河源电厂水冷壁超温爆管原因分析及预防措施

河源电厂水冷壁超温爆管原因分析及预防措施

【摘要】本文针对河源电厂600MW超超临界锅炉水冷壁超温情况，分析了水冷壁超温及爆管的原因，提出了相应的防止水冷壁超温的调整方法及建议。为了防止同类机组投产时产生相同的问题，给出了机组在投产前应加强化学清洗、实行给水加氧处理以及加强燃烧调整的建议。

【关键词】超超临界；水冷壁；超温；节流孔圈；炉膛热负荷

1 设备概述

河源电厂2×600MW锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司根据三菱重工业株式会社（MHI）提供技术支持而设计、制造的超超临界变压运行直流锅炉，锅炉为单炉膛、Π型布置，配低NOX主煤粉燃烧器，分级燃烧技术和MACT型低NOX分级送风燃烧系统、反向墙式切圆燃烧方式，锅炉水冷壁采用下部带内螺纹管的膜式水冷壁，一次垂直上升管屏，断面尺寸为17.67m×17.63m（宽×深），锅炉型号为HG-1795/26.15-YM1。锅炉以最大连续热负荷（B-MCR）工况为设计参数，最大连续蒸发量为1795t/h，过热蒸汽出口压力为26.15MPa，出口温度为605°C；再热蒸汽出口压力为4.59MPa，出口温度为603°C，锅炉给水温度为293°C。

2 河源电厂水冷壁超温情况

河源电厂1、2号机组自2009年相继投产以来，曾多次发生水冷壁超温及爆管事件，超温点均为炉膛中部入口管，超温范围在燃烧器及其以后区域（NO289-NO396），该区域节流孔径最小，为Φ7-8，为热负荷最低区域。

3 水冷壁超温原因分析

3.1 给水中Fe离子析出致使节流孔板结垢堵塞

水冷壁超温爆管后，停机检修时通过对超温水冷壁管解体发现，节流孔板处存在异物聚集结垢现象，使工质流通不畅，导致水冷壁超温爆管。同时在相邻水冷壁管节流孔板处也发现有结垢，且在水冷壁下集箱发现较多的黑色粉末，通过分析，该黑色粉末为磁性氧化铁（Fe3O4）。经过多次爆管解体检查发现水冷壁节流孔结垢有以下特征：左右墙重于前后墙；热负荷较小区域重于热负荷较大区域；节流孔径小的重于节流孔径大的。

3.2 炉内热负荷分布不均

机组负荷稳定在450MW时水冷壁温度：

结合以上数据绘图如下图1。

机组负荷稳定在600MW时水冷壁温度：

结合以上数据绘图如上图2。

通过对450MW、600MW负荷下前后左右四面墙的水冷壁管温度分析发现：锅炉各墙水冷壁壁温分布呈非对称的“M”型（见图1、2），在靠近相邻燃烧器喷口附近壁温最高，靠近本侧墙燃烧器喷口附近壁温次之，其它区域水冷壁温相对较低。而相关研究表明，采用墙式布置四角切圆垂直射流形式燃烧方式的锅炉炉内热负荷分布并不均匀，热负荷分布特点与壁温分布特点极为相似。有此可见，水冷壁壁温分布呈非对称的“M”型并非偶然，而是由于炉内热负荷分布不均造成的。

3.3 燃烧低熔点灰分的煤种时燃烧器区域结焦导致主、再热汽温高，减温水量大，水煤比较正常时低，进入水冷壁区域的给水量相应减少，水冷壁对流换热的能力下降而导致水冷壁热超温。

3.4 下层磨运行时，火焰中心较低，水冷壁区域热负荷较大也会使水冷壁超温问题加重。

3.5 由于一二次风率不合适等原因使切圆不好造成的刷墙或左右两侧热偏差，也有可能导致局部水冷壁超温。

引起水冷壁超温的原因有很多，但导致我厂水冷壁超温的根本原因还是上述的第一、二条，其它的都是次要因素。以上两点看似独立，然而加以分析不难发现两者之间又能相互作用，相互影响。热负荷的分布不均使个别水冷壁管温度长期偏高，而有些水冷壁管温度偏低，这种温度的差异导致了Fe离子在某些水冷壁节流孔处析出沉积，使节流孔径减小，孔径减小工质流动不畅，致使局部水冷壁温度升高，最终导致水冷壁超温爆管。

4 防止水冷壁超温的运行调整措施及建议

4.1 正常运行期间，应使炉膛热负荷合理分配，过热度正偏差尽量要小，最好维持负偏差运行，尽量保证水冷壁不超温或少超温。

4.2 尽快实现给水加氧处理，利用给水中的溶解氧对金属的钝化作用，使金属表面形成被一层氧化铁水合物（FeOOH）所覆盖的致密而稳定的保护性氧化膜，以降低给水的铁含量，防止流动加速腐蚀（FAC）的发生，从而降低锅炉管的结垢速率。

4.3 调整易超温区域水冷壁节流孔圈大小。从以上分析中我们知道，节流孔径越小，Fe析出越严重，因此通过调整超温区域节流孔圈的大小，可有效减小Fe离子析出速率，从而达到防止水冷壁超温的目的。

4.4 如个别水冷壁超温可通过高频振打对应水冷壁的节流孔圈，使结垢脱落，管内工质流量恢复正常，从而使水冷壁温回到正常值。

4.5 通过降低分离器入口过热度，减少水冷壁吸热以降低水冷壁温度。

4.6 降低主再热汽温运行，削弱主汽温偏差对燃水比的修正，维持较大水煤比运行，以达到降低水冷壁温度的目的。

4.7 尽量使火焰中心上移，减少水冷壁区域热负荷。具体可以通过燃烧器摆角上摆、增大一次风压、维持上层磨运行、减少AA风开度等实现。

4.8 启停下层磨时尽量维持较小风量，且要控制加减煤量速率，下层磨运行时尽量维持较小煤量运行。

4.9 校正各台磨煤机出口一次风率，调整二次风，使实际切圆更加合理，以减少锅炉热偏差。

5 结语

综上所述，采用内螺纹垂直管圈水冷壁的超超临界机组，由于水冷壁管通流面积较小，且在入口加装了节流孔圈，加之高参数运行，致使Fe离子更容易在节流孔圈处析出沉积，导致节流孔圈堵塞，造成水冷壁容易超温爆管。加上墙式切圆燃烧会产生炉内热负荷的不均匀，使水冷壁管温度也呈现不均，加速了Fe 离子的析出，加剧了水冷壁的超温。因此建议同类机组在安全调试期间，应针对以上情形加强化学清洗，给水宜采用加氧处理，且应加强燃烧调整，最大程度的降低炉内热负荷的分配不均，以减少正常运行后水冷壁的超温爆管事故。

【参考文献】

[1]曲莹军.600MW超超临界机组锅炉水冷壁壁温特性研究[J].东北电力技术，2008（4）.

[2]邵天佑.超超临界机组水冷壁节流孔板结垢爆管分析及预防[J].电力建设，2009，30（11）：84-86.