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300MW锅炉高温再热器超温问题的试验及分析
发布时间：2013-09-13 08:02 来源：未知
随着锅炉向大容量高参数方向发展，高温对流受热面的爆管事故已成为影响锅炉安全运行中的第一大项。锅炉事故频繁发生，其中高温再热器因超温、烟温偏差以及飞灰冲刷磨损，经常发生局部爆管，其事故频率已占到锅炉“四管”爆破事故频率相当大的比例，成为影响锅炉安全运行的重要因素，并且随着机组服役时间的加长及大容量、高参数机组投运，还有逐年增加的趋势。造成再热器超温爆管的原因有很多，对于四角切圆燃烧方式的锅炉而言，普遍是由于炉膛出口处的气流残余旋转，使水平烟道左右出现较大的热偏差造成的。湛江发电厂I期工程300 MW机组锅炉的高温再热器局部管段超温，部分管壁的温度经常在550℃以上，左右两侧的再热汽温偏差约30℃，对高温再热器的安全运行构成威胁，本文针对这一问题进行试验与分析，找出局部管段超温的原因。
1、锅炉设备概况
湛江发电厂I期工程300 MW锅炉系东方锅炉厂设计制造的型亚临界参数、中间再热、自然循环、单炉膛燃煤汽包锅炉。锅炉炉膛为膜式水冷壁，炉膛上部布置有壁式辐射再热器、全大屏过热器和壁式（后屏）过热器。水平烟道依次布置有中温再热器、高温再热器和高温过热器。尾部烟道布置有低温过热器和省煤器，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗�；⒛拘伎帕；怪频纳镏士帕Ｈ剂�。
再热器分3级布置，中温再热器、高温再热器顺流布置于水平烟道，中温再热器和高温再热器分别有58排管屏，中温再热器管和高温再热器管为串联。再热汽温的调节以摆动燃烧器喷口为主，辅以喷水减温。再热系统流程为：汽轮机高压缸排汽一事故喷水一壁式再热器一喷水减温器一中温再热器一高温再热器一左右引出管一再热汽管。
该炉使用中储式热风送粉系统。燃烧器为直流摆动式，气流在炉内沿逆时针方向旋转。燃烧器分上、下2组布置，每个角共有5层一次风喷口；2层三次风喷口，布置在燃烧区上部；2层油喷口和12层二次风喷口。
2、高温再热器入口、出口流场冷态试验
2.1试验内容及方法
为了解流经高温再热器的烟气速度分布对高温再热器的超温和汽温偏差的影响，对高温再热器入口处和出口处的冷态速度场分布进行了测量。测点选取为：在高温再热器的入口和出口按高度分成上、中、下分3个区域，在每个区域延水平方向按等距离选取测点，用标准皮托管进行测量，用AXD530电子测速仪进行读数。
试验共分为3工况进行，在正�？鬉、B送风机和A、B引风机的情况下，工况1为关闭所有排粉机；工况2为开启B、C、D排粉机；工况3为开启A、D排粉机。试验中所测量得到的数据按以下方式处理：
2.2试验结果及分析
在进行流场测试之前，先对高温再热器管屏及其问距进行了检查和测量，没有发现管屏有明显的变形，管屏间距基本均匀，没有烟气走廊。
试验结果经过式(1)和式(2)处理后绘入图2～4中。由图2可以看出（工况1），在未开排粉机的时候，进入高温再热器的气流速度存在明显波动，但左右平均速度偏差不明显。而高温再热器出口的速度比较均匀，这表明在没有开启排粉机时高温再热器入口的速度偏差较小。
在工况2时（见图3），高温再热器入口速度分布波动不明显，但存在从左至右的一个上升趋势，这说明排粉机的开启对炉膛出口的气流速度分布产生影响。
在工况3时(见图4)，高温再热器入口速度分布出现了较明显的偏差，右侧的速度明显地较左侧的高，同时速度的分布波动较大。这一结果表明开启A、D排粉机对炉膛出口速度偏差影响较大，其原因是由于A、D排粉机的喷口为上层三次风，(B、C排粉机的喷口为下层三次风)，距炉膛出口较近，故其气流的残余旋转较大，引起高温再热器入口速度偏差也较大。
由高温再热器入口、出口的冷态速度场试验结果可知，开启排粉机对高温再热器的速度场分布有一定的影响。当开启B、C、D排粉机时（锅炉运行时通�？�3台排粉机），高温再热器入口的速度分布出现了左低右高的现象。当开启A、D排粉机时，炉膛出口左右两侧速度偏差明显增加，速度波动也较大。经计算，各区域局部最大速度是该截面平均速度的2倍左右。烟气的对流放热系数（w为烟气速度），由此可知，局部对流放热系数ad大约是平均对流放热系数的1.57倍。因此局部较大的速度偏差将引起对流受热面的烟温偏差和吸热偏差，在高温再热器入口管屏右下侧将存在一个烟速和烟温都较高的区域，在此区域受热面容易产生超温爆管。这与1号炉实际运行中开启A、D排粉机时超温严重的现象是一致的。
3、高温再热器入口温度场试验
3.1试验内容及方法
为了了解烟气温度偏差对再热器超温的影响，对高温再热器入口处的烟气温度进行了测试。温度场测量的位置选在高温再热器入口处的吹灰器孔。吹灰器孔分上、下层和左右两侧，共4个孔。测量使用特制的水冷探针进行测量，水冷探针上装有经标定的铠装热电偶。测量点采用等截面网格布置，图5给出了测点布置的示意图。试验中开启A、D排粉风机。
3.2试验结果及分析
整个试验过程中锅炉的主蒸汽流量在920～950 t/h范围，电负荷为270～280 MW。主蒸汽温度为537℃，主蒸汽压力为16.5 MPa，再热蒸汽温度为535℃，再热蒸汽压力为3.27 MPa。
高温再热器入口处烟气温度分布曲线如图6所示。由图6可以看出，高温再热器入口处的烟气温度分布右侧明显地比左侧高。对于上层测点，测点之间的最大温差约96℃，左右侧烟气的平均温度差约28℃，最高温度比平均烟温约高29℃。对于下层温度测点，测点之间的最大温差约207℃，左右侧烟气的平均温度差为122℃，最高温度比平均烟温高出约79℃。由此可以认为，该炉的烟温偏差对高温再热器左右侧吸热量的均匀性产生明显的影响。
该炉高温再热器装有6个壁温测点，根据试验时对这6个点的监测结果，第3～6点的温度都偏高(设计值为550℃)，且与上层测点的温度分布相似，这是由于管壁的温度测点装在高温再热器管的根部，所测温度结果受上部烟气温度的影响较大，然而，管壁的温度并没有完全反映出高温再热器下部烟温偏差的大小。
该炉高温再热器入口的设计烟温值为889℃，而试验结果平均的烟温为789℃，最高烟温为864℃。应说高温再热器管壁不应该出现超温现象。但因为中温再热器管和高温再热器管为串联，其问没有联箱，也没有进行左右交叉。因此，烟温偏差造成部分再热器管吸热增大，并由中温再热器累积至高温再热器，使得高温再热器管出现较严重的超温。由此可见，该炉的高温再热器管壁超温不仅与烟气温度分布偏差有关，还与再热器的管道布置有关。
4、结论
(1)排粉机对高温再热器的速度场分布有一定的影响，特别是开启A、D排粉机时，炉膛出口左右两侧速度偏差增加，造成高温再热器的入口有一定速度偏差。气流流经高温再热器后，其速度场的分布基本达到均匀。
(2)高温再热器入口处的烟气温度分布右侧明显的比左侧高，右下侧最高，这是由于烟气在炉膛出口存在残余旋转而导致的。
(3)高温再热器管壁的超温应该是由烟温偏差以及中温再热器管和高温再热器管串联结构共同造成的。
