600 mw燃煤锅炉汽包带水问题分析及处理

600 MW燃煤锅炉汽包带水问题分析及处理 赵刚 1 柴锡强 2 （1浙江省火电建设公司浙江杭州310016； 2浙江省电力建设总公司浙江宁波315010） 摘要：通过对北仑电厂二期工程的锅炉汽包水平式一次旋风分离器的深入研究， 分析了汽包水位测量、汽包容积、水平式一次旋风分离器、重力分离空间、二 次立式百叶窗分离器等对汽包饱和蒸汽带水的影响。在对可能引起汽包饱和蒸 汽带水的各有关因素进行了比较系统的研究后，进行了汽包内部装置的改造。 关键词：汽包；水位试验；带水；原因分析；改造 1 概述 北仑电厂二期工程3台600 MW燃煤发电机组是日本IHI公司设计并提供， 该炉主要参数：蒸发量2045th，汽包运行压力1856 MPa ，再热温度343 538，省煤器水温282313，排烟温度135，锅炉效率940。该锅 炉引进了美国FW公司的设计、制造技术，其受热面布置、汽包内部装置带有 FW技术特色，该炉系单炉膛、平衡通风，前后墙对冲燃烧。 汽包总长288575 mm，汽包直段长25760mm，汽包两端采用球型封头， 一次分离元件为水平式旋风分离器，二次分离器为立式百叶窗。 2 汽包的饱和蒸汽带水现象 1999年1月，在3号炉试运行中，当负荷升至400 MW时，开始暴露出锅 炉主蒸汽温度偏低问题，现象为主蒸汽温度达不到额定值537，且过热器一、 二级减温水全关，发生多次主蒸汽温度在短时间（5 min）内急剧下跌 （530490），同时伴随低温过热器出口汽温的大幅度下降（约15），锅 炉顶棚温度也下降（约5），汽包压力及主蒸汽压力明显升高，锅炉的入炉煤 量、燃烧工况、减温水、汽机调门等无异常动作，由此判定主蒸汽温度的骤然 下跌是由于汽包饱和蒸汽带水引起。 针对锅炉主蒸汽温度偏低及汽包饱和蒸汽带水问题做了如下试验：燃烧调 整、配风调整、投运所有上层磨煤机、降低汽包水位设定值、降低主蒸汽压力、 切高加运行、变压运行、变煤种试验、汽水分离器热化学试验等。试验在额定 负荷和压力下，汽包带水水位为汽包正常水位（NWL）以上20 mm处，且450 MW负荷时额定压力下汽包饱和蒸汽带水水位为NWL85 mm进行的。 根据以上试验结果证实了机组在低水位时才能满足稳定运行要求，但抗干 扰性很差，离合同及规范要求相差甚远，在这种情况下，如果因某种原因引起 水位较大波动，机组将被迫MFT。 对于电站锅炉，合格的蒸汽品质是保证锅炉和汽轮机安全经济运行的重要 条件，一旦发生饱和蒸汽带水就可能影响主蒸汽温度，即使受热面足够，主蒸 汽温度不下跌，也可能引发锅炉爆管，影响汽轮机安全运行等严重后果，因此， 必须解决这个问题。 3 确定汽包饱和蒸汽带水的方法 （1）热化学试验法 通 过锅炉热化学试验，监视离开汽包的饱和蒸汽的含盐量随汽包水位的变化 情况，以证实当汽包水位上升到一定高度时，饱和蒸汽带水问题的存在。 （2）水位试验方法 当 汽包水位达到一定值，若汽包饱和蒸汽开始带水时，会引起锅炉顶棚的金 属壁温，低温过热器出口汽温及过热器减温水量的持续下降，由此可以确定该 水位时饱和蒸汽开始带水。 4 影响汽水分离效果的因素 影响一次汽水分离效果有下列因素： （1）汽包压力； （2）汽包内径及直段长度； （3）锅炉蒸发量； （4）一次分离器的结构、尺寸及布置方式； （5）汽包内汽水管布置及喷水口方向； （6）下降管的布置； （7）进入汽包的上升管布置； （8）炉水的化学成份； （9）汽包水位； （10）一次分离器汽水混合物入口的线速度； （11）入口速度的保持系数； （12）一次分离器的筒体高度和汽水混合物在筒内的停留时间。 影响二次百叶窗分离器性能的原因是进入分离器的蒸汽流速，当百叶 窗入口蒸汽速度超过该型分离器的临界流速时，二次百叶窗分离器将失效。 5 汽包饱和蒸汽带水问题的分析 通过对锅炉的汽包水容器、汽包水位测量系统、炉膛尺寸、汽包运行压力、 给水温度、汽水的喷入角度、炉水含盐量、水平一次旋风分离器结构、负荷、 安装位置；二次分离器结构及安装位置的检查，分析造成汽包饱和蒸汽带水有 以下主要原因。 51水平一次旋风分离器热负荷不均匀的影响 由于该炉采用“23”水平式一次旋风分离器布置方式，使得进入前后汇流箱的蒸汽负 荷（根据水循环计算结果）为33和67，后三排水平式一次旋风分离器的平均蒸汽负荷 要比前二排至少大25，如果再考虑由于锅炉实际运行中热负荷分配不均引起汽包长度方 向的分离器间的负荷分配不均，固有的三排分离器间负荷分配不均及三排分离器间的相互 影响不利因素，就有可能使部分后排的旋风分离器由于过负荷而造成汽水分离器失效，从 而引起汽包饱和蒸汽带水。 52水平一次旋风分离器安装位置的影响 分离器安装位置偏低，造成一次疏水口下沿低于NWL30 mm，上沿位于NWL164 mm，主出汽口位于NWL180 mm ，当汽包水位达到NWL125 mm （高水位报警）时， 一次疏水口的70已被饱和水淹没，当水位达到NWL 275 mm时（水位高高MFT） ，一次 疏水口全被饱和水淹没，主出汽口75也被饱和水淹没，因此，当水位高于NWL180 mm时，饱和水将倒流入一次旋风分离器，使之失效。 53一次旋风分离器总出力不足 根据试验结果（见图1） ，当汽水流量增加，饱和蒸汽带水水位降低。如果汽水分离器 容量足够，则饱和蒸汽带水水位不会与锅炉给水量有关，因此一次旋风分离器的总体出力 不足是影响饱和蒸汽带水的主要原因之一。 54 一次旋风分离器阻力的影响 水平式一次旋风分离器的出口有3个，即饱和蒸汽出口（主出汽口） 、饱和水出口即二 次疏水口，汽水混合物出口即二次疏水口，汽包水位低于正常水位线时，二次疏水口有85 mm深度没入饱和水形成的水封，当水位较低时，其水封功能消失，所以3 个出口中的饱和 蒸汽、饱和水流量取决于3个出口的阻力，即处于平衡状态， 3个出口的压降应相等。如果 主出汽口阻力增加，势必引起一次疏水口负荷的增加，即一次疏水口带汽量的增加，而饱 和蒸汽从离开汽包液面较近的一次疏水口出来，加热炉水造成水位膨胀（虚假水位） ，增加 了汽包内的泡沫层的厚度，而且部分带入水室的蒸汽因来不及凝结，在上升过程中冲破水 面也会引起二次携带。因而主出汽口的阻力增加，严重影响汽包带水现象。 55重力分离空间及二次分离器安装位置的影响 重力分离空间划分为4个区段。第一区段为细水滴的传送区，重力分离的作用很小；第 二区段为粗水滴的非传送区；第三区段为大水滴的喷溅区；第四区段为含有汽泡的水室。 第二区段与第三区段的分界面称为喷溅前沿，喷溅前沿以下，蒸汽部分急剧增加，重力分 离效果也十分明显。因此，汽包内重力分离空间合适与否与汽包饱和蒸汽带水有直接关系， 当二次立式百叶窗分离器的位置低于喷溅区前沿时，蒸汽将大量带水，这个空间也就是水 平式一次旋风分离器出口与二次立式百叶窗入口的空间高度，在提高一次旋风分离器高度 同时，必须在不降低其流通面积前提下，同时提高二次百叶窗的高度。 6 汽包饱和蒸汽带水问题的处理方法 根据以上分析结果及汽包可能改造的实际情况，根据专家建议，IHI公司对汽包进 行了二次改造。 6 1第一次改造 （1）把水平式旋风分离器安装位置整体提高 85 mm，分离器汽水混合物入口增加一 段方管，方管两端法兰面分别与分离器法兰面和汽包汇流箱出口法兰相联；分离器二次疏 水口也增加一段方管，与分离器套接，另一端与原出口段套接后再施以密封焊接，二次疏 水口直接插入汽包水侧，使之形成水封，以免饱和蒸汽被直接带入水侧。 （2）水平式一次旋风分离器入口处再增加一不锈钢多孔板，厚度为2 mm，孔径为16 mm，错列布置，可减小流通面积2050。 （3）更换水平式一次旋风分离器饱和蒸汽出口处的钢丝网除雾器，使厚度由原来的 30 mm减小到20 mm 。 （4）为减少汽包水面波动及一次疏水带汽至水侧，增加一层不锈钢多孔板，厚度为 45 mm，孔径为6 mm，孔距为13 mm，开孔率为20 ，安装在175 mm处。 62第二次改造 （1）为减少二次立式百叶窗分离器的占据高度，增加汽包重力分离空间，把74 只二次 立式百叶窗分离器增加到148只，在保证百叶窗分离器流通面积不变情况下，百叶窗分离器 的占据高度缩小一半。 （2）在每只百叶窗分离器底部增设一根30mm的疏水管，把百叶窗分离器收集下来 的水引流到汽包正常水位线附近，以减少湿蒸汽的二次携带和飞溅（如图2） 。 （3）为提高水平式一次旋风分离器一次疏水口离正常水位的距离，并保证 水平式一次旋风分离器顶部至二次百叶窗分离器的顶部仍有120mm的间距，在 第一次改造时将分离器抬高85 mm的基础上，把水平式一次旋风分离器再往上 抬高30 mm （如图3）。 （4）更换除雾器、降低除雾阻力，把主出汽口钢丝网除雾器的厚度由20 mm减薄至10 mm，以增加水平式一次旋风分离器主汽量，从而进一步减少一次疏水口的带汽量。 （5）为改善二次疏水口的水封，把原直插式疏水口改成“U”型疏水口，且 底部开两小孔，孔径为11 mm，水封高度也由原来的85 mm增加到120mm， 这样可以减少二次疏水口带汽的可能性，而且也有利于汽包内水面的稳定（如 图4 ）。 （6）为减少汽包水面波动及一次疏水带汽至水侧，把多孔板由原来的 NWL175 mm处下移至NWL75 mm处。 7 改造后的评价 汽包的二次改造，不同程度改善了汽包饱和蒸汽的带水问题。 第一次改造，由于只考虑到汽包水平式一次旋风分离器一次疏水口的位置 与汽包饱和蒸汽带水的密切关系，把水平式一次旋风分离器的安装高度提高85 mm，而对汽包内汽水重力分离空间对饱和蒸汽带水考虑不足，影响改造效果。 第二次改造在提高一次旋风分离器高度的同时，也对二次百叶窗式分离器 进行了改造，提