APP下载

亚临界锅炉屏式过热器的安全性分析

2015-03-12张立峰王义厢

中国新技术新产品 2015年18期
关键词:外壁过热器磨煤机

张立峰 王义厢

(1.宿州市特种设备监督检验中心,安徽 宿州 234000;2.安徽省特种设备检测院,安徽 合肥 230051)

1 前言

过热器是锅炉受热管道爆管泄露的主要部件,尤其是高温过热器,其内外介质的温度比较高,工作条件恶劣,包含复杂的多相流和传热传质问题,管壁的高温腐蚀、结垢和超温运行均会导致过热器爆管泄露。对于大型机组,由于受热面管内蒸汽的温度和压力都比较高,过热器泄露占锅炉泄露的一半以上。因此针对每台锅炉的特性,找出爆管泄露的主要原因,提出有效的整改措施,调整合理准确的运行参数范围,对机组的安全、经济运行具有重要作用。

2 锅炉基本情况及事故描述

锅炉为亚临界、一次再热、自然循环,设计蒸发量为1160t/h,过热蒸汽出口温度541℃、出口压力17.29MPa,再热蒸汽入口温度316℃、压力3.37MPa,再热蒸汽出口温度541℃、压力3.20MPa,给水温度285℃,采用蒸汽吹灰。锅炉燃烧器前墙布置,计4层,自上而下编号为A、B、C和D,每层燃烧器布置4只旋流煤粉燃烧器,4台NPF型中速磨煤机分别与4层燃烧器对应,编号与4层燃烧器相同。

屏式过热器位于炉膛上方并靠近前墙,沿炉宽方向布置5屏,每片屏式过热器由64根管组成,管子规格Ф50.8×9.04,材质为SA213T22,最外侧的第64根管子规格为Ф50.8×5.82,材质为SA213TP304H,原设计说明书给出的屏式过热器受热管的极限温度为541℃。机组运行1年左右,炉左数第3片屏式过热器从炉前数第32根管子发生爆管事故。在停炉检修期间进行了割管金相分析,确定爆管附近有超温迹象,为了判断其爆管原因并提出相应的改进措施,对屏式过热器进行了测试和分析。

3 现场试验方法

通常引起过热器爆管的原因有两方面:

其一是机组运行方式不当,导致受热面管壁超温;

其二是过热器材质选取不当。分析爆管原因需要现场测量过热器的管壁温度。现场测试在屏式过热器上安装了若干个温度测点,这些测点分别位于锅炉炉膛内部和锅炉炉顶至大罩壳之间。

温度测点分新增设测点和原设计测点两部分:

(1)新增测点:爆管发生在第3片屏式过热器,第3片屏式过热器位于炉膛中部,工作条件最差,新增测点均在第3片屏式过热器,炉外测点位于炉顶以上约0.6m处;炉内测点位于标高49.2米处,选择19处过热器管,标号分别为炉前数第1、10、14、17、20、24、28、32、35、36、40、44、49、51、54、55、59、63和64根管,装设19个炉内测点。

(2)原设计测点:每片屏式过热器的第1和第64根管上装设了炉外测点,5片屏式过热器共计10点,位置接近炉顶。

测点采用校验合格的Ⅱ级精度的K型铠装热电偶,新增设测点的热电偶信号接入IMP分散式数据采集系统,采集系统每隔5s采集一次数据,每10min记录一个周期内的平均值,原设计测点的热电偶信号接入电厂DCS。在试验过程中的运行参数均按运行规程进行操作,并由电厂DCS记录,所涉及的运行表计在试验前均已校验合格。

试验选择了三种方法:

(1)在不同负荷350MW、330MW、300MW、260MW和180MW,投运A、B和C磨煤机;

(2)额定负荷情况下改变磨机组合方式;

(3)额定负荷情况下投、停高压加热器。

4 结果分析

4.1 机组变负荷试验

在不同负荷350MW、330MW、 300MW、260MW和180MW,投运A、B和C磨煤机,当机组负荷改变时,选取某一时间段的温度值(如图1、图2所示),图中包含了新增设的测点和原设计测点,图1中测点编号-3和68分别为原设计的第1根和第64根受热管的炉外测点,其它测点为新增设的炉外测点。图2为新增设的炉内测点温度值(图2的表示法相同,不再说明)。

从图1可见,就第1根和第64根受热管而言,原设计的炉外测点温度均比新增设的炉外测点温度高,而且各工况同根管子的炉外温度相差不大,第1根的原设计测点高3.4℃~6.5℃,原因是原设计测点更接近炉顶,这也说明了新增设的炉外测点和原设计测点具有可信性,另外两种试验条件的试验数据也可以证实以上现象,将不再赘述。

通过图1和图2可以看出:机组在额定负荷时,屏式过热器的炉内和炉外壁温最高,但是随着机组负荷的降低,屏式过热器壁温并随之降低,而是有一些波动,在试验过程中,计划进一步降低机组负荷(至110MW),但由于电网用电紧张,最低机组负荷的试验仅做到185MW,但此时屏式过热器壁温已有上升的趋势,因此,在低负荷时要密切注意屏式过热器的壁温变化,防止屏式过热器超温运行。

4.2 变磨煤机组合方式试验

图3为机组负荷为350MW,磨煤机组合分别为A、B、C和D磨,A、B和C磨时炉内和炉外壁温。图4为机组负荷为250MW,以上两种磨煤机组合时炉外和炉内壁温。

从图3和图4可见,当改变磨煤机的组合方式时,屏式过热器炉内壁温和炉外壁温的变化幅度较小,原因是屏式过热器位于炉膛上方,燃烧器前墙布置,而且沿高度方向比较集中,上两层燃烧器的距离仅5.410m,当改变磨煤机的组合方式时,对炉膛火焰中心的位置和炉膛出口温度等的影响不大,因此,屏式过热器壁温波支较小。

4.3 投、停高压加热器试验

图5和图6为机组负荷为350MW,投运A、B和C磨,投、停高压加热器试验的炉内和炉外壁温变化:

从图5和图6可见,投、停高压加热器对屏式过热器炉内和炉外壁温的影响较小,机组热力系统的调节性能较好。

5 屏式过热器受热管温度极限值的确定

根据美国ASME锅炉与压力容器规范计算受热管的温度极限,屏式过热器原设计进口蒸汽压力为19.65MPa,则规格Ф50.8×9.04,材质为SA213T22的管子内外壁平均温度的最高上限为550℃,规格为Ф50.8×5.82,材质为SA213TP304H的管子内外壁平均温度的最高上限为573℃。在上述实验数据中,新增设测点的炉外壁温最高值为479.2℃,新增设测点的炉内壁温最高值为522.4℃,新增设测点的炉外壁温和炉内壁温的差值介于22.7℃~61.4℃之间,为了留有一定的裕度,取70℃,按运行经验,一般认为炉外温度为管内蒸汽温度,则规格Ф50.8×9.04,材质为SA213T22的管子可按如下方法计算:

其中:

t1—管子内壁温度,℃;

t2—管子外壁温度,℃;

其中:

t3—管内蒸汽温度,℃;

按73年苏联计算标准有:

因此,t3=495.7,即炉外温度的极限值为495.7℃,取495℃;同样计算方法,规格为Ф50.8×5.82,材质为SA213TP304H的管子极限值为518℃。

以上值为实验装设测点的温度极限值,锅炉日常运行监测原设计测点的炉外壁温值,实验发现原设计测点的炉外壁温的最高值为483.3℃,实验增设测点的炉外壁温和原设计的炉外壁温的差值介于3.4℃~7.7℃之间,取10℃的裕度,则规格Ф50.8×9.04,材质为SA213T22的管子温度极限值为505℃;规格为Ф50.8×5.82,材质为SA213TP304H的管子温度极限值为528℃。原设计说明书给出的屏式过热器受热管的极限温度为541℃可能三合存在偏差。

由此可见,实验期间屏式过热器未发生超温现象,特别是第3片屏式过热器从前墙数第32根管子的最高炉外温度为468.2℃,低于其极限值505℃,该管发生爆管事故系特殊因素,如节流孔板处有脏物堵塞,管内蒸汽流量减少,致使管壁超温而发生爆管泄露事故,在以往其它锅炉曾发生过因堵塞末级过热器而发生爆管泄露的记录。

在以上所有试验过程中,无论是炉内壁温,还是炉外壁温,屏式过热器相邻两管的温度均小于20℃,说明屏式过热器的热偏差达到要求。

结论

(1)当机组满负荷运行时,改变磨煤机的组合,对屏式过热器壁温的影响较小,原因是燃烧器前墙布置,而且沿高度方向集中布置,对火焰中心的位置影响不大;

(2)投、停高压加热器对屏式过热器壁温的影响较小;

(3)在本文所述的实验范围,当机组满负荷运行时,屏式过热器比较安全,第3片屏式过热器从前墙数第32跟管子发生爆管事故系特殊因素,如节流孔板处有脏物堵塞等原因,试验期间未发生超温现象。

(4)当机组负荷降低时,屏式过热器壁温有升高的趋势,在低负荷运行时,要密切注意壁温的变化,防止超温运行。

(5)若以原设计的炉外壁温测点为依据,屏式过热器第1根受热管的报警温度为505℃,屏式过热器第64根受热管的报警温度为528℃,原设计说明书给出的屏式过热器受热管的极限温度为541℃可能存在偏差。

[1]林宗虎,陈立勋.锅内过程[M].西安:西安交通大学出版社,1988.

[2]王立新,郭浩.锅炉过热器超温失效原因分析及对策[J].东北电力,2006,27(10):32-35.

[3]《火力发电厂金属材料手册》编委会.火力发电厂金属材料手册[M].北京:中国电力出版社,2001.

猜你喜欢

外壁过热器磨煤机
某500MW塔式锅炉包墙过热器频繁泄漏分析与诊断
对磨煤机进行8421编码的甩负荷控制优化
一起锅炉低温过热器吹损泄漏事件的深入分析
622MW亚临界锅炉屏式过热器爆管失效分析
壁挂式钢板立表面除锈机 在利旧钢制储罐外壁除锈的应用
烧水时烧水壶外壁为何会“出汗”
MTZ3573型钢球磨煤机应用高铬球的经济性分析
屏式过热器弯头爆裂原因分析
非能动核电站安全壳外壁下降水膜的稳定性分析
内压作用下的磨损套管外壁应力变化规律研究