300MW CFB鍋爐水動力重大設計缺陷分析

關鍵詞：循環流化床鍋爐；水動力循環；循環倍率

中圖分類號：TM621.2 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0250-02

廣東粵電云河發電有限公司5號、6號機組為上海鍋爐廠首兩臺具有自主知識產權的2×300MW循環流化床機組，分別于2010年6月、8月份建成投產。5、6號機組分別于2011年8月11日、8月5日發生鍋爐頂棚水冷壁泄漏事件，兩機組泄漏位置均發生在頂棚水冷壁出口靠近爐前右側的位置的向火側，距頂棚出口集箱距離約500mm，且原爆口都是爐右數第24根。頂棚水冷壁規格為？準60×7.5，材質為SA-210C。兩臺爐爆管后，均造成多處吹損，機組被迫停運。

鍋爐水冷壁作為爐膛承壓部件，并且肩負吸收爐內輻射熱量，加熱管內流動水份使其產生飽和水的任務。此次5、6號機組泄漏的頂棚水冷壁管，距離出口集箱約500mm，處于爐膛水循環最后一道流程位置，其安全運行顯得至關重要。

依據電力安全生產要求，廣東粵電云河發電有限公司高度重視此次設備事故，迅速邀請了上海鍋爐廠、廣東電科院及廠內相關技術人員召開專題會議，分析造成設備事故的原因、及探索設備的改進措施，務求解決鍋爐頂棚水冷壁存在的重大缺陷。

1 技術原理

采用水動力計算出鍋爐后墻及爐頂組成的水循環回路中，由于后墻存在分離器出口的開口區域，該部分組成的水循環回路是最弱的，循環倍率為2.6左右，未開孔區包復耐磨材料部分為3.11，未開孔區光管部分為3.25，前墻為3.3，左右側墻為3.67，水冷屏為3.48。

我們還對環型集箱的流動偏差進行了分析：

環行集箱為？準237×50的集箱，管子為？準60×7.5，引出管為？準168×18的管子，根據環行集箱的流動偏差計算，該結構的流量偏差<2%，因此我們認為由于流量偏差引起水動力管24管熱疲勞損害的可能性也非常小。在現場我們還對左側第24號管進行了割管分析，沒有發現異?，F象，這也證明我們的計算分析具有一定的準確性。

2 性能指標

寫明計劃任務書或合同書要求的主要性能指標和實際達到的性能指標：

（1）鍋爐爐膛出口環形集箱共六根水冷壁管改造后，管內水動力循環倍率應與旁邊未開孔區包復耐磨材料水冷壁管循環倍率相當，即K=3.11。而改造后六根水冷壁管實際的循環倍率為K=3.09。按照循環流化床鍋爐的最大熱負荷和循環倍率3.09來分析，改造后六根水冷壁管水循環和水冷壁的壁溫都是安全的。

（2）鍋爐爐膛出口環形集箱六根水冷壁管改造后，其管內進出口壓差均應控制在合理范圍內，保證六根水冷壁管與后墻其余水冷壁管的流量偏差在最大熱負荷下仍<2%。

（3）改造后的六根水冷壁管，由于采用讓管方式不再經過后墻環形集箱，因此可徹底消除工質流場受到集箱“角部渦旋”的影響，消除該管段的壓差波動，保證頂棚管內不發生間斷性的汽水分離界面的情況。

（4）改造后六根水冷壁管使用壽命應與原鍋爐設計的水冷壁使用壽命相當，在使用壽命內不發生因管內水動力不足、水循環分配不均而造成爆管的問題。

（5）改造后循環流化床鍋爐各運行參數不發生大的變化，鍋爐實際效率為94%，實際發電標準煤耗率約315g/kWh。

3 與國內外同類技術比較

云河發電有限公司在國內首次系統地將水動力流動偏差計算和流場渦流模擬的手段，應用于上鍋300MWCFB鍋爐爐膛出口環形集箱的水動力研究，在不同的負荷和循環量條件下，計算得出300MWCFB鍋爐爐膛出口環形集箱流場角部渦流特性，并根據此特性設計出鍋爐爐膛出口環形集箱水冷壁改造方案。經應用于#5、6爐環形集箱水冷壁管改造后，成功解決了國產流化床機組水冷壁管水循環分配不均的問題，消除了爐頂水冷壁管因流量不均老化失效爆漏的重大隱患，使該重大設計缺陷得到解決。實現了鍋爐的安全、穩定、經濟運行。

4 成果的創造性、先進性

（1）結合水動力流動偏差計算和流場渦流模擬的手段，分析得出在不同的負荷和循環量條件下CFB鍋爐爐膛出口環形集箱流場角部渦流特性。該方法能準確判斷并計算出單根管內壓差波動情況，對問題分析提供重要數據，并為設備改造提供參考。

（2）為消除水冷壁管內水動力不足、水循環分配不均問題，根據水動力流動偏差計算和流場渦流模擬結果，可推導出單根水冷壁管安全運行所需的進出口壓差，循環流速、管內流動阻力等，從而可判斷改造讓管后，六根水冷壁管是否安全運行。

（3）采用讓管方式，使六根水冷壁管不再經過后墻環形集箱，可徹底消除工質流場受到集箱“角部渦旋”的影響，消除該管段的壓差波動，保證頂棚管內不發生間斷性的汽水分離界面的情況。

（4）改造后確保六根水冷壁管使用壽命達到使用要求，同時不改變鍋爐運行各參數，保證了鍋爐效率在92%以上，發電標準煤耗率約330g/kWh。

5 作用意義

5.1 直接經濟效益

云河發電有限公司經過對5、6號鍋爐泄露水冷壁管進行金相分析，采用水動力流動偏差計算和流場渦流模擬手段，迅速準確地分析出5、6號鍋爐頂棚水冷壁管失效泄漏的原因，并采用讓管方式對鍋爐出口環形集箱水冷壁改造，大大提高了改造管的使用壽命。未改造前5、6號爐該位置的24號管子，分別運行了7738h和5848h后失效，造成5號機組停運226h，損失額定發電量約6780萬kW/h；造成6號機組停機共224.5h，損失額定發電量約6735萬kW/h。若按改造前管子使用壽命做對比估算，改造后每年可節約損失約100萬元。

5.2 社會效益

火力電廠發電機組通過輸電網向各地輸送電能，為工、農業用電、居民用電提供經濟、環保、充足的能源，電能與社會生產、工作、生活息息相關。如果電廠鍋爐發生設備事故導致機組停運，將威脅電力系統的穩定，進而限制部分用戶用電，影響到日常工農業生產和居民正常生活。云河發電有限公司5、6號鍋爐出口環形集箱水冷壁改造后，有效地避免了鍋爐頂棚水冷壁泄漏事故再次發生，確保了機組安全穩定運行。同時，云河發電有限公司對國內自主技術300MW循環流化床鍋爐水動力的研究，及流動偏差計算和流場渦流模擬方法的綜合應用，為同行提供有效的分析方法。對環形集箱水冷壁的改造，則為同行提供了成功的改造經驗。另外，對國內自主技術300MW循環流化床鍋爐水循環設計重大缺陷的研究，也為鍋爐設計單位提供了改進思路。

6 推廣應用的范圍、條件和前景以及存的問題和改進意見

6.1 應用前景

鍋爐水動力流動偏差計算和流場渦流模擬，可應用在各種型號鍋爐水循環計算中，應用前景十分廣闊。鍋爐爐膛出口環形集箱水冷壁改造方法，則可應用于同類型循環流化床機組。我廠通過對#5、#6鍋爐爐膛出口環形集箱水冷壁管改造，取得了良好的經濟效果。

6.2 推廣應用

云河發電有限公司#5、#6爐爐膛出口環形集箱水冷壁改造，可有效防止頂棚24號水冷壁管因水動力不足，流量分配不均引起的失效泄漏問題，大大提高了機組可靠性。目前已將該分析方法及改造先例推廣至廣東荷樹園電廠及山西昱光發電有限責任公司，使其解決了類似問題。

參考文獻

[1]云河發電廠300MW循環流化床鍋爐設備檢修規程.2015，9.

[2]1036t/h循環流化床鍋爐產品說明書.2010：18～19.

收稿日期：2018-5-15

作者簡介：陳兆镠，2006年畢業于上海電力學院熱能與動力工程系，從事鍋爐檢修工作。