600MW超超临界机组锅炉水冷壁壁温特性研究.pdf

2 0 0 8 年 第4 期 东北 电力技 术 ， 、 ： 击： v v v ；论 - t l l 6 0 0 mw 超超临界机组锅炉水冷壁 壁温特性研究 re s e a r c h o n w a l l te mp e r a t u r e ch a r a c t e r i s t i c o f w a t e r w a l l t u b e i n 6 0 0 mw s u p e r c r i t i c a l ge n e r a t i n g un i t 曲莹军 ，蒋种 ，张家维 ( 1 华北 电力大学 ，北京 1 0 2 2 0 6 ；2 东北 电力科学研 究院有限公司 ，辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 6 ) 摘要 ：通过比较 2台6 0 0 mw超超临界机组锅炉水冷壁不同负荷下的壁温分布情况，分析了水冷壁的壁温特性 ，并根据 2 台锅炉当前运行特性的区别，提出了适当降低过热度和调整节流孔圈等建议，为今后投产的同类型锅炉提供参考。 关键词：超超临界；锅炉；水冷壁；壁温 ab s t r a c t ： t e mp e r a t u r e c h a r a c t e r i s t i c s o f b o i l e r w a t e r w a l l t u b e s are a n aly z e d a c c o r d i n g t o t e mp e r a t u r e d i s t r i b u t i o n u n d e r d i ff e r e n t 1 o a d b y c o m p a r i s o n o f t w o 6 0 0 m w s u p e r c r i t i c al g e n e r a t i n g u n i t s a n d p r o p o s al s s u c h a s r e d u c i n g s u p e r h e a t d e g r e e a n d a d j u s t i n g t h rot t l i n g o ri fi c e a r e p u t f o r w a r d i n c o n s i d e r a t i o n o f d i f f e r e n t b o i l e r c u r r e n t o p e r a t i o n c h ara c t e r i s t i c s as a r e s u l t r e f e r e n c e s f o r f u t u r e b o i l e r s o f t h e s a me t y p e a r e pr o v i d e d ke y wo r d s ：s u p e r c r i t i c a l u n i t ；b o i l e rs；wa t e r wa l l t u b e s ；t u b e t e mp e r a t u r e 【 中图分类号t k 2 2 3 3 1 ；t k 2 2 9 2 【 文献标识码a 【 文章编号1 0 04 7 9 1 3( 2 0 0 8 )0 4 0 0 0 1一 o 4 1 设备概况 华能营 口电厂 26 0 0 mw 锅炉 ( 3 、4号锅 炉)是 由哈尔滨锅炉厂有限责任公 司设计 、制造 ， 三菱重工业株 式会社 ( mi t s u i b i s h i h e a v y i n d u s t r i e s c o l t d )提供技术支持的 h g一1 7 9 5 2 6 1 5一y m1 型超超临界变压 运行直流 锅炉 ，采用 兀 型 布置、 单炉膛 、低 n o 主燃烧器 分级燃烧 技术 和 ma c t 型低 n o 分级送风燃烧 系统 、反 向切圆燃烧方式 ， 炉膛采用 内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启 动系统 、一次 中间再 热 ，调 温方式 除煤 水 比外 ， 还采用烟气分 配挡板 、燃烧器摆动、喷水等方式 。 锅炉采用平衡通风 、露天布置 、固态排渣 、全钢构 架 、全悬吊结构 ，燃用神府东胜煤 、晋北煤 。锅炉 以最大连续负荷 ( b m c r)工况为设计参数 ，最大 连续蒸发量 为1 7 9 5 t h ，过热 器出 口蒸 汽温度 为 6 0 5，再热器出 口蒸汽温度为 6 0 3。 炉膛上部布置屏式过热器 ，沿烟气流程方 向分 别设置 二级 过 热器( 大屏 )和三 级 过 热 器 ( 后 屏 ) ，折焰角上方布置有 四级过热器 ( 末过 ) 。在 水平烟 道处 布 置 了垂 直 二级 再 热 器 ( 高 温再 热 器) 。尾部竖井由中隔墙分隔成前后 2个烟道。前 部布置水平一级再热器 ( 低温再 热器 )和省煤器 ， 后部布置水平一级过热器 ( 低温过 热器)和省煤 器。在竖井烟道底部设置 了烟气调节挡板装置 ，烟 气通过调节挡板后汇集在一起经 2个尾部烟道引入 回转式空气预热器。 制粉系统选用中速磨煤机冷一次风机正压直吹 式系统，每炉配 6台中速磨煤机 ，b mc r工况下 5 台运行，1台备用，并配备 6台与其相适的给煤 机 。 水冷壁分为上 、下两部分 ，上 、下部水冷壁之 间装设一圈中间混合集箱过渡。炉膛水冷壁采用焊 接膜式壁、内螺纹管垂直上升式。在水冷壁人 口短 管上嵌焊人节流孔圈 ，可以保证孔圈有足够的节流 能力 ，按照水平方向水冷壁的热负荷分配和结构特 点 ，调节各回路水冷壁管中的流量 ，以保证水冷壁 出口工质温度的均匀性 ，并防止个别受热强和结构 复杂的回路与管段产生膜态沸腾 ( d n b )和干涸 现象 ( d r o) 。锅炉每面墙布置3 9 6根 中2 8 6 6 4 m m的水冷 壁管 ，材 质为 s a 2 1 3 t 1 2 ，除喷 口区域 的 l 6 根管采用 1 次三叉管从下集箱引出外，其余 3 8 0根管均采用 2次三叉管从下集箱引出 ，每面墙 共 1 0 3根引 出管 ，节流孔圈就布置在此处 。 燃烧器布置俯视图见图 1 ，内螺纹管区域示意 图见图 2 ，下水冷壁管引出方式示意图见图 3 。 维普资讯 2 东北 电力技术 2 0 0 8 年第4 期 图1 燃烧器布置俯视图 中间混合联箱 从风喷 口 燃烧器区 图2 内螺纹管水冷壁布置区域示意 图 接水冷壁 节流孔圈 接下水冷壁入口集箱 图3 下水冷壁管引出方式示意图 2 锅 炉水冷壁壁 温特性 为了有效监视锅炉水冷壁的运行情况 ，保证锅 炉安全运行，锅炉每面墙布置 9 9个壁温测点，测 点位于下水冷壁进入中间混合集箱前的炉外管上。 通过监视和分析水冷壁壁温水平和分布特点， 可了 解水冷壁壁温特性 。 2 1 不同负荷下水冷壁壁温分布特性 图4图 7为 3 、4号锅炉不同负荷 四面墙水 冷壁壁温分布 曲线 ( 3号炉前墙部分壁温测点存在 缺陷，无 法正 常测量 ) ，表 1为壁 温统计 对 比数 据。由图表中数据可以得 出以下结论。 表 1 壁温统计对比表 项 目名称 3号锅炉 4号锅炉 a 在 5 0 0 mw 以上负荷 ，四面墙水冷壁壁温 分布曲线基本上呈相同的趋势，都是在开始阶段 ( 4 0 1 5 0号管)有 1个波峰 ，然后逐渐下降 ，在 喷燃器后接近炉墙阶段 ( 3 0 03 8 0号管 )又出现 1 个波峰 ，但幅度小于前一波峰。整体分布呈非对 称的 “ m” 型。 b 无论是 3号炉还是 4号炉 ，前墙 的第一个 波峰都较 3号炉其 它三面墙 的波 峰高 ，壁温都在 4 5 0 o c以上 。 c 同样负荷下 ，4号锅炉水冷壁壁温平均值 及每面墙壁温曲线的波峰都高于 3号炉的相应值 。 d 2台锅炉部分壁温测点呈现出异常过高或 过低的现象。 e 锅炉低负荷时壁温分布比较均匀 ，偏差很 小。 2 2 壁温特性分析 据相关资料 ，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 ( 如图 8所示 ) ，靠 近上游喷 口火焰 的炉墙 附近 热负荷最高，靠近本侧墙喷 口火焰的炉墙附近热负 荷其次， 其它位置相对较低。而炉壁壁面热负荷的 维普资讯 2 0 0 8 年第4 期 东北 电力技 术 3 这种分布特点 ，与当前水冷壁壁温 的分布特点极 为相似 ，都呈现 出非 对称的 “ m” 型。因此，当前水冷 壁壁温分布特性主要是炉内热负荷 分布不均造成的。 3、4号锅炉的运行方式主要 区 别在于过热度设定值和磨煤机 的组 合运 行方 式。为使 汽 温 达 到设 计 值 ，4号炉过热度上 限设定 比 3号 炉高 l 5 ，同样负荷 下 4号 炉实 际过热度比3号炉高 5以上，使 4号炉水冷壁系统 内的介质温度高 于 3号炉的相应值 ，即使在 同样 的 热负荷下壁温也将高于 3号炉。锅 炉实际运行 的过热度高低对水冷壁 壁温有直接的影响。 超临界和超超临界锅炉设计 的 一 个重要原则是要使介质的 “ 大 比 热区” 远离 炉 内热 负荷 最 高 的 区 域 。因 此 ，炉 内火 焰 中 心 的高 低 、最高区域 的热负荷强度直接关 系到水冷壁的壁温水平 ，影响水冷 壁的安全运行。同样 负荷下 ，投运 不同数量 的磨煤 机，或同样的磨煤 机数量采用不 同的磨煤机组合方式 都会导致水冷壁壁温发生较大变化。 通过观察 4号锅炉的运行数据发现， 同样负荷下不 同的磨煤机组合运行 方式 ，水冷壁壁温水平 ( 特别是最 高点的壁温水平)差别较大，最大 相差 3 0。 通过以上分析可知 ，影响水冷 壁壁温水平及分布的因素很多，主 要包括炉内热负荷 的分布 、过热度 的大小 、磨煤机的组合方式等。另 外 ，煤粉细度 、煤质特性 、一 、二 次配风 方式、a a风率 的大小 等对 其也有一定的影响 。 2 3 存在 问题及解决措施 a 个别管壁温度与其附近的 壁温水 平 差距 较 大 ，呈 现 阶跃 变 化 ，没有较为平稳的过渡。为了保 证监温手段具有足够的准确性 ，应 对管子壁温测点进行检查 ，如测量 p 赠 到 扯 到 佥 p 赠 到 扯 到 佥 p 赠 到 扯 到 佥 5 1 o 49 0 4 7 0 4 5 0 4 3 0 41 o 3 9 0 3 7 0 3 5 0 3 3 0 31 o +3 号炉前墙5 2 0 m w 。 一3 号炉前墙 6 0 2 m w +4 号炉前 墙5 0 0 m w 4 号炉前 墙6 0 4 m w - f ， 、 厂 t +4 号炉前墙 4 3 8 m w i 、 1 i 。 婚_ 一j 厂 1 _l 、 一 一一_一一一一 - r 一 - 一一 一 一 一 一 一 一一 一 1 r y 0 4 0 8 0 1 2 0 1 6 0 2 0 0 2 4 0 2 8 0 3 2 0 3 6 0 4 0 0 水冷壁管序号 51 o 4 9 0 4 7 0 4 5 0 4 3 0 4 1 o 3 9 0 3 7 0 3 5 0 3 3 0 3 1 o 51 o 4 9 0 4 7 0 4 5 0 4 3 0 41 o 3 9 0 3 7 0 3 5 0 3 3 0 31 o 图 4 前墙 水冷壁壁温分 布曲线 +3 号炉后墙5 2 0 m w f - _ 一3 号 炉 后 墙 6 0 2 m w 6 +4 号 炉 后 墙 5 0 0 姗 4 号炉后墙6 0 4 m w + 4 号炉后墙4 3 8 m w _ f 一 。 。 。 一 l一一一 j i 0 4 0 80 1 2 0 1 6 0 2 0 0 2 4 0 2 8 0 3 2 0 3 6 0 4 0 0 水冷壁管序 号 图 5 后墙水冷壁壁温分布 曲线 人 +3 号 炉 左 墙 5 2 0 m w jr l 一 3 号 炉 左 墙 6 0 2 m w - 4 号 炉 左 墙 5 0 0 m w i i a f ， 4 号 炉 左 墙 6 0 4 m w 、 ?( +4 号 炉 左 墙 4 3 8 m w a 一 厂 。 。 ， 一一_ 】 j l一 一 一 一 一一一 -一一一1 0 4 o 8 0 1 2 0 1 6 0 2 00 2 4 0 2 8 0 3 2 0 3 6 0 4 0 0 水 冷壁管序号 图6 左侧墙水冷壁壁温分布曲线 维普资讯 4 东北 电力技 术 2 0 0 8 年第4 期 p 赠 粼 地 盏 i i 佥 * 图 7 右侧墙 水冷壁壁温分 布曲线 三面墙波峰高 ( 2台锅炉的共性 ) 。因此在确定炉 内管真实壁温后，如通过燃烧调整等手段无法将该 区域的温度水平降低， 应与锅炉厂家联系，通过适 当调整该 区域节流缩孔的孔径来降低壁温。 e 4号炉后墙、左侧墙和右侧墙 的第一个波 峰高于 3号锅炉 的相应值 ，且温度也处 于较高水 平。主要是由过热度差异和磨煤机组合方式引起 的。建议通过系统的调整试验，确定锅炉的最佳运 行方式 。 图 8 炉内热负荷分布特性不意图 未发现问题 ，则应利用停炉机会对温度过高的管子 进行检查，确保其不堵塞。 b 3号锅炉前墙 8 4 1 7 2号管之间的壁温测 点已损坏，无法对壁温进行监测 ，而该 区域又是壁 温水平最高的部分 ，缺乏监控手段对于水冷壁的安 全运行不利 ，应尽快将这些壁温测点恢复可用状态。 c 由于壁温测点位于炉外管外壁上 ，其测量 的壁温水平必将低于炉内向火侧的最高壁温值。当 前部分壁温测点的温度已经超过5 0 0 o c，而测点温 度与其对应的炉内管向火侧最高温度之间的差值无 法确