CFB热水锅炉水动力性能改造

裾决方案 工艺 ， 工装 ， 援具 ， 诌嘶 ， 趋舅 ， 维僚 ， 改造 目墨峦i 匹墨 C F B 热 水 锅炉 水动 力 性 能 改 造 刘凤玲 赵新 字 ( 1 黑龙江省龙聚科技发展有 限责任 公司， 哈尔滨 1 5 0 0 0 0 ； 2 哈尔滨 国安特种设 备技术服务有限公司， 哈尔滨 I 5 0 0 0 0) 摘要 ： 我国j 匕 方地区冬季采暖集中供热发展迅速 ， 一种是热电厂以热电联产实现城镇集中供热， 另一种是通过热水锅炉 来完成的。 热电厂热电联产供热的调峰热源大部分也采用热水锅炉。 文中以某锅炉厂生产的 Q X F 6 4 1 2 5 1 3 0 7 0 一 H为 在集中供热中存在的水动力性能故障问题。 对流管束； 过冷沸腾 ； 水速 文献标志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 2 2 3 3 3 ( 2 0 1 4 ) 0 5 0 2 8 5 0 3 0引 言 由于近年城镇集中供热发展迅速 ，目前热水锅炉装 机容量正朝着大型化方向发展。热水锅炉在我 国问世较 晚 ， 2 0世纪 8 0 年代初 我国 自行设计 的热 水锅 炉才通过 技术鉴定 ， 因此 比蒸汽锅炉设计历史短 ， 特别在水动力设 计方面与蒸汽锅炉存在颇大差异 ，蒸汽锅炉介质汽水容 重相差大，循环倍率非常高 ；而低温热水锅炉温差 只有 2 5 ， 高温热水锅炉温差只有 6 0 8 0 C ， 锅炉为满水运行 ， 水为不可压缩流体 ，水在锅炉内部流动性能成为设计热 水锅炉的关键 。 无论是 自然循环还是强制循环锅炉 ， 管 内 水速不可能设计得很高。自然循环是靠水 的重度差来完 成循环 ， 强制循环是以锅炉外部机械动力来实现 ， 由于结 构设计和系统循环水量 的限制， 热水锅炉循环倍率很低 ， 上升管水速不可能很高，锅炉管 内过冷沸腾现象普遍存 在 ， 运行故障率较高 ， 直接危及到安全稳定运行。因此热 水锅 炉 的水 动 力性 能改 善 、提 高 尤 为重要 。下 而以 Q X F 6 4 1 2 5 1 3 0 7 0 一 H循环流化床热水锅炉为例 ，阐述 热水锅炉水动力性能改造的必要性 。 l Q XF 6 4 1 2 5 1 3 0 7 0 一 H锅炉结构及存在问题分析 I 1 锅 炉 结构 某锅 炉厂生 产的 QXF 6 4 一 1 2 5 一l 3 0 7 0 一 H型循环 流 化床热水锅炉如图 1 所示。 卜 锅筒内径 为西l 5 0 0 m m， 壁 压 ， 然后将 控制 开关置于 “ 自动 ” ， 此时事故泵不会启 动 ， 当轴承油总管油压低于压力开关整定值时它才启动 。 系统油压可通过油站出 口的调压阀及运行平 台上的 低压溢油阀进行调整。 3 顶轴油系统的设计 顶轴油系统由 2 套独立的顶轴模块组成 ， 1 套供发电 机转子及汽机高压转子 ， 另 1 套单独供低压转子。 在机组 盘车 、 启动和停机时同时投入 2 套模块 ， 提供高压顶轴油 将转子顶起 。当低 压模块脱开时单独 投入低压 顶轴模块 ，保证在低压缸解 列时 ， 托起低压转子 。 每套顶轴模块均包含 2台顶轴油 泵( 一运一备 ) 、 1 套滤油器( 2 台顶轴油 泵公用 ) 以及相应 的压 力开关 、 力变 送器压力表等 。如图 l 所示 ， 顶轴油来 自油站 出口的润滑油母管 ，经 顶轴油 泵、 过滤器后供顶轴油母管 ， 通过母管 稳压后供应各个轴承顶起用 4 结语 针对该机组的结构特点 经过 对 润滑油系统的重新设计 ，使之满 足新 机型 的需要 ，保证机组各种 I 况下 的 安全 、 稳定 、 可靠运行 。机组采用双电 泵系统 后， 适应了联合循环机组频繁肩停的特点 ， 取消前 轴 承箱 、 油箱 、 套装油管路内部相关 设备及管路 ， 简化 r 系统结构。新系统采用集装油站后 ， 节省了冷油器 、 滑油 过滤器 、 顶轴供油装置等设备的布置空间， 减小了现场安 装工作量 。 ( 编辑 昊天) 作者简介 ： 巨春影( 1 9 7 9 一) ， 女， 工程师， 从事汽轮机设计工作 收稿 日期 ： 2 o 1 4 0 3 1 3 机械工程师 2 0 1 4 年 第5 期 2 85 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 解决方案 日墨甄盆三 田 工艺， 工臻， 崾目， 诠嘶 ， 橱潮， 维雠， 改造 厚 2 5 mm，下 锅筒 内径 为 l 0 0 0mm， 壁厚为 I 6mm。 上下锅筒之间横 向布置对 流管 4 l 排 纵 向布置 l 7 列 ， 共计 6 9 7 根 对流管 ， 受 热面 5 3 4m 。上锅筒支撑 在 2个放置于钢架上 的锅 筒支座上 ，下锅筒则悬 吊 于对流管束之下 ，对流管 可 以向下 自由膨 胀。水冷 系统的炉膛下部装有横埋 管受热面 埋管 为 6 5 1 x 6 的无 缝 钢 管 加 焊 防 磨 扁 钢 ， 埋管上 、 下集箱规格均为 6 2 7 3 x 8； 1 - 部布置有前 、 后 水冷壁和 3 片膜式水冷壁 ， 膜式水冷壁管子节距 1 0 0 m m， 管子规格为 5 l 4， 膜式水冷壁集箱上留有管接头与膜 式壁管对接 ； 前 、 后水冷壁管子节距 8 0 m m， 管子规格 为 65 7 x 3 5 ， 前 、 后水冷壁 j 二 集箱为 6 2 7 3 x 8 。 后水冷壁上集箱 南 8根 61 5 9 x 6的钢管与省煤器上 集箱相连， 通过 5 9根 6 5 7 x 3 5 的后水冷壁管与埋管下集 箱相连 ， 埋管上集箱由 7 3根 6 5 7 x 3 5 的前水冷壁管与前 水冷壁集箱连通 ， 再由前水冷壁上集箱的 9 根 1 5 9 x 6的 导水管与上锅筒相连 ，其中 6 根进入 = 锅筒左端 ， 3 根进 入锅筒有端 ， 然后 由 锅筒左端引出 4 根 、 右端引出 2 根 61 5 9 x 6的下 降管 ， 分别进入左 、 中 、 右膜式 水冷壁下集 箱 左 、 右膜式水冷壁上集箱各 由 3 根 ( b 1 5 9 x 6 ， 中间膜式 水冷壁上集箱 由4根 61 5 9 x 6的导水管引人 E 锅筒前部 ， 在上锅筒 内进入对流管束区段循环流经左一 、 二 、 j 三 排共 4 1 x 3 = l 2 3 根对流管下降进入下锅筒 ，在下锅筒转弯后 ， 由 2 2 5根对流管上升进入上锅筒 ，在 上锅筒转弯后 ， 由 1 2 6根对流管下降进入下锅简 ，再 由 2 2 6根对流管上升 进入上锅筒 ， 最后热水由上锅筒引出。 水在上下锅筒内折 返是通过锅筒内设置的隔板来实现 的。水冷系统的对流 管柬部分采用顺列 布置 ， 横 向节距为 1 3 0 m m， 纵 向节距 为 1 8 0 m m， 水管用 5 l x 3 ( G B 3 0 8 7 2 0 0 8 ) 钢管制成。对 流管与 下锅筒采用焊接 。 省煤器为蛇形管钢管分两级 水平布置 ， 烟气 冲刷省煤器后进入空气预热器 ， 最后经除 尘器由引风机送人烟囱。 ， 2 水循环性能存在问题分析 1 2 1 水动力设计合理部分 该炉进 出 I- I 水温为 1 3 0 c lC 7 0 q C ， 温差 6 0 ， 理论循环 水量 9 1 7 3 ，由于高温烟气首先流经 由上下锅筒连接 的对流管束区段，娴温降至 3 0 0 3 5 0 C 才进入省煤器 ， 因 此水平设置的蛇形管省煤器运行安全 ，这是该炉设计的 优点 ； 它不 同于分离器外循环“ ” 型结构热水锅炉 ， 炉膛 高温烟气 9 0 0 l 0 0 0 C 直接进入水平蛇形管省煤器 ， 这种 结构蛇形管 内水速要求在 2 m s 以 七， 否则管子极易造成 汽水分层 、 汽化 ， 形成汽塞爆管。 1 2 2 水动力设计不合理部分 2 86 机械工程师 2 0 1 4 年第5 期 该炉水循环设计为强制循环 ， 经水动力性能校核 ， 埋 管 、 水冷壁 、 省煤器基本 为简单回路循环 ， 水动力性能满 足要求 ，而对流管束 区段存在设计问题。为实现强制循 环 ，上下锅筒 内布置有隔板 ，人为地控制循环水流动方 向。 主要问题在于上锅筒向下强制流动的 l 2 3根管子 ， 分 析如下 ： 下行 1 2 3根管子总截面积 丌( 0 0 5 1 0 0 0 6 ) 2 4 x l 2 3 = 0 1 9 5 5 7 m 。 。管 内水速 v = G ( 3 6 0 0 P F ) = 9 1 7 3 ( 3 6 0 0 x 0 9 3 5 x 0 1 9 6 ) = 1 3 8 m s 。其中P为饱和水密度， l 3 0 时密 度为 0 9 3 5 t m 。 。 水速 1 3 8 m s 在热水锅炉管内已经够高，但存在四 点问题 ： 1 ) 前 3 排处在高温烟气区段 ， 烟气温度在 9 0 0 l 0 0 0 左右， 管子接受高温冲刷 ， 管内水受热具有很强上升趋势 ， 对抗机械动力下降的水产生阻力 ， 阻止管内水向下流动。 2 ) 3 排对流管长度 、 坡度 、 管壁受热温度各不相 同， 该 循环回路为复杂循环回路 ，管内水速不可能为 卜 述计算 的平均值 1 3 8 m s 。 其中受热强度由左一 、 二 、 三顺序逐排 降低 ，也就是说管内介质向上的阻力随烟温逐渐降低而 减小 ， 造成了管内水速的不平均性。 3 ) 左一排管子展开长度最长 ； 一 下锅 筒进L叶 J 管段 与 水平 夹角最小 ( 左 一排为 2 2 。 、 左二排 为 3 0 。 、 左 = 三 排 为 3 8 。 ) ， 根据受热面管子水循环原理 ， 与水平夹角越小水阻 力越大。上述 3 排管群相 比较 ， 左一排由于长度最长 、 夹 角最小 、 烟温最高 ， 因此阻力最大 。9 1 7 3 水量分配 卜 出现了严重不均现象。 若左二排管内水速按 1 5 m s 计算 ， 流经左 二排管水 量 G 2 = 3 6 0 0 p = 3 6 0 0 x 1 5 x 0 9 3 5 x 0 1 9 6 3 = 3 2 9 9 t i l 。 左三排管内水速按 2 5 m s 计算 ， 流经左三排管水量 G3 = 3 6 0 0 “ p F 3 =3 6 0 0 x 2 5 x 0 9 3 5 x 0 1 9 6 3 = 5 4 9 8 t h 。 流经左 一排 管水量 G 1 = G 一 ( G + G ) = 9 1 7 - 3 一 ( 3 2 9 9 + 5 4 9 8 ) = 3 7 6 t h 。 流经左一排管水速 v = G。 ( 3 6 0 0 P F ) = 3 7 6 ( 3 6 0 0 x 0 9 3 5 x 0 1 9 6 3 ) = 0 1 7 m s 。 上述假设工况下的定量分析计算是为定性分析提供 的理论依据， 是水动力趋势分析 ， 在这种复杂循环 中难 以 完成严格的定量分析计算 。 左一排管下降水速为 0 1 7 m s 时不可能克服受热面 管 内上升趋势形成的动力 ，此时由自然循环产生向 l- 水 速与机械动力产生 的动力相互抵消 ，管内介质处于滞流 状态 ， 管壁温度得不到冷却 ， 壁温急剧上升 ， 造成管壁超 温 、 烧灼 、 脱碳 、 爆管 。由于管内水速存在的不均匀性 ， 左 一 排管的水动力性能急剧恶化。很快管 内壁受高温烟气 冲刷出现汽泡 ， 且愈聚愈多 ， 产生管内过 冷沸腾现象 ， 水 循环恶 化 ， 根据 热水锅炉水动力计算方法 和李之光等 编著的 自然循环热水锅炉水动力安全可靠性 综述 论 述 ， 左一排管群水速已远远低于 热水锅炉水动力计算方 法中规定的过冷沸腾及安全性校验上升管最低设计水 速 0 2 7 m s 的标准， 造成爆管事故是必然的。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 ) 该炉经实际运行 ， 锅炉进出 口压力差 ， 即内部水阻 力为 0 2 9 M P a ， 致使左一 、 二排管子爆管故障频发 ， 特 别 是左一排管子爆管现象更频繁，严重影晌锅炉运行的安 全性 、 稳定性。 2 水动力改造方案 热水锅炉水动力性能的好坏直接涉及到锅炉运行的 安全性 、 经济性 。 在多年 的工作 中发现热水锅炉的水动力 事故( 爆管 、 结垢等 ) 远远高于蒸汽锅炉。 上述分析和运行 实践也充分说明 了热水锅炉水动力性能 的重要性。 2 ， 水动力改造计算 表 1 QX F 6 4 1 2 5 1 1 3 0 7 0锅炉水动力 根 据上 述 分 改造 对流 喷射 系统计算 锅炉 出水温度 f c c 锅炉 回水 温度 “ ， 锅炉设计 温差 A t C 热功率 。 MW 理论循环 水量 G ， ( m h ) 设计喷射对流 ( 左一 、 二 ) 排数 ， ， 每排对流管数量 对流管设计水速 tO ( m ) 对流管设计水量 G 。 ( in h ) 喷射水量 G 。 ， ( m h ) 单管需要喷射水量 G ( m h 。 。 ) 喷射管 内截面积 |s ， ， m 喷射管收 口内径 m 喷射管 内径 m 喷射管规格 喷射管 口流速 ( m ) 喷射管内水速 tO ( m ) 母管 设计速度 ， ( m s 。 。 ) 母管 内径 D m 母管 内截 面积 s ， m 母管规格 析 ， 实施水动力改 造 为对流 管 束 区 段 ，将 系统 回水 1 2 9 1 m3 h ，引入 下锅筒 ， 分别对左 一 、二 2 排管子单 独配水 ， 人为地将 其 改 造 为上 升管 ( 原 设 计 向 下 流 动 ) ，使 外界机械 动 力 与管 子 受热 介 质 上升 趋势 方 向相同 ， 2种 动力 叠加 ， 确保管子运 行安全。 局部 水 动 力 计算如表 1 所示 。 如表 2所示 ， 上 升管 平 均水 速 ( 0 5 5 m s ) 大于所 表 2 过冷沸腾及安全性校验 名称 数值 平 均工况所需最 低水速 ， ( m s )0 2 7 对流管左一 、 二排 七升管平均流速 ( n 1 S )0 5 5 需 最 低 水 速 ( 0 2 7 m s ) ， 故 安全。 上 述 计 算是人为地将复杂循环设计为简单循环 ，通过射流喷射 原理将 系统水靠机械动力通过收口小管 口，喷入 4 , 5 1 3 对流管内 ，计算出每根管子喷射水量 G 。 为 1 5 7 m 3 h ， 使 该水量 以高速喷射 ， 形成喷射 口局部负压 ， 人为设计携带 锅内等量 G ， 实际上进入接收管内的水量为 2 倍 的系统 循环水量 ： 2 1 5 7 = 3 1 4 m 3 h 。 热水 锅炉在对 流管束局部 区段喷射需 系统水量 为 1 2 9 1 m ， 实际参与左一 、 二排管子总循环水量为2 5 8 2 m 3 h ， 循环倍率提 高一倍 ， 其余水 量( 9 1 7 I 3 1 2 9 1 = 7 8 8 2 m 3 h ) 参与对流管束后 1 5 排 的自由调节水循环 ， 该系统水动力 性 能满足了热水锅炉安全运行的需要。 2 2 水动力改造方案 如图 2 所示 ， 按照 上述计算结果对 2台 Q X F 6 4 1 2 5 1 3 0 7 0 一 H型循环流化床热水锅炉实施 了改造 ： 解决方寨 工艺， 工装 ， 奠具， 诌断， 越黑 维信， 改造 蜀墨四百 旺口 1 ) 拆 除原上 下锅筒内导流隔 板 ； ： 2 ) 在下锅简 中 下 部引 入 西l 5 9 6主 配 水 管一根 ，按对流 管横向布置孔桥 间距 尺寸安装 2 排 2 x 4 1支 配 水 l ? 图 2 QX F 6 4 1 2 5 1 3 0 7 0改造示意图 喷管， 其中心线与接收管同心， 2 管口距离 2 7 3 0 m m 。其 作用一是文丘里喷射原理需要 ，二是为锅炉突然停 电对 流管束 区段可以实现局部 自然循环 ( 实际在系统安装有 柴油循环泵 、 补水泵作为停电保护用 ) 。 锅内材质为 Q 2 3 5 B ， 与锅筒相接 西l 5 9 x 6 钢管 ， 材质 为 2 0 钢( 符合国标 G B 3 0 8 7 2 0 0 8 ) 。 2 3水动 力 改造 运行 效 果 1 ) 锅炉运行安全稳定 ， 不再发生 因水循环故障造成 的爆管事故 。 2 ) 锅炉内部阻力 由 0 2 9 M P a 降为 0 0 6 MP a ， 锅炉段 阻力下降了 0 2 3 M P a 。 3 ) 一次网系统采取回水定压 ， 定压值为 O 4 4 MP a ， 循 环 泵出口压力由 1 0 8 MP a 降为 0 8 5 MP a ， 系统总阻 力南 0 6 4 M P a 降为 0 4 1 MP a 。 改造前 ， 一次网循环泵 2 台同时运行， 型号为 K Q S N 4 0 0 - N l 3 ， 流量 l