温与改造前保持不变；(3)对炉膛污脏时、低负荷、火嘴上摆到70%时高温过热器的出口壁温工况进行核算。
　　绝热材料涂在第69～74屏低温再热器(与高温再热器第35～37屏连接)管上，厚度为20mm，高度为3m，外面用2mm厚不锈钢板包覆。

3　节流圈计算的主要步骤和结果

　　节流圈的计算是很复杂的，因为再热器的管系非常复杂。1片管屏有20根管子，1根管子又有12个管段，这些管段的直径、长度和材料都不相同；在结构上，再热器进出口集箱采用三通连接方式，蒸汽在流经三通进入集箱时会形成涡流。涡流区的蒸汽静压有大幅度降低。蒸汽旁路改造后以及在一部分管屏中加装节流圈以后，涡流区的蒸汽静压分布也会随之改变。计算的主要步骤为：(1)作墙式、低温和高温再热器的热力计算；(2)计算8根直接旁路管中的旁通蒸汽流量；(3)计算同屏各管流量偏差和热偏差；(4)计算各屏的蒸汽流量；(5)计算节流圈的压降和节流圈孔径。
　　由于要求加装节流圈后再热器2根出口总管中的蒸汽流量和温度与改造前保持不变。而主要加装节流圈的第20～25管屏又集中在右侧，所以这一点较难办到。最后采取了使左侧各屏的改后出口温度高于右侧各屏，也就是使左右两侧节流所减小的流量基本上相同，才使这个要求得到满足。计算确定，加装节流圈的高温再热器管屏共为12片，即第1～3、10、11、19～25屏。每片屏有20根管子，所以共有240只节流圈。节流圈的孔径最小为24.5mm，最大为38.5mm。
　　加装节流圈改造的原理是用改变各屏的蒸汽流量来补偿它们的热负荷偏差。尽管烟气侧的变化对高温再热器出口壁温的分布有较大的影响，尤其是6层燃烧器投运方式的影响，但切向燃烧锅炉烟气侧的热负荷图形相对比较固定，呈M形分布。在节流圈计算前，查看了历年的运行记录，计算中使可能的热负荷最高峰位置与加装节流圈的管屏之间留有一定的距离，即第26、27、28、29屏不加装节流圈。这样即使热负荷最高屏从第35、36屏移到第30、31屏，也可留有3～4片屏的热负荷进一步左移的裕量。选择高温再热器出口壁温分布偏差较大的某一工况所作的计算结果如下(见图3)：(1)在100%MCR负荷下，计算可使最高温度屏的第11管出口壁温从590℃降到576℃，降<