超超臨界鍋爐氧化皮綜合治理呂四港

1、國產(chǎn)660MW超超臨界鍋爐氧化皮綜合治理高向陽 祁永峰 王力強 王鑫 蒙殿武江蘇大唐國際呂四港發(fā)電有限責任公司 江蘇省啟東市秦潭鎮(zhèn) 226246摘要：呂四港電廠的超超臨界鍋爐氧化皮剝落情況比較嚴重。2011年以來，四臺機組相繼出現(xiàn)了大面積氧化皮剝落，檢修被迫進行大規(guī)模割管清理氧化皮，四臺爐平均割管約1500根。通過仔細研究分析氧化皮的成因及壁溫測點不完善的現(xiàn)狀，公司陸續(xù)加裝壁溫測點。由此發(fā)現(xiàn)，鍋爐存在嚴重的同屏及屏間熱偏差現(xiàn)象。正是由于長期存在隱性超溫，導致鍋爐大量產(chǎn)生氧化皮。結(jié)合PM燃燒器和MACT燃燒系統(tǒng)的特點，進行了附加風的反切和上下擺動試驗，以及吹灰優(yōu)化，摸索出最佳燃燒工況和吹灰方案，

2、結(jié)合控制啟停機的溫度變化率，進行精細加氧。從而使氧化皮大面積剝落的現(xiàn)象得到了有效遏制。關(guān)鍵詞：超超臨界直流鍋爐 氧化皮 AA風 反切 燃燒調(diào)整 熱偏差 吹灰優(yōu)化 切圓中圖分類號: TK321 文獻標識碼: A圖1燃燒器布置示意圖Fig1 A diagrammatic arrangement of the burner 1、鍋爐概況呂四港電廠4×660MW超超臨界機組，鍋爐型號：HG-2000/26.15-YM3（超超臨界壓力直流鍋爐），采用型布置、單爐膛、改進型低NOX PM（Pollution Minimum）主燃燒器和MACT（Mitsuibishi Advanced Combu

3、stion Technology）型低NOx分級送風燃燒系統(tǒng)、墻式切圓，如圖1所示。爐膛采用內(nèi)螺紋管垂直水冷壁、帶再循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)、一次中間再熱。鍋爐的汽水流程從水冷壁入口集箱到汽水分離器為水冷壁系統(tǒng)，從分離器出口到過熱器出口集箱為過熱器系統(tǒng)，另有省煤器系統(tǒng)、再熱器系統(tǒng)和啟動系統(tǒng)。表1 鍋爐主要運行參數(shù)名稱單位BMCRBRL75% BMCR50% BMCR主蒸汽流量t/h191018201431954主蒸汽溫度571571571571主蒸汽壓力MPa25.425.302519.7再熱進口壓力/溫度MPa/4.54/3174.33/3053.477/2932.353/289再熱出口壓力/溫度M

4、Pa/4.33/5694.13/5693.314/5692.241/569再熱蒸汽流量t/h161415421228836給水溫度2822802652422、高溫受熱面系統(tǒng)概況2.1、高溫受熱面材質(zhì)分布情況高溫受熱面主要材質(zhì)為SA-213TP347H和A-213S30432，只有少量的SA-213TP310HCbN。如圖2：圖2高溫受熱面管材分布示意圖Fig2 High Temperature Heating Surfaces pipe distribution diagram后屏過熱器末級過熱器末級再熱器2.2、高溫受熱面下部彎頭布置情況及節(jié)流圈數(shù)量根據(jù)鍋爐溫度場分布及受熱面設(shè)計管材情況，容

5、易產(chǎn)生氧化皮剝落的管圈為后屏、末級過熱器及高溫再熱器，氧化皮剝落后沉積在底部U型彎頭處或受熱面入口的節(jié)流孔。具體部位數(shù)量分布如表2：表2 高溫受熱面節(jié)流孔及管屏高溫受熱面節(jié)流孔個數(shù)節(jié)流孔尺寸范圍（mm）節(jié)流孔規(guī)格種數(shù)U型彎（個）屏數(shù)（個）根/屏后屏過熱器54466653519末級過熱器52558405615末級再熱器72810-13.1577070113、氧化皮剝落檢查處理情況2011年以來，四臺機組相繼出現(xiàn)的大面積氧化皮剝落，檢修被迫進行大規(guī)模割管清理氧化皮，四臺爐平均割管約1500根。3.1調(diào)試主要節(jié)點及氧化皮清理統(tǒng)計表3 機組調(diào)試運行主要節(jié)點調(diào)試項目1號爐2號爐3號爐4號爐酸洗2009-

6、03-182009-06-112009-11-042010-01-29吹管2009-04-102009-07-042009-11-282010-03-06168小時結(jié)束2010-03-142010-03-062010-03-312010-06-06凝結(jié)水加氧時間2010-11-282010-11-302010-12-162010-12-16給水加氧時間2010-11-302010-12-042010-12-222010-12-23運行小時（h）928410890147397567168小時后起停4534大量清理氧化皮時間2011-05-082011-06-032011-07-072011-07

7、-282012-01-252012-02-182011-04-232011-05-19末過（共840個）7289289728后屏（共665個）856725537末再入口（共770個）630770770770末再出口（共770個）7701963.2 氧化皮的主要特征介紹射線檢測抽查：對氧化皮專項檢測，進行射線部分復核抽查，并且進行割管確認。氧化皮堵塞超過管子通徑1/3（如圖3），均已存在氧化皮堵塞爆管風險。圖3高溫受熱面中氧化皮Fig3 The oxide scale of the High Temperature Heating Surfaces末級再熱器節(jié)流孔中堵塞的氧化皮高再入口彎頭處堵塞

8、氧化皮剖面圖3.3 氧化皮的重量統(tǒng)計實際檢查結(jié)果，高溫再熱器、高溫過熱器管內(nèi)氧化皮大量脫落在下彎頭處積聚堵塞（多數(shù)為TP347H和少量S30432管材脫落所致）。高溫受熱面下彎頭氧化皮堆積量進行稱重統(tǒng)計結(jié)果如下：后屏過熱器管屏下彎頭割管，超標管內(nèi)氧化皮重量一般在45g-70g左右，氧化皮剝落形態(tài)較細，呈現(xiàn)粉末狀；高溫過熱器管屏下彎頭氧化皮超標管進行割管，氧化皮稱重一般在60g-100g左右，氧化皮剝落形態(tài)較細，呈現(xiàn)粉末狀；高溫再熱器入口管屏下彎頭氧化皮數(shù)量很多，割管取出氧化皮進行抽檢稱重，氧化皮重量偏多，一般在100g-600g左右，氧化皮剝落形態(tài)較大，呈現(xiàn)片狀。末再氧化皮的剝落情況最為嚴重。

9、如圖4：圖4氧化皮形態(tài)及重量Fig4 The shape and weight of the oxide scale末級過熱器末級再熱器高再入口管屏3-10稱重621克4 鍋爐存在問題匯總4.1 增加鍋爐受熱面壁溫測點廠家規(guī)定額定主及再熱汽溫控制在600，兩側(cè)蒸汽溫度偏差小于10。受熱面金屬溫度不超過報警值。4臺機組的主熱汽溫累計值分別為592、592、591、592。4臺機組再熱汽溫累計值分別為 592、590、591、590。在正常運行中，在原鍋爐初設(shè)的壁溫測點中未發(fā)現(xiàn)超溫情況。圖5高溫受熱面壁溫測點分布示意圖Fig5 High Temperature Heating Surface te

10、mperature measurement points distribution diagram鍋爐廠給定的高溫受熱面測點共26點，如圖5。且70%的壁溫點加在最外圈受熱面外圈，最外圈。由于沒有加裝節(jié)流圈，在整個管屏中流量最大，壁溫處于最低值。壁溫加裝點不能很好的監(jiān)視受熱面的狀態(tài)。如圖6：圖6 高溫受熱面壁溫分布曲線Fig6 The distribution curve of High Temperature Heating Surface temperature 后屏過熱器末級過熱器末級再熱器由于測點加裝不合理，鍋爐運行存在隱性超溫，超溫情況沒能及時發(fā)現(xiàn)并進行消除，再加上TP347H材料在

11、高溫區(qū)域抗氧化性不強，導致短期（10000h）內(nèi)大量生成，并在機組停機后大量剝落。4.2后屏、末過和末再存在較大熱偏差1）后屏、末過和末再存在較大熱偏差通過加裝壁溫測點發(fā)現(xiàn)，鍋爐在正常運行中過熱器和再熱器存在比較明顯的左右側(cè)熱偏差，后屏、末過、末再左右兩側(cè)的最大壁溫差在65以上，呈現(xiàn)左低右高的特性。根據(jù)相關(guān)資料，該鍋爐的末級過熱器和高溫再熱器的壁溫差在同類型鍋爐中屬于比較大的。較大的壁溫差，直接導致在額定汽溫工況下。后屏、末過和末再受熱面管屏長期處于隱性超溫。為保證鍋爐安全穩(wěn)定運行，鍋爐只能被迫降溫運行。2）上層AA風執(zhí)行機構(gòu)存在問題AA風噴口燃燒器存在擺動角度不到位、擺動不靈活、甚至卡死等現(xiàn)

12、象。通過分析，主要原因為長期裸露在外，活動螺絲絲扣等部件銹蝕嚴重。該類問題主要由檢修停機來進行處理。3）過熱器和再熱器熱偏差形成原因分析受熱面左右屏間熱偏差，主要是因為逆時針四角切圓在爐膛出口的殘余旋轉(zhuǎn)形成。四角切圓燃燒方式由于著火穩(wěn)定、燃料燃盡程度高等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。但是隨著鍋爐容量的增大。爐膛出口的切向動量比鍋爐容量更快地增大(爐膛出口的切向動量近似正比與鍋爐容量的133次方)。因此，對于660MW機組的鍋爐，爐膛出口的殘余旋轉(zhuǎn)是非常明顯的。5 主要采取的措施TP347H管材，在高溫下運行，由于抗氧化性能較差差，氧化皮急劇生成，當機組停機時，造成氧化皮嚴重（全部）脫落；SUP304管

13、材抗氧化性能強于TP347H，氧化皮局部剝落；SA-213TP310HCbN抗氧化性能最好，無氧化皮脫落現(xiàn)象。運行機組以控制氧化皮快速生成和脫落為重點?？刂聘邷厥軣崦婀鼙跍囟仁欠乐寡趸ど傻年P(guān)鍵。首先，要解決受熱面壁溫監(jiān)視困難的問題，對受熱面的壁溫進行增加，監(jiān)視受熱面壁溫不超限。嚴禁超溫運行，通過進行燃燒調(diào)整最大程度減小熱偏差。5.1 加裝壁溫測點1）壁溫測點工藝要求（1）安裝熱接點的管壁部位應(yīng)嚴格除銹及雜物，熱接點要牢固地壓接或熔接在已除銹的壁面上，防止松動或脫落。（2）測點保溫層要密實、貼牢、無裂紋，且具有足夠的厚度，以盡可能減少管子向環(huán)境的散熱。（3）按照測點溫度的范圍選擇合適的熱電偶

14、型式，安裝前逐一對熱電偶進行校驗和選優(yōu)。2）加裝壁溫測點原則l 要監(jiān)視高溫受熱面同屏熱偏差。在高溫受熱面左、中，右各加裝整屏壁溫測點，監(jiān)視同屏熱偏差。后屏整屏（9屏、27屏、33屏），每屏19根管。末過整屏（28屏、44屏、53屏），每屏15根管。末再整屏（18屏、52屏、63屏），每屏11根管。l 要監(jiān)視屏間熱偏差，判斷同屏管圈之間熱偏差，監(jiān)視最高管壁溫度區(qū)域。后屏沿爐膛寬度方向，每屏的第10根管進行加裝。末過沿爐膛寬度方向：雙數(shù)屏（2、456）第7根管進行加裝。末再沿爐膛寬度方向：雙數(shù)屏（2、470）第6根管進行加裝。如圖9l 監(jiān)視易堵區(qū)域溫度，防止啟動后爆管。由于高溫受熱面集箱為端部進汽

15、，主要為集箱中部區(qū)域。后屏集箱中部易積存異物管排14-20屏的下部管圈，如6、7、8、9、10、11、12、13根管，加裝49點。末過集箱中部易積存異物管排25-32屏的第4、5、6、7、8、9、10、11根管，共49點。2011年7月15日，1號機組停爐檢查，對末級過熱器第19屏至39屏入口節(jié)流孔拍片檢查，發(fā)現(xiàn)有14個節(jié)流孔板堵塞，對節(jié)流孔處敲擊后拍片，對末級過熱器30-10、11根堵塞異物消失。對后屏過熱器第15屏至23屏入口節(jié)流孔拍片檢查，發(fā)現(xiàn)有1個節(jié)流孔堵塞，割取堵塞節(jié)流孔短管上部彎頭；末級過熱器節(jié)流孔具體割管位置：26-9,27-8、9、10、11、12,28-7、8、9、10、12

16、、29-8，后屏過熱器節(jié)流孔具體割管位置：19-10；節(jié)流孔內(nèi)堵塞物主要為氧化皮。2號鍋爐啟動過程中，29-7升溫速度在195以后變慢，與28-7和29-8 最大溫差在38如圖7。對熱控測點進行檢查，發(fā)現(xiàn)溫度測點測量正確。分析該管存在堵塞現(xiàn)象，當啟動時，蒸汽處于加熱受熱面管子狀態(tài)，由于流量小，改管加熱較慢，導致與其他相鄰管子出現(xiàn)偏差。停爐檢查后發(fā)現(xiàn)，存在氧化皮堵塞，割管后氧化皮狀態(tài)如圖8。由于啟動監(jiān)視及時，提前預防了啟動由于氧化皮堵塞爆管的問題。圖7 29-7壁溫測點曲線Fig7 29-7 Wall temperature measurement point curve圖8堵塞的氧化皮形態(tài)Fi

17、g8 The Form of the clogging oxide scale5.2 進行熱偏差調(diào)整1）對AA進行反切該鍋爐設(shè)計中為了減弱爐膛內(nèi)空氣氣流的殘余旋轉(zhuǎn)，減少爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差，設(shè)置了AA風，各噴口還可做水平擺動。AA風風箱分4個風室，每個風室設(shè)置2個噴口即上噴口和下噴口。AA風風箱外在高度方向布置4只手動的水平擺動機構(gòu)，AA風每個風室內(nèi)的兩只上下噴口組成一組，繞其內(nèi)部轉(zhuǎn)軸由水平擺動連桿連接到外部手動的水平擺動機構(gòu)，做左右10°的擺動。試驗做4個角全部開到最大的反切位置即向右10°擺動（順時針方向）。檢修時，在爐內(nèi)實際檢查燃燒器的噴口位置，確保各個AA風噴口擺動

18、到“反切”位置。試驗前工況為：負荷600MW，B-F制粉系統(tǒng)運行。主熱汽溫583/587，汽溫偏差為5；再熱汽溫582/589，汽溫偏差為8，過、再熱器均未使用減溫水。試驗結(jié)果如圖9：圖9 高溫受熱面屏間熱偏差壁溫曲線Fig9 The thermal deviation between temperature heating surface screen wall temperature curve反切其他參數(shù)變化情況：反切后，水冷壁最高溫度為457，后屏最高壁溫為601，末過最高壁溫為612，末再最高壁溫為629。CO排放濃度保持不變，NOx排放濃度維持在300mg/m3左右，排煙溫度和飛灰

19、可燃物含量保持穩(wěn)定，鍋爐熱效率保持不變。通過反切后，壁溫偏差調(diào)整取得了一定的效果。但是后屏中間區(qū)域的壁溫顯示較低，末過、末再左側(cè)壁溫偏低，制約進一步提高汽溫。末再出口汽溫兩側(cè)偏差為7，末再左右兩側(cè)屏間存在40左右的熱偏差，需要采取其他方法進一步優(yōu)化。2） 進行AA風擺角組合形式擺動在距上層煤粉噴嘴上方約5.0m處有四層附加燃盡風AA（Additional Air）噴嘴，角式布置，AA風的設(shè)置有利于減少NOx排放量，調(diào)節(jié)火焰中心。每只AA風燃燒器沿其高度設(shè)置了4個帶內(nèi)曲拐的外擺動機構(gòu)，AA風風室可以做上下30°的擺動。通過進行4個角不同步擺動，增加爐膛出口位置氣流擾動，縮小偏差。AA風

20、1#角2#角3#角4#角T-120%50%50%50%T-270%50%50%50%T-350%20%50%50%T-450%70%50%50%T-550%50%20%50%T-650%50%70%50%T-750%50%50%20%T-850%50%50%70%T-980%50%50%20%T-1020%50%50%20%T-1180%80%50%20%T-1280%20%50%20%T-1380%80%80%20%T-1480%80%20%20%具體擺動試驗為：選取負荷為660MW，分別對AA風單個角進行大開度擺動試驗，每個工況試驗穩(wěn)定1個小時。對該工況下的水冷壁、后屏過熱器、末級過熱器和

21、末級再熱器的最高壁溫及壁溫偏差進行記錄。由于各項組合十分復雜繁瑣，采取如下策略進行逐步優(yōu)化選擇。如表5 T-1至T-8為摸索工況，通過實驗，得出T-7工況對最高點壁溫影響最為明顯。選取T-7工況為繼續(xù)實驗工況，再進行T-9和T-10進行試驗，優(yōu)選為T-9為繼續(xù)實驗工況，再繼續(xù)進行T-11和T-12進行試驗，優(yōu)選為T-11為繼續(xù)實驗工況，繼續(xù)進行T-13和T-14進行試驗，最終選擇T-13為最佳工況。得出最佳擾動工況后，可以進行最小變動試驗，但從實驗結(jié)果看，相對于水平位置30%為最佳擺動位置。T-13試驗后的最佳工況各高溫受熱面屏間熱偏差壁溫曲線為（圖10）：表5 擺動試驗工況Tab5 Swin

22、g test conditions圖10 高溫受熱面屏間熱偏差壁溫曲線Fig10 The thermal deviation between temperature heating surface screen wall temperature curve過熱汽溫593/594，汽溫偏差為1，過熱器減溫水為28T/H。再熱汽溫594/594，汽溫偏差為0，再熱器減溫水關(guān)閉。而過熱汽溫和再熱汽溫分別比原先提高8和9。但高溫受熱面壁溫分析來看，調(diào)整后，后屏受熱面中間受熱面壁溫提高至570-580附近，末過受熱面左側(cè)壁溫升高至590附近，而右側(cè)最高點壁溫始終在620以下。末再受熱面左側(cè)壁溫升高至59

23、0，最高點壁溫控制在620以下。末再出口汽溫兩側(cè)偏差為0，末再左右兩側(cè)屏間只存在20左右的熱偏差?！榜R鞍形”的駝峰大大縮小。經(jīng)過附加AA風其他參數(shù)變化情況：水冷壁最高溫度為462。后屏、末再末過受熱面最高壁溫控制在620之內(nèi)。CO排放濃度保持不變，NOx排放濃度維持在240 mg/m3，排煙溫度和飛灰可燃物含量保持穩(wěn)定。鍋爐熱效率未出現(xiàn)降低。并且在嚴格控制壁溫的要求下，主、再熱汽溫各提高約8左右。燃燒調(diào)整取得了相當成功的效果。3）變負荷試驗和制粉系統(tǒng)方式改變試驗經(jīng)過上述調(diào)整，又繼續(xù)進行負荷適應(yīng)性試驗，開展了從330MW-660MW進行變負荷。從各個負荷來看，在維持主再熱汽溫595左右情況下，升、降負荷和制粉方式變化，該調(diào)整方式均經(jīng)受住了考驗，受熱面壁溫始終能控制在620之內(nèi)。鍋爐其他參數(shù)等均未出現(xiàn)異常。4）優(yōu)化吹灰方式針對以上情況分析，溫度高區(qū)域主要集中在鍋爐右側(cè)。兩側(cè)的壁溫偏差較大，由于一側(cè)壁溫偏高，嚴重影響主汽溫度提高。而另一側(cè)壁溫裕量較大。開展吹灰優(yōu)化工作，降低鍋爐右側(cè)后屏、末再受熱面的吹灰頻率。通過適當積灰，降低右側(cè)受熱面的換熱效率。從而平衡左右兩側(cè)偏差。實際情況看，兩側(cè)最高點偏差從原來的40左右，降低到20之內(nèi)。吹長吹時， R2、R3、R4（后屏區(qū)域），R8、R9、