亞臨界鍋爐水冷壁超溫原因及對策

盛　民，楊德良，呂　震

（1華能濟南黃臺發電有限公司，山東　濟南250103；2濟南金萃冶金技術有限公司，山東　濟南250109）

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亞臨界鍋爐水冷壁超溫原因及對策

盛民1，楊德良2，呂震2

（1華能濟南黃臺發電有限公司，山東濟南250103；2濟南金萃冶金技術有限公司，山東濟南250109）

摘要：亞臨界鍋爐水冷壁在運行過程中由于水冷壁結焦、煤水比例失調、溫度場分布不均勻等原因造成超溫，對超溫區域的水冷壁管外表面火焰超音速噴涂陶瓷熱障涂層，降低水冷壁管的表面吸熱，從而解決了水冷壁管超溫問題。

關鍵詞：亞臨界鍋爐；陶瓷熱障涂層；水冷壁管；溫度

1　前　言

燃煤發電是通過產生高溫高壓的水蒸氣來推動汽輪機發電的，蒸汽的溫度和壓力越高，發電的效率就越高，我國已廣泛應用高效清潔的亞臨界甚至是超臨界燃煤發電技術，該技術的推廣應用不僅提高了發電效率,而且對于節約資源消耗、保護環境、實現可持續發展具有重要意義［1］。但是由于鍋爐運行參數的提高，造成部分水冷壁管局部超溫，影響了機組的安全運行，制約了生產。

華能濟南黃臺發電有限公司9#鍋爐兩側墻垂直段水冷壁頻繁超溫，最高溫度達465℃。下聯箱出口溫度一般為400℃左右。目前設定的水冷壁上限溫度為445℃，超溫管子范圍為：左側墻第150～234根，右側墻第608～680根，共計158根管子，而且以墻體中央的管子溫度最高。目前解決水冷壁超溫的方法主要是調整運行參數保證安全生產，但極大地限制了發電效率，因此急需一種新的解決方案來徹底解決超溫問題。通過對9#鍋爐運行狀況的跟蹤分析，認為造成鍋爐水冷壁管局部超溫的原因錯綜復雜，通過運行參數的調整無法徹底改善，對超溫區域的水冷壁管外表面噴涂陶瓷熱障涂層，降低水冷壁管的表面吸熱，從而解決水冷壁管超溫問題［2］。

2　水冷壁超溫原因

9#鍋爐為亞臨界壓力一次中間再熱循環氣包爐，型號為HG-1025/18.5-PM1，超溫原因主要為［3］：1）兩側墻中間火焰溫度高，鋼管吸入熱量大，水溫局部升高；2）部分部位水冷壁結焦，影響了換熱，造成溫度場分布不平衡；3）管道內循環水結垢，影響了水的正常循環，造成局部超溫；4）所用燃煤偏離設計煤種，風粉配比出現偏差，爐膛內火焰充滿度不好；5）加、減負荷速率過快；6）低層磨煤機啟動時加煤量過快；7）煤水比失調，過熱度偏高；8）過熱器減溫水量過大。

3　防止超溫措施

通過上述分析得出，爐膛火焰溫度分布不均勻和水冷壁管換熱環境惡化引起水熱交換不充分是造成鍋爐水冷壁超溫的主要原因。為解決此問題，必須采取兩方面措施。優化運行參數和局部降低水冷壁管與爐膛的換熱效率，局部降低水冷壁管與爐膛的換熱效率，即在管壁表面噴涂陶瓷熱障涂層。為保證水冷壁管不超溫又能充分保障管壁內介質的熱交換效率，需對水冷壁管超溫的分布規律及噴涂陶瓷熱障涂層的部位及面積進行計算分析［4］。

3.1優化運行參數

為了減緩水冷壁的超溫程度，最大限度延長機組的運行時間，從運行角度主要采取如下措施。

1）維持相對穩定的一次風壓，可以減少因進入爐膛煤粉的波動而引起的溫度場變化的影響［5］。

2）減少過熱減溫水的使用。適當降低機組的主蒸汽溫度，開大兩側煙氣擋板來減少過熱減溫水的使用，保證在同樣的機組負荷下（同樣的給水量）流經水冷壁的給水較多（過熱器減溫水量計入給水總量，再熱器減溫水不計入給水總量），緩解水冷壁的超溫狀況。

3）維持較低的過熱度，可以適當減少水冷壁的吸熱，降低水冷壁區域的熱負荷。

4）降低升、降負荷的速率。為了提高機組負荷的快速響應能力，升降負荷時燃料的前饋量比例大于水的增減比例，而且燃料的滯后效應（從燃料進入給煤機到在爐膛著火約需3 min時間）明顯，造成機組加減負荷時水煤比短暫失調，水冷壁溫度出現不同程度的超溫。適當降低機組的升降負荷速率，可以使各種工質比較平穩的發生變化，確保加減負荷對爐內平衡的擾動降到最低。

5）適當調整磨煤機旋轉分離器的轉速。減緩大量煤粉瞬時進入爐膛造成水煤比短暫失調的幅度，減緩因啟動制粉系統對爐膛燃燒的動態平衡所產生較大的擾動。在給煤量不變的情況下，逐步地適當減低磨煤機旋轉分離器的轉速以增大煤粉的顆粒度，推遲煤粉的著火時間，從而使火焰中心遠離水冷壁，避免或減輕貼壁燃燒的情況發生，減緩水冷壁超溫的幾率和幅度。

6）合理調整燃燒器擺角，使火焰中心盡量偏離超溫的水冷壁區域。

3.2噴涂隔熱陶瓷涂層

設定合理的運行參數雖能緩解水冷壁超溫問題，但不能從根本上解決，降低超溫區域水冷壁管的吸熱能力是防止水冷壁管超溫行之有效的方法，對水冷壁管進行局部噴涂陶瓷熱障涂層處理能夠滿足要求，同時又能防止鹽腐蝕和結焦。噴涂陶瓷熱障涂層采用火焰超音速噴涂工藝，此工藝適宜現場施工，涂層結合強度＞40 MPa，涂層材料選用復合氧化鋯陶瓷粉末,其導熱系數為0.03 W/（℃·m）。噴涂陶瓷熱障涂層的位置和數量對解決超溫問題尤其重要，因此需對超溫區域超溫管壁的數量及分布規律進行統計，通過計算得出噴涂陶瓷熱障涂層的管壁數量及長度。

當鍋爐運行時，爐內的溫度變化相對較快，但是傳熱的過程非常復雜，水冷壁的溫度變化規律難以掌握，因此需針對傳熱過程建立合理的數學模型。鍋爐內的燃燒與傳熱全部都是獨立完成的，在某個特定高度范圍內熱量的分布沿管壁方向是均勻分布的。為便于計算，設定影響鍋爐水冷壁換熱的因素為導熱系數和綜合系數，壁管內的工質流動相對均勻。在計算劃分的區域中需暫時假定火焰的溫度場處于均勻狀態，火焰的溫度按平均溫度考慮。在這一數學模型假定中，將水冷壁的換熱因素界定在導熱系數和綜合系數中，在相同的條件下只要有效改善水冷壁管的導熱系數，則能夠改善超溫問題［6］。

基于數學模型，針對9#鍋爐的超溫現狀，通過計算得出需要進行噴涂陶瓷熱障涂層處理的水冷壁管長度為9.5 m，部位為超溫管壁最上端以下9.5 m。由于水冷壁管超溫以墻體中央部位最為嚴重向兩側依次減輕，因此噴涂水冷壁管長度從外到中央在6～10 m間。經過噴涂處理后超溫問題得到明顯改善，發電效率明顯提高。

4　結　語

水冷壁超溫是多方面因素造成的，火焰超音速噴涂絕熱陶瓷涂層是行之有效的方法。經過綜合分析和換熱計算，再考慮現場環境的影響，側墻中間管子噴涂長度10 m，外側噴涂長度6 m，總噴涂面積100 m2，解決了水冷壁超溫的問題。

參考文獻：

［1］沈玉華.石洞口二廠1號爐水冷壁超溫情況的分析和建議［C］.全國火電機組（600 MW級）第十屆年會論文集，2006：129-131.

［2］曲敬信，汪泓宏.表面工程手冊［M］.北京：化學工業出版社，1998.

［3］張海潮，李朝兵，鄭榮滿.350 MW超臨界鍋爐水冷壁超溫解決措施［J］.能源與節能，2014（4）：154-155.

［4］李金桂，周師岳，胡業鋒.現代表面工程技術與應用［M］.北京：化學工業出版社，2014.

［5］徐春國，張德國，邵海波.華能玉環電廠1 000 MW超臨界鍋爐水冷壁超溫分析與應對方案［J］.能源與環境，2013（3）：62-64.

［6］王曄，崔文杰.1 000 MW超臨界鍋爐水冷壁壁溫計算研究［J］.科學家，2015（10）：52.

中圖分類號：TK223.3+1

文獻標識碼：B

文章編號：1004-4620（2016）02-0079-02

收稿日期：2016-03-07

作者簡介：盛民，男，1963年生，1984年畢業于山東廣播電視大學機械工程與自動化專業。現為華能濟南黃臺發電有限公司工程師，從事火力發電廠金屬材料監督和檢驗工作。