余熱鍋爐爐頂超溫原因及治理

李森 馬立新 賈繼鋼

摘 要：介紹了某發電廠PG9371FB燃氣 - 蒸汽聯合循環機組所配的三壓、再熱、無補燃、臥 式自然循環型余熱鍋爐，其爐頂保溫材料大面積脫落，保溫流失，從而造成爐頂嚴重超溫情況，并對該情況進行分析、改造處理。

關鍵詞：燃氣-蒸汽聯合循環機組;爐頂超溫;保溫治理

分類號：TK229 ? ? 文獻標識碼：A

1 引言

某電廠現有兩臺SG-329.7（47）（27.4）/13.31（2.98）（0.52）-Q8103 型余熱鍋爐（HRSG），是由上海鍋爐廠有限公司設計生產的三壓、再熱、臥式、無補燃、自然循環、自身除氧、全封閉、全鋼構架、懸吊結構的燃氣輪機余熱鍋爐。鍋爐受熱面采用模塊化設計，煙氣流程見下表1。爐頂主要包含模塊1、2等受熱面，煙氣中心溫度達到650℃。按照《電力建設施工質量驗收規程（DL5210.2-2018）》要求，在鍋爐正常運行條件下，當環境溫度≤27 ℃時，鍋爐爐墻及熱力設備和管道的保溫表面溫度應≤50 ℃;當環境溫度>27 ℃時，保溫表面溫度應≤環境溫度高加25 ℃[1]。

2 情況簡介

兩臺余熱鍋爐自試運開始后均不同程度發生爐頂超溫現象。通過紅外成像儀對爐頂區域進行持續監測，發現爐頂部分區域最高溫度達到424℃，平均溫度達到320℃。爐頂墻板保溫原設計結構為最上部為外部鋼板，中間為保溫棉，最下層為鋼絲網。最下層鋼絲網只能起到固定保溫棉的作用，不能將煙氣隔絕，當煙氣隔板存在縫隙漏煙的情況下，煙氣極易吹透保溫棉造成爐頂鋼板超溫。

該區域典型超溫情形如下圖：

3 原因分析

利用機組試運期間的停機機會與設計、施工單位及廠家進入爐膛進行檢查發現以下主要問題：

1、煙氣隔板安裝時接縫間存在一定間隙，主要原因是

（1）煙氣隔板制作期間與圖紙存在偏差;

（2）施工單位未按照圖紙對縫隙進行處理，造成了爐膛內煙氣竄入集箱封閉區域對爐頂保溫直接沖刷，導致保溫棉部分位置變薄出現了超溫現象;

2、在第一區間，穿墻管道在穿墻位置未安裝保溫繩，煙氣沿管道外壁直接沖刷爐頂墻板，此施工漏項造成了管道穿墻周圍的爐頂墻板超溫;

3、脫硝區域頂部活動蓋板與鍋爐本體間未安裝密封條，造成了脫硝區域頂部活動蓋板與剛梁間存在縫隙，致使煙氣從縫隙中漏出，高溫煙氣直吹鋼梁致使鋼梁嚴重超溫;

4 超溫影響

爐頂超溫不僅可能會造成人員傷害、設備損壞等不安全事件，對電廠的經濟性也影響較大。在整個發電系統中，能量損失程度極大的影響了機組的發電效率、煤耗，對電廠的經濟性運行帶來較大挑戰。因燃氣輪機機組不存在灰渣熱損失和機械不完全燃燒熱損失，與燃煤機組相比能力損失途徑較為單一，因此要高度重視散熱損失對機組經濟性的影響。

由于爐頂區域溫度極大高于機組周圍環境溫度，因此主要的熱量傳遞方式為對流換熱和輻射換熱。在此換熱過程中，工程上常采用牛頓冷卻公式、輻射換熱公式來計算傳遞熱量的大小。

式中，Q1為對流換熱量，W;Q2為輻射換熱量，W;A為換熱面積，m2;α為對流換熱系數，W/（K·m2）;ε為發射率;Cb為黑體輻射系數，W/（m2·K4）;T1為爐頂溫度，K;T∞為環境溫度，K;

在環境溫度T∞為308K時，T1取爐頂平均溫度593K，A取爐頂超溫區域累計面積為122m2，α為15W/（K·m2），Cb為5.67W/（m2·K4），ε取0.6。

經計算，對流換熱損失熱量為521550W，輻射熱量損失為475876W，共計997426W，則每小時散熱量為3590733.6KJ。按照《火力發電廠技術經濟指標計算方法（DL/T 904-2004）》[2]，其標煤發熱量為29271kJ/kg，該廠余熱鍋爐效率為90.6%，年利用小時數為3500小時。則每年因爐頂超溫而消耗的標煤數量為473噸，兩臺爐共計946噸，由此可見，爐頂超溫造成的能耗損失巨大。

5治理方案及效果

針對兩臺余熱鍋爐超溫的特性，廠家會同設計單位、施工單位制定了有效的整改方案，利用大修期間開展超溫治理工作。具體分為以下幾個方面：

（1）把爐頂原保溫和金屬釘等其它支承件全部割除，護板內部全部打磨一遍，把浮銹清除干凈。

（2）在相關工作面焊接保溫釘，鉤釘長度275mm，粗Φ6mm，一頭呈“7” 型，另一頭制作成30mm長螺紋，另配以50*50mm，厚2mm的壓片，鉤釘、壓片、螺母全部為耐熱不銹鋼材質，鉤釘“7”字處必須兩邊點焊，且焊接牢固。焊接密度以每平方16只左右，呈梅花狀布置，間距一般不超過250*250mm。

（3）在保溫施工方面，大平面、穿管和轉角處應同步施工。一層錯縫，多層壓縫，轉角處、穿管處與大平面必須呈階梯型結構，不能有垂直通縫。靠護板側保溫層上必須涂滿粘合劑，然后錯縫粘貼于護板內墻上。每層用耐熱不銹鋼絲通過鉤釘把每層保溫固定住，防止保溫下墜。保溫采用3600*610*50陶瓷針刺氈，安裝5層，厚度為250mm。

（4）敷設4目耐熱不銹鋼網，施工時應拉緊、拉平，不能出現空鼓，要服帖于保溫層;然后上50*50mm耐熱不銹鋼壓板，擰緊耐熱螺母與鉤釘點焊固定。

改造后，爐頂的保溫層在運行中沒有脫落，外墻各點溫度在 50 ℃以下，沒有超溫現象， 徹底排除了不安全隱患，確保機組安全運行。

參考文獻：

[1]張輝濤. 650 MW鍋爐保溫不良造成的熱量損失分析[J]. 設備管理與維修， 2019（10）：49-51.

[2]龔立賢. 對火電廠供電煤耗和節能計算的探討[C]// 度熱電聯產學術交流會. 中國電機工程學會， 2009.

作者簡介：

李森（1994—），男，河北唐山人，碩士，從事工程管理、技術監督工作;賈繼鋼（1988-），天津華電南疆熱電有限公司;

通訊作者：馬立新（1970—），中國華電集團有限公司天津分公司。