高溫再熱器管壁超溫原因分析

高利智

（大同電力高級技工學校，山西 大同 037039）

1 設備概況

該公司總裝機容量1200 MW，其中3，4號鍋爐為北京巴威公司生產制造的B&WB-1025/18.3-M型鍋爐。鍋爐為露天布置，平衡通風，中間再熱，亞臨界參數自然循環鍋爐，設計使用煤種為山西陽泉無煙煤，采用鋼球磨中間儲倉式熱風送粉系統，W型火焰燃燒方式，前后墻各布置8個B&W公司標準的EI-XCL型旋流燃燒器。

鍋爐爐膛由膜式水冷壁構成，爐膛上部布置屏式過熱器，爐膛折焰角上方布置二級過熱器，在水平煙道二級過熱器后部布置水平再熱器，尾部豎井煙道由中隔墻分成前后兩個煙道，前部布置水平再熱器，后部為一級過熱器和省煤器，在分煙道底部設置了煙氣調節擋板裝置，用來分流煙氣量，以保持控制負荷范圍內的再熱蒸汽出口溫度。煙氣通過調節擋板后又匯集在一起，經兩個尾部煙道引入左右各一的回轉式空氣預熱器。

再熱器來汽和回汽布置形式為雙進雙出方式，再熱器流程為：從高壓缸排出的蒸汽經由兩根φ558.8×16.66的蒸汽管道引入再熱器進口集箱，先通過布置在尾部豎井前部的4個水平管組，然后經過渡管組進入垂直管組，最后匯集到再熱器出口集箱，由兩端引出。緊急噴水減溫器布置在鍋爐兩側的再熱蒸汽入口管道內。再熱器水平管組3管圈并繞，沿爐寬布置186片，過渡管組6管圈并經沿爐寬93片，與垂直管組相對應。出口垂直管組有 4 種 材 質 分 別 為 12Cr1MoV、SA-213T22、SA-213T91、SA-213TP304H。

2 現場設備狀況

該公司為有效實時監測鍋爐受熱面管壁溫度，將壁溫實時監測傳輸到公司MIS網，從而發現3、4號爐高溫再熱器出口管壁超溫頻繁，持續時間長，且幅度較大，沿爐膛寬度方向，兩側管排與中間管排壁溫差值在100～150℃之間，超溫管子主要集中于鍋爐中部。在3、4號爐停機時對受熱面進行現場詳細檢查：

（1）3 號鍋爐高溫再熱器出口管排第 38，39，41，42，43，44，45，46，47，48，49，50，51，52，53，54，55，56 排第 10 根氧化皮較明顯。在3號鍋爐大修期間，對氧化皮較重的管子（材質為SA-213T22）送國電熱工研究院進行實驗室分析，向火面強度參數為445～450 MPa，背火面強度參數為495～500 MPa，強度參數正常值為510 MPa，強度明顯下降；材料韌性也明顯下降。

（2）4號鍋爐高溫再熱器出口管排第20～68排第一根管均出現氧化皮和變色現象，對第50～51排第十根進行了割管取樣（材質均為SA-213T22），送山西省電科院進行檢驗，結果如下：機械性能結果：第50、51排第一根管向火面σS（屈服強度）均低于ASTMA213-85的下限，第50排第一根管向火面σb（抗拉強度）已接近下限，第51排第一根管向火面σb已低于下限，背火面σS已接近下限。

執行標準標準值σS標準值σb備注：ASTMA213-85≥205≥415SA-213T22

3 管壁超溫原因分析

引起高溫再熱器超溫的原因較復雜，它與鍋爐的燃燒調整、再熱器系統結構布置、管材的選用和運行操作等因素有關。

3.1 鍋爐燃燒調整對管壁溫度的影響

該公司為了揭示再熱器管壁超溫現象，獲得超溫原因，在2003年3號鍋爐大修時，委托國電熱工研究院做了再熱器壁溫試驗，通過安裝于爐內、爐外壁溫測點分析鍋爐在啟動過程中及不同運行工況下再熱器壁溫狀況。

（1）管壁超溫與燃燒器投運方式有關。試驗中，對不同的工況投運不同的燃燒器，再熱器管壁溫度的變化相差很大。啟動過程中，當投運燃燒器過分集中，燃料增加太快時，爐內中部再熱器管壁溫度上升明顯，可達680℃。機組負荷低于260 MW時，若投運燃燒器集中于中部，爐內中部再熱器管壁溫可達到600～660℃；若減少中部燃燒器投運數量，增加兩側的燃燒器數量，再熱器管壁溫度可下降約40℃，緩解再熱器超溫。但在機組負荷較高時，由于16只燃燒器全投，沒有有效的調節手段來調節再熱器壁溫，發生管壁超溫。

（2）對比測點位置，安裝測點的爐外再熱器壁溫比爐內壁溫低38～78℃。爐外壁溫尚屬正常時，爐內再熱器管外壁溫已經達到甚至超過T22材料壁溫上限。實際運行中，由于壁溫測點安裝在爐外，運行調整以爐外的壁溫測點為依據進行調整。

3.2 再熱器系統結構布置對壁溫的影響

W型燃燒火焰鍋爐沿爐膛寬度熱負荷分布不均勻，中間熱負荷高于兩側，再熱器結構布置上為雙進雙出的H型布置，設計上講是合理的，但與爐膛熱負荷分布相對應時，卻加劇了爐膛熱負荷分布的不均勻性：兩側管排蒸汽流速快，換熱快，中間管排蒸汽流速慢，換熱慢，與爐兩側煙溫低，中間煙溫高相互作用，使爐膛中部煙溫更高。再熱器管排設計上沿介質流動方向無中間聯箱使蒸汽混合或交叉，會使低溫段再熱器和高溫段再熱器各自的熱偏差形成疊加，加劇了管排間熱偏差。再熱器管排設計上沿爐膛寬度方向未考慮熱負荷偏差和流量偏差。

3.3 再熱器管材選用不合適

管材SA213-T22的推薦使用溫度≤590℃。北京巴威公司設計計算高溫再熱器最高壁溫為599℃，在運行中實測表明：爐外465～585℃，爐內（試驗裝測點）560～612℃。在鍋爐啟動時，再熱器無冷卻汽源，壁溫（爐外）往往高于600℃，甚至達620℃以上，高溫再熱器采用SA213-T22是不合適的。

3.4 其他

由于目前電煤市場緊張，燃燒的煤質達不到設計煤種，煤質較差，灰分增加，也導致再熱器壁溫明顯增加。

4 防止超溫的措施

從上述分析可看出，鍋爐燃燒調整只能緩解再熱器管壁超溫，不能徹底解決。要解決管壁超溫問題，重在考慮改善再熱器管內蒸汽流量分配、提高管材等級等方案。

4.1 改進系統結構設計，減小熱偏差

在低溫再熱器和高溫再熱器之間增設混合聯箱，進行左右交叉，并在中間管排管口上增加節流孔。按照理論分析，采取該項措施后，可大大減小管屏間的熱偏差，從而減小管子的壁溫偏差，降低中間管排壁溫。

4.2 提高管材等級

再熱器運行壓力低，在未改善管內蒸汽流量分配的前提下，用抗氧化溫度更高的材料來代換T22材料是必要的。首選的材料是SA231-T91，它的抗氧化溫度上限為650℃，主要用于電站鍋爐過熱器、再熱器管。其主要特點是高溫持久性能、蠕變性能優異，沖擊韌性好，用于金屬壁溫≤625℃的高溫過熱器和金屬壁溫≤650℃的高溫再熱器管排及超臨界鍋爐高溫集箱和主蒸汽管道；具有良好的冷加工性能和傳熱性能。再高一檔的材料是SA213-TP304H，它的抗氧化溫度上限為704℃，但其成本更高。就現階段來看，提高管材等級，采用抗氧化溫度更高的材料，是防止高溫再熱器超溫的最直接而有效的措施。該公司已對3，4號爐氧化嚴重的部分管子更換為SA213-TP304H管材，目前運行良好。

[1]《循環流化床鍋爐》.中國電力出版社.主編黨黎軍.

[2]《電廠金屬材料》.中國電力出版社.主編王進汝.