超临界大型火电机组安全控制技术

超临界大型火电机组安全控制技术超临界大型火电机组安全控制技术 目前 国内装机容量已突破 4 亿千瓦 引进和建设低煤耗 大容量的超临界大型火电机组可以提高我国发电厂的经济性 同时也能满足节能 环保的要求 国内已投产 600 mw 800 mw 900 mw 级超临界燃煤机组多台 邹县电厂 2 1000 mw 超超临界燃煤机组立项在建 随着超临界燃煤机组占国内装机 容量的比重越来越大 其运行情况将对电网安全产生很大影响 所以根据超临界大型火电机组的特点 实施科学合理的安全控 制监测 将对确保电力安全生产发挥积极的作用 1 超临界机组安全生产的特点超临界机组安全生产的特点 超临界大型火电机组蒸汽参数高 压力 22 12 mpa 温度 540 和亚临界机组相比在运行过程中存 在的问题有所不 同 其主要问题有 过热器进出口的部分管子过度磨损和水 冷壁管 再热器管的泄漏 这些问题大多与燃料的含灰量和烟 气流速有关 汽机高压缸第一级叶片根部腐蚀 此种现象在 机组投运 6 8 年后渐渐严重 蒸汽品质是主要的原因 高 压阀门的泄漏问题 超临界大型火电机组的不可用率 包括强迫停炉 维修与 计划停运 的影响因素是多方面的 超临界压力锅炉的不可用 率约为汽轮机 发电机和电站辅机的 3 倍 水冷壁管泄漏是锅 炉方面的主要问题 大部分是由于过热所致 管壁结垢和水冷 壁中质量流量过低 管内紊流程度不够 使锅炉在高热负荷区 发生核态沸腾所引起 造成上述问题的原因大多是锅炉水冷壁 无法得到足够的冷却和缺少凝结水除盐设备或除盐设备不完善 水的品质对于超临界机组的可靠运行极为重要 与锅炉相比汽轮机受超临界压力的影响较小 超临界汽轮 机的主要问题是汽轮机叶片和阀门受固体粒子的侵蚀 严格控 制汽水品质并采用内置式分离器可解决上述问题 再者 腐蚀 可能促成叶片 低压缸叶片 裂缝 造成强迫停运 现已得知 含氧量高 ph 值低及 na cl 含量高 均会降低 12 cr 不锈钢 叶片的疲劳强度 如果凝汽器中的循环水漏入凝结水 可能会 增加氯化物和其他的污染 再加上如果凝结水深度除盐装置运 行不当 则杂质就会经锅炉而进入汽轮机 因此 汽水品质控 制和防止凝汽器泄漏是重要的防范措施 机组启停期间 旁路系统设计是否得当 对阀门的运行十 分重要 在机组启停过程中阀门全开时 大量的高温高压蒸汽 对阀门密封面进行冲刷 特别是机组事故停机时 大量的额定 参数的蒸汽对阀门密封面的冲刷更为严重 就可能引起问题 一般认为 经过约 20 次启动后 阀门需要检查 维护和修理 2 超临界机组安全控制重点超临界机组安全控制重点 1 主要设备材料选择 对于管道和联箱的壁厚部分 除了 提高蠕变强度外 消除或减小热疲劳影响是一个主要问题 出 于这个考虑 合金的应用发展集中在包含 9 12 cr 的铁素体 钢 优化钢中的强化元素 cr nb mo 和 v 含量以及用合金元 素 w 来部分的替换 nb 在 9 12 cr 铁素体钢中便产生了 3 种新型合金 hcm12a nf616 和 e911 p92 p122 和 e911 可将蒸汽参数提高到 620 34 mpa 若超过 620 抗氧化能 力则成为一个附加的限制因素 尤其对 9 cr 钢 含有 co 和更 多 w 的 12 cr 的新型合金 nf12 和 save12 所承受的工作温 度范围在 650 以内 当温度超过 650 可能需要奥氏体钢和 镍基合金 对于过热器 再热器管子 除了提高蠕变强度外 蒸汽 侧氧化和烟气侧抗腐蚀能力是主要的问题 此外 管壁金属实 际温度通常超过蒸汽温度约 28 所以铁素体钢之中的任何一 种在蒸汽温度为 565 的过热器 再热器管子末段中使用是不太 可能的 在这些比较高的温度下需要用奥氏体钢 根据煤的腐 蚀性 较高含量的 cr 钢或包覆层是必须的 在蒸汽温度为 620 和非腐蚀的运行条件下 超级 304h tempalloy aa1 esheat 1250 17cw mo 材料是可接受的 在腐蚀比较严重的情况下 则推荐 20 25 cr 的合金 例如 hr3c nf709 和 in72 覆层 一些备选合金如 incone 1617 nf709 和 cr30a 合金等 在具有 incone 1617 50 cr 覆层的情况下可使用在 650 的蒸汽环境 下 如果将分别包含 25 cr 12 hcm2 t23 和 hcm12 的两 种新钢种应用在上水冷壁部分 单纯从蠕变强度的观点来看 其在 595 650 的蒸汽温度范围中是适当的 但在锅炉中烟气 侧腐蚀问题存在时 这些合金将必须包覆或覆焊含超过 18 20 cr 的合金层 只有遵循以上原则合理科学地选择锅炉 各部件的金属材料 才能有效地避免金属疲劳损坏 确保机组 安全运行 2 加强受热面冷却 为了对处于较低工质流量下的每根管 子提供充分的冷却 采用优化多通道内螺纹管 该螺纹管是西 门子 kwu 公司和 bw 公司在一起研究的 该管能够用一般的挤 压方法加工制造 它的内螺纹高度高 螺距小 从而可使管内 工质的混合与紊流加强 冷却效果明显优于单通道和传统的多 通道内螺纹管的冷却效果 可确保锅炉安全可靠的运行 并且 加工方法更加简单 成本更加低廉 3 寿命管理技术 为提高超临界大型火电机组的可用率 采用高温关键设备和寿命评估为基础的设备寿命管理 lm 技 术 应针对性地对过热器 水冷壁 再热器等主要部件的运行 参数进行在线监测 利用这些参数对部件不同位置的实时状态 温度 应力及残余寿命 进行评估 及时正确地将状态和寿 命评估结果应用到设备管理的决策中 可明显提高设备运行的 安全性 可靠性 实现设备的优化运行和依据状态安排检验与 维修管理 全面实施设备状态检修 4 汽水品质控制 汽轮机叶片和高压阀门受固体粒子的侵 蚀以及旁路系统的阀门泄漏是影响机组不可用率的主要因素 关键原因是汽水品质不良 因此应加大对汽水品质的控制 设 置全面严格的汽水系统在线监测 确保汽水品质的优良 另外 用氯化处理和活性炭床处理 防止供水中的有机物质进入锅炉 因为在锅炉运行温度下 有机物会分解为酸性化合物 对除盐 装置中的树脂有害 严格控制水处理工况 依据 belews creek 电厂所确立的水化学标准 钠离子小于 3 ppb 溶解氧小于 5 ppb 硅小于 15 ppb 含铁量小于 20 ppb 导电度小于 02 微姆 ph 值为 92 95 联氨为 20 50 ppb 制定较亚临界压力机组 更严格的控制标准 3 结论结论 科学合理地选择锅炉水冷壁管的形式 根据设计参数合理 选择锅炉