华电电科院刘鹏远水冷壁问题研究.ppt

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600MW超临界W火焰锅炉水冷壁变形、拉裂研究华电电力科学研究院报告人：刘鹏远镇雄，2012.3 目录四大锅炉厂超临界W炉设计特点比较超临界W炉前墙水冷壁拉裂情况比较超临界W炉前墙水冷壁拉裂原因分析超临界W炉前墙水冷壁拉裂防范建议 目前我国已投产了11台600MW超临界W火焰锅炉东锅(4)哈锅(1)上锅(1)北京B&W(5)珙县电厂No1~2机组镇雄电厂No1机组合山电厂No3机组金竹山电厂No3机组福溪电厂No1机组国电荥阳No1~2机组南宁电厂No1机组兴义电厂No1~2机组包含了世界上全部W火焰锅炉炉型，在此种炉型的利用上走在了前面 锅炉主要性能参数比较参数名称单位珙县电厂No1~2机组镇雄电厂No1~2机组合山电厂No3机组金竹山电厂No3机组BMCRBMCRBMCRBMCR锅炉蒸发量t/h1950191021291900过热蒸汽出口压力MPa25.725.425.425.4再热蒸汽出口压力MPa4.564.374.604.44过热蒸汽温度℃572571571571再热蒸汽温度℃570569569569再热蒸汽流量t/h1590.816181788.61613过热器减温水量t/h<156<115<200<100给水温度℃289283282283省煤器出口过剩空气系数%1.251.211.31.25排烟温度℃128124145118锅炉效率(低位)%90.9291.4090.3991.10NOx排放(6%O2)mg/nm31090燃煤量t/h289.03246289.8296 炉膛尺寸和热负荷参数名称单位珙县电厂No1~2机组镇雄电厂No1~2机组合山电厂No3机组金竹山电厂No3机组全炉膛高度m56.156.2256.6154.1炉膛宽度m32.1226.6834.4931.81下炉膛高度(炉底排渣喉口至拱顶上折点)m21.4327.4619.5920.60上炉膛高度（拱顶上折点至炉膛顶棚管中心线）m34.5728.7637.0233.40上炉膛深度m9.9612.5110.489.4下炉膛深度m17.1023.6716.5816.60上下炉膛高度比1.611.041.891.63上炉膛截面热负荷(BMCR)kW/m24669448546975014下炉膛截面热负荷(BMCR)kW/m22719251430562833容积热负荷(BMCR)kW/m383.4874.8884.0089.20冷灰斗角度°55555555 制粉和燃烧系统比较参数名称单位珙县电厂No1~2机组镇雄电厂No1~2机组合山电厂No3机组金竹山电厂No3机组制粉系统双进双出钢球磨直吹式制粉系统双进双出钢球磨直吹式制粉系统双进双出钢球磨直吹式制粉系统双进双出钢球磨直吹式制粉系统磨煤机型号BBD4366BBD4060BBD4366BBD4366单台磨机最大出力(设计煤种)786548.3(设计出力)59.5燃烧器数量支24243624燃烧器形式双旋风筒浓淡分离旋风筒缝隙式浓淡分离双旋风筒浓淡分离EI-XCL旋流浓淡分离燃烧器布置前后墙、左右墙对称布置单侧墙集中布置单侧墙间隔布置前后墙、左右墙对称布置乏气进入炉膛位置拱部拱部拱上拱下垂直墙磨煤机出口风温℃110110120130配风方式燃烧器独立配风燃烧器混合配风燃烧器独立配风燃烧器独立配风一次风率(BMCR)%1714.8811.11燃尽风率%15无燃尽风无单独燃尽风无燃尽风单支煤粉燃烧器喷口输入热kJ/h113*106(31.4MW)175*106 水冷壁型式与材料比较锅炉设置了前后拱，上下炉膛截面不同如果采用螺旋管圈水冷壁，水冷壁管的结构将非常复杂，并且局部扁钢将超宽，实际运行中鳍端温度不能得到有效控制，影响锅炉的安全运行各大锅炉厂均采用了垂直管圈+低质量流速技术侧墙前墙或后墙侧墙 水冷壁型式与材料比较主要参数名称单位技术数据珙县电厂No1~2机组镇雄电厂No1~2机组合山电厂No3机组金竹山电厂No3机组炉膛下部水冷壁管子规格mmφ31.8x5.5φ34.92×6.35；φ28.58×6.1φ32φ35x6.5，φ35x6.0管子材料/SA213-T1215CrMoSA213T12SA213T12鳍片规格mm15.5×6.48×20扁钢φ6.25圆钢材料/SA387-Gr12Cl115CrMo扁钢12Cr1MoV圆钢备注-优化内螺纹管优化内螺纹管优化内螺纹管优化内螺纹管炉膛上部水冷壁管子规格mmφ31.8×7φ34.92×6.35；φ38×7.1φ32φ28x6管子材料/12Cr1MoVG12Cr1MoV12Cr1MoVG12Cr1MoVG鳍片规格mm9.5×68×27材料/SA387-Gr12Cl115CrMo备注-光管膜式光管膜式光管膜式光管膜式 超临界W炉前墙水冷壁拉裂是共性问题各个电厂均出现过不同程度的前墙水冷壁拉裂泄露问题区域相似，炉膛前墙中部水冷壁。标高有所不同，40-50m折裂炉前左数三百零六根金竹山电厂，投产3个月后，41米前墙水冷壁管左数第306根管子弯曲折裂爆破 超临界W炉前墙水冷壁拉裂是共性问题国电荥阳电厂，2011年7月，炉前墙标高40处中部位置 超临界W炉前墙水冷壁拉裂是共性问题珙县电厂，投产半年后，炉膛前墙标高45m中部区域开始出现水冷壁泄露、变形情况 超临界W炉前墙水冷壁拉裂是共性问题合山电厂，投产不到1个月，出现过出现过2次爆管，第一次在过渡段以下约35m标高位置，水冷壁管堵塞引起超温爆管；第二次爆管位置在过渡段以下，初步估计标高约31m镇雄电厂，炉前墙中部，水冷壁鳍片变形拉裂，标高47-65m区域，51m处发生泄露 壁温偏差、超温、膨胀受阻是引起前墙水冷壁变形拉裂的主因合山电厂，锅炉水冷壁超温情况比较严重。温度偏差比较大的区域在370℃~597℃，一般的偏差都在380℃~500℃，比珙县、镇雄工程情况更严重 金竹山电厂，在高负荷情况下前墙上炉膛出口温差约45℃，珙县工程温差约65℃，镇雄工程约60-80℃530MW前墙上炉膛出口壁温前墙水冷壁壁温偏差大 当上部水冷壁管材超过500℃后，材料性能显著下降，容易被拉裂水冷壁超温会引起材料许用应力的急剧下降温度℃420430440450460470480490500510520530540550560570580590600许用应力MPa13213113012812612512412111811098867771655750超温后许用应力下降幅度（与报警温度501℃比较）10.930.830.730.650.600.550.480.42 前墙火焰压后墙火焰，烟气呈C形烟气流程决定了前墙中部位置容易超温后墙火焰压前墙火焰，烟气呈S形互换炉膛中部氧量低、燃烧最强 壁温偏差极易引起鳍片温度应力超标由于水冷壁超温，膨胀量比正常时多出了150-200mm低负荷运行或升降负荷时，如果输入炉内热量不均，水冷壁管间的正流量特性不足以补偿热偏差带来的影响，将导致水冷壁出口壁温偏差加大，随之将引起鳍片温度应力超标，累计到一定程度后就会发生拉裂现象 前墙水冷壁开裂原因总结超临界W火焰锅炉转干态运行后，水冷壁内的水在管内某处被完全汽化，管壁温度因吸热量不同而不同，吸热多的管子出口温度高，水冷壁出口存在50-80℃的偏差，如果炉内燃烧影响热负荷偏差过大，则水冷壁出口温差也将更高W炉燃烧器单列布置，炉膛很宽，低负荷时会有1台或2台磨停运，因此从燃料输入热量方面看，极容易出现热负荷不均的现象垂直管圈的布置形式无法使水冷壁均匀吸热，增加了壁温偏差的幅度直流锅炉过热蒸汽给水加热汽包锅炉加热饱和蒸汽给水 防止前墙水冷壁热偏差、变形拉裂建议超临界W火焰锅炉的特点（燃烧器布置、水冷壁型式、直流炉的特性等），决定了在运行中控制壁温偏差难度很大锅内过程解决策略低质量流速应用与超临界锅炉，已论证过没有问题，管内质量流速会有偏差，水动力裕量小增设中部水冷壁全混合集箱理论计算热偏差在50℃内，不需增设，结构简单增设全混合集箱后，可消除下部水冷壁壁温偏差(10-20℃)多大程度上能减轻上部偏差，改动量大两侧墙、后墙增加节流圈观察一段时间，若侧墙无超温现象，有足够裕量，可考虑需重新计算流量分配。低质量流速范围300-1000kg/m2s 防止前墙水冷壁开裂建议炉内过程解决策略相对来讲比较容易实施，风险小，也是现有设备条件下可进行的镇雄发电部制定了燃烧稳定的技术措施，从风量、氧量、制粉系统运行方式、火焰中心位置调整、给水切换措施、锅炉转态操作、主汽温调节、防止堵煤断煤等方面，做了详细的规定，现在水冷壁温度已基本可控炉内空气动力场是需要做的，检测炉内气流分布针对性燃烧调整试验，控制超温和壁温偏差，给煤方式，单台给煤机给煤，6t/h一次粉管偏差调整、乏气挡板调整、燃烧器配风调整等 防止前墙水冷壁开裂建议膨胀系统解决策略水冷壁设计膨胀量所取计算温度沿高度方向越来越大，<460℃实际运行中水冷壁温度超过460℃，膨胀量比设计值要大，如果没有足够多的膨胀裕量，则容易发生膨胀受阻水冷壁左右侧膨胀量81mm，前后38mm，目前左右、前后的膨胀量在+-10mm左右13.7m水冷壁下集箱后右216mm，后左、前左、前右在160mm 多赢！ThanksForYourAttention