660 MW超超臨界機組直流鍋爐后屏、末級過熱器入口管段優化

陳捷，劉進峰

（江蘇大唐國際呂四港發電有限責任公司，江蘇啟東226246）

660 MW超超臨界機組直流鍋爐后屏、末級過熱器入口管段優化

陳捷，劉進峰

（江蘇大唐國際呂四港發電有限責任公司，江蘇啟東226246）

針對HG-2000/26.15-YM3型660 MW超超臨界機組直流鍋爐后屏、末級過熱器中間管屏的入口節流孔容易被異物堵塞導致超溫爆管的問題，進行結構優化。在入口管段內設計安裝一個內套管裝置。在滿足蒸汽冷卻流量的前提下，該裝置能有效阻擋異物堵塞節流孔，提高了設備的安全運行水平。

超超臨界；直流鍋爐；過熱器；優化

0 引言

近年來，隨著600 MW與1 000 MW級超超臨界大型機組的相繼投產，電網對機組的安全經濟運行提出了更高的要求。因此，采取各種有效措施最大限度地提高設備可靠性、減少非計劃停運次數成為各電力企業追求的目標。就超超臨界直流鍋爐過熱器而言，除了運行過程中的規范調整外，檢修時加大防磨防爆檢查力度，落實金屬監督與化學監督各項要求，盡早發現問題并及時處理顯得很重要，這的確是保證機組安全穩定運行的有效手段。當然，針對一些頻發的共性問題，通過對現有設備的結構優化提升其可靠性，將過熱器管爆漏的機率降到最低限度。

1 鍋爐概述

江蘇大唐國際呂四港發電有限責任公司一期工程為4×660 MW超超臨界機組，鍋爐型號均為HG-2000/26.15-YM3，是由哈爾濱鍋爐廠有限責任公司引進三菱重工業株式會社技術設計和制造的超超臨界參數變壓運行直流鍋爐。采用П型布置、單爐膛、改進型低NOXPM主燃燒器和MACT型低NOX分級送風燃燒系統、墻式切圓燃燒方式，爐膛采用內螺紋管垂直上升膜式水冷壁、帶再循環泵的啟動系統、一次中間再熱。鍋爐采用平衡通風、緊身封閉布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構，直吹式制粉系統、等離子點火方式。鍋爐主要參數見表1。

2 后屏、末級過熱器結構參數

鍋爐布置有低溫、分隔屏、后屏、末級共4級過熱器。

后屏過熱器共35屏，每屏由19根管組成，橫向節距為534 mm，管子材質分別為SA-213 TP347H，SA-213S30432以及SA213TP310HCbN，管徑為Φ51 mm/Φ63.5 mm，管子壁厚為8.0～15mm，在后屏過熱器入口聯箱下部，距頂棚上部250 mm處的管內設計有孔徑為Φ8.8 mm，Φ9.1 mm，Φ9.7 mm，Φ10.6 mm，Φ13.7 mm不等的節流孔。

表1 鍋爐主要參數

末級過熱器共56屏，每屏由15根管組成，橫向節距為333.75 mm，管徑為Φ51 mm/Φ60 mm，管子材質分別為SA-213S30432，SA-213TP347H，SA-213T91和SA213TP310HCbN，管子壁厚為7.0～15 mm，在末級過熱器入口聯箱下部，距頂棚上部250 mm處的管內設計有孔徑為Φ10 mm，Φ11.1 mm，Φ11.5 mm，Φ13.1 mm，Φ10.3 mm不等的節流孔。

3 爆管問題

這4臺660 MW超超臨界機組分別于2010年3月、6月投入商業運行，在接下來的幾年中多次發生受熱面管爆漏事件[1-2]。對歷次爆管原因進行了分析研究，結果發現其中40%是由于后屏、末級過熱器節流孔被異物如金屬加工產生的旋屑碎片、金屬熔渣、氧化皮等堵塞，造成管內工質冷卻流量不足而超溫爆漏，引發機組被迫停運。另據調研，對選用HG-2000/26.15-YM3型鍋爐的其他電廠，在剛投運的幾年內，也有類似情況發生。

在對歷次后屏、末級過熱器節流孔堵塞爆管位置進行統計分析后，又發現了2個規律：

（1）后屏過熱器節流孔堵塞位置均在第13至26屏之間，而發生次數最集中的第17，18，19，20屏則處于整個聯箱的中部，以上4屏中，其堵塞位置又集中在爐前向爐后數第8至14根管之間，從結構上看這幾根管子的入口基本處于入口聯箱底部。

（2）末級過熱器節流孔堵塞位置均在第25至31屏之間，而發生次數最集中的第27，28，29，30屏也處于整個聯箱的中部，以上4屏中，其堵塞位置又集中在爐前向爐后數第7至12根管之間，從結構上看這幾根管子的入口也基本處于入口聯箱底部。

4 原因分析

為什么會出現這樣的規律？分析后認為由于后屏、末級過熱器入口聯箱為兩端進汽，集箱、管道內的異物通常會隨著蒸汽汽流被帶到聯箱中部，并集中沉積在聯箱底部。這樣，那些靠近聯箱底部的受熱面管管口中就容易掉進異物，小于節流孔孔徑的異物可以通過節流孔進入后續管道，而大于節流孔孔徑的異物則被卡在節流孔部位造成局部堵塞，直接的影響是導致管內冷卻蒸汽流量減少，管壁溫度升高超限，而長期超溫必然導致金屬性能劣化。另外，高溫下運行，隨著時間的增加，集箱、上一級過熱器中奧氏體不銹鋼管屏內氧化皮的生成和剝落是不可避免的[3]，這些剝落的氧化皮部分會隨汽流進入下一級過熱器，從而加劇節流孔部位的堵塞，嚴重的則將節流孔完全堵死，在這些情況下，爆管是不可避免的，只是時間問題。

5 優化對策

針對以上規律性的問題，認為最為有效的解決辦法是從設備本身著手，通過結構優化阻止異物進入節流孔。在最容易發生堵塞問題的后屏過熱器第17，18，19，20屏的第8，9，10，11，12，13根管的入口管段，和末級過熱器第27，28，29，30屏的第7，8，9，10根管的入口管段設計安裝1個內套管裝置，安裝時須保證該內套管裝置的入口伸入聯箱并高出聯箱內壁50 mm，套管內徑為Φ14 mm、外徑為Φ20 mm，并在其入口四周鉆出3排共計12個直徑為Φ3 mm通孔，最低位的通孔中心距聯箱內壁11 mm，這樣可以確保均勻進汽，既滿足管內蒸汽的冷卻流量，又保證蒸汽中所攜帶的異物無法掉入管口。內套管裝置材質原計劃選用1Cr18Ni9Ti，但考慮到該材料組織性能不穩定，長時間處在高溫環境下可導致Ti析出，后采用SA213TP310HCbN材料。具體結構及安裝位置如圖1所示。

圖1 過熱器入口管增加套管示意

6 實施效果

在2號機組A級檢修中，按照上述優化對策對2號鍋爐的后屏、末級過熱器入口管段進行了結構優化。先將后屏、末級過熱器入口聯箱下部節流孔的上部管段切開，裝入內套管裝置并調整好位置，確保該裝置的頂端高出聯箱內壁50 mm，然后將套管下端與過熱器管子內壁用鎳基焊絲滿焊1圈，焊縫高度不超過套管壁厚。最后將節流孔上部管段切開處焊好，焊縫按工藝要求進行熱處理[4]并100%經射線檢查合格。

A級檢修結束后，2號機組啟動并網，至今一直安全穩定運行，鍋爐未發生因后屏、末級過熱器入口節流孔被異物堵塞造成的管子超溫爆漏事件。

優化前后，在相同負荷下，對同一受熱面管的壁溫分別進行比較，發現優化前后的壁溫基本無變化，都處在安全溫度下運行。這表明加裝內套管裝置后，雖然節流孔前的管道內徑由Φ21 mm縮小為Φ14 mm，蒸汽的流動阻力增加了，但相對于該處節流孔Φ8．8～10 mm的規格，內徑的縮小對蒸汽冷卻流量的影響是有限的，流量仍能滿足冷卻要求。

對套管與過熱器管子內壁間的角焊縫，計劃在B級及以上檢修中，用射線檢查其使用狀況。

7 結語

對HG－2000/26．15－YM3型超超臨界參數變壓運行直流鍋爐，因其后屏、末級過熱器管子入口設計有節流孔且節流孔孔徑較小（最小孔徑為Φ8．8 mm），所以在制造安裝過程中對集箱、管道的清潔度要求很高。如果在鍋爐制造安裝過程中對內部清潔度把控不嚴而在系統中混入異物、在設計過程中所選金屬材料的高溫抗氧化性不佳或是在運行過程中參數控制不當常常超限而造成氧化皮的加速生成與脫落等，都會對鍋爐的安全運行構成直接威脅。而對同類型的由上鍋、東鍋生產的鍋爐，因其過熱器入口沒有節流孔這種結構，所以類似堵管導致過熱器爆漏問題比較少，這類鍋爐因氧化皮問題發生爆管事故一般出現在氧化皮大量脫落將受熱面管屏U形套管下部彎頭全部堵塞的情況下。當然，這與運行人員的水平以及所選材料的抗氧化能力也有很大關系，如果適當提高材料等級，或是在相同材料的條件下對管材采用噴丸處理，情況會有所改觀。

目前，針對哈爾濱鍋爐廠的HG－2000/26．15－YM3型鍋爐，通過結構優化，在后屏、末級過熱器中間管屏的入口管段加裝內套管裝置無疑是一種有益的嘗試。實踐表明，這種結構在防異物堵塞節流孔上是有效的，可以在新建或投用時間不長的鍋爐上推廣應用，以減少高溫受熱面管爆漏次數。當然，防止爐管爆漏是一個系統工程，更應該從設計、制造、安裝、運行、檢修等環節嚴把質量關，只有這樣才能取得理想的效果。

[1]陳捷．超超臨界直流鍋爐“四管”爆漏原因分析及對策[J]．科技視界，2013（23）:148，174．

[2]胡繼武，王立強，程亮，等．超超臨界鍋爐氧化皮綜合治理[J]．華北電力技術，2013（5）:37－41．

[3]黃興德，周新雅，游喆，等．超（超）臨界鍋爐高溫受熱面蒸汽氧化皮的生長與剝落特性[J]．動力工程，2009，29（6）:602－608．

[4]黃嗣羅，陳宗強．焊后熱處理對P91鋼和TP347鋼焊接接口綜合力學性能的影響[J]．壓力容器，2008，25（8）: 6－9，35．

（本文編輯：陸瑩）

Inlet Tube Optimization of Pendant Superheater and Finishing Superheater of Once-through Boiler of 660 MW Ultra-supercritical Generating Units

CHEN Jie，LIU Jinfeng
（Jiangsu Datang International Lyusigang Power Generation Co.，Ltd.，Qidong Jiangsu 226246，China）

Inlet throttling orifice in middle tube screen of pendant superheater and finishing superheater of once-through boiler of 660 MW HG-2000/26.15-YM3 ultra-supercritical generating units is often blocked by foreign objects that result in tube burst.Therefore，structural optimization is conducted.An internal sleeve device is designed and installed in the inlet tube to effectively prevent foreign objects blocking throttling orifice and guarantee steam cooling flow in the meantime to improve operation safety of the equipment.

ultra-supercritical；once-through boiler；superheater；optimization

TK223.3

：B

：1007-1881（2016）03-0050-03

2015-10-23

陳捷（1973），男，高級工程師、鍋爐輔機檢修高級技師，從事發電廠鍋爐及其附屬設備的檢修管理工作。