超臨界W火焰鍋爐水冷壁變形、拉裂問題分析

1、超超臨界臨界W W火焰鍋爐火焰鍋爐 水冷壁變形、水冷壁變形、拉裂問題分析拉裂問題分析 一、亞臨界和超（超）臨界機(jī)組的定義一、亞臨界和超（超）臨界機(jī)組的定義 水的臨界壓力：22.12MPa，臨界溫度：374.15； 在這個(gè)壓力和溫度時(shí)，水和蒸汽轉(zhuǎn)化汽化潛熱等于零，不存在兩 相區(qū)，即水變成蒸汽是連續(xù)的，并以單相形式進(jìn)行，就叫水的臨界 點(diǎn)，爐內(nèi)工質(zhì)壓力低于這個(gè)壓力就叫亞臨界鍋爐，大于這個(gè)壓力就 是超臨界鍋爐，目前,國(guó)內(nèi)將工質(zhì)壓力大于26MPa稱為超超臨界鍋爐, 又稱高效超臨界鍋爐。 (1)超臨界鍋爐無(wú)汽包，工質(zhì)一次通過各受熱面，各受熱面之間 無(wú)固定的界限，隨著鍋爐負(fù)荷和工況的變動(dòng)而變動(dòng)。 （2）超臨

2、界鍋爐采用小直徑蒸發(fā)管，水冷壁管內(nèi)流動(dòng)為強(qiáng)制流 動(dòng)，提高了管內(nèi)汽水混合物的流速。 （3）超臨界鍋爐沒有汽包，不能進(jìn)行鍋內(nèi)水處理，給水帶來(lái)的 鹽分出一部分被蒸汽帶走外，其余將沉積在受熱面上影響傳熱，因 此，超臨界鍋爐給水品質(zhì)要求高。 （4）超臨界鍋爐蓄熱能力較低，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，依靠自身鍋水 和金屬蓄熱或放熱來(lái)減緩汽壓波動(dòng)的能力較低。 二、超臨界鍋爐的特點(diǎn)二、超臨界鍋爐的特點(diǎn) 三、超臨界鍋爐常見的拉裂現(xiàn)象三、超臨界鍋爐常見的拉裂現(xiàn)象 研究發(fā)現(xiàn)各個(gè)超臨界電廠均出現(xiàn)過不同程度的水冷壁拉裂泄露問 題區(qū)域相似，都集中于爐膛前墻中部水冷壁。標(biāo)高40-50m的區(qū)域。 圖一、金竹山電廠，投產(chǎn)3個(gè)月后，在前墻標(biāo)高

3、41米處水冷壁管彎曲折裂爆破 圖二、珙縣電廠，投產(chǎn)半年后，爐膛前墻標(biāo)高45m中部區(qū)域開始出現(xiàn)水冷壁泄露、變形情況 圖三、鎮(zhèn)雄電廠，前墻中部，標(biāo)高47-65m區(qū)域，水冷壁鰭片變形拉裂，51m 處發(fā)生泄露 對(duì)比發(fā)現(xiàn)上述幾個(gè)電廠均為超臨界600MW及以上“W”火焰鍋爐，且水 冷壁爆管、拉裂現(xiàn)象均出現(xiàn)在鍋爐升降負(fù)荷期間。 四、超臨界鍋爐常見的拉裂區(qū)域及拉裂原因分析四、超臨界鍋爐常見的拉裂區(qū)域及拉裂原因分析 4.1拉裂原因分析 （1）水冷壁壁溫偏差問題 A.W火焰鍋爐燃燒器單列布置，爐膛很寬，低負(fù)荷或冷態(tài)點(diǎn)火時(shí)磨煤機(jī) 運(yùn)行數(shù)量少，因此從燃料輸入熱量方面看，極容易出現(xiàn)熱負(fù)荷不均的現(xiàn)象； B.超臨界W火焰鍋

4、爐水冷壁內(nèi)的水在管內(nèi)某處被完全汽化，管壁溫度因 吸熱量不同而不同，吸熱多的管子出口溫度高，水冷壁出口存在50-80的 偏差，如果爐內(nèi)燃燒影響熱負(fù)荷偏差過大，則水冷壁出口溫差也將更高； C.垂直管圈的布置形式無(wú)法使水冷壁均勻吸熱，增加了壁溫偏差的幅 度。 (2)水冷壁超溫問題 當(dāng)上部水冷壁管材超過500后，材料性能顯著下降、許用應(yīng)力 急劇下降，容易被拉裂。 溫度420 430 440450 460470480490500510520530540550560570580 590 600 許用應(yīng)力 MPa 132 131 130128 12612512412111811098867771655750

5、 超溫后許用應(yīng)力下降幅度（與報(bào)警溫度501比較）10.93 0.83 0.73 0.65 0.60 0.55 0.48 0.42 圖四、溫度與許用應(yīng)力對(duì)照表 (3)水冷壁材質(zhì)、安裝工藝問題 A.部分水冷壁管與設(shè)計(jì)不符； B.水冷壁材質(zhì)主要為15CrMoG，部分水冷壁Cr、Mo成分不夠； C.水冷壁在安裝過程中與鰭片焊接不到位。 (4)異物在水冷壁集箱出、入口和截流孔圈處堵塞問題 新安裝的機(jī)組，通過酸洗、吹管達(dá)到清除管內(nèi)焊渣、氧化皮 等滯留異物，若清理不徹底，仍有異物滯留管內(nèi)，機(jī)組正常運(yùn)行 后，堵塞異物的水冷壁管內(nèi)工質(zhì)通流減少，傳熱惡化，導(dǎo)致管壁 超溫，惡劣情況下將發(fā)生爆管。 綜上分析：由于水冷

6、壁超溫，膨脹量比正常時(shí)多出了150-200 mm，且在 鍋爐升降負(fù)荷時(shí)，如果輸入爐內(nèi)熱量不均，水冷壁管間的正流量特性不足以 補(bǔ)償熱偏差帶來(lái)的影響，將導(dǎo)致水冷壁出口壁溫偏差加大，隨之將引起鰭片 溫度應(yīng)力超標(biāo)，累計(jì)到一定程度后就會(huì)發(fā)生拉裂現(xiàn)象。 同時(shí)由于水冷壁在材質(zhì)、設(shè)計(jì)、安裝中存在的問題與管內(nèi)可能存在的異 物，進(jìn)一步增加了水冷壁變形、拉裂現(xiàn)象出現(xiàn)的可能性。 圖五、水冷壁溫度與膨脹量關(guān)系圖 4.2拉裂區(qū)域分析 （1）煙氣流向決定了鍋爐前墻中部位置易超溫 前 墻 火 焰 壓 后 墻 火 焰 ， 煙 氣 呈 C 形 后 墻 火 焰 壓 前 墻 火 焰 ， 煙 氣 呈 S 形 互 換 爐膛中部氧量 低、

7、燃燒最強(qiáng) 圖六、煙氣走向 （1）W火焰鍋爐主燃燒室布置大量衛(wèi)燃帶 “W”火焰鍋爐的主燃燒室內(nèi)布置大量衛(wèi)燃帶， 使該區(qū)域水冷壁 吸熱大幅度減少 ，使工質(zhì)在大比熱區(qū)避開吸熱最強(qiáng)的主燃燒區(qū)域。 圖七、衛(wèi)燃帶分布示意 綜上所述：超臨界鍋爐因煙氣走向決定了水冷壁拉裂現(xiàn)象一般出 現(xiàn)在前墻中部區(qū)域，因衛(wèi)燃帶的存在而很少出現(xiàn)在爐膛下部主燃區(qū)。 五、幾種防止水冷壁變形、拉裂的辦法五、幾種防止水冷壁變形、拉裂的辦法 5.1增加水冷壁壁溫測(cè)點(diǎn)及壁溫報(bào)警 研究表明在鍋爐運(yùn)行過程中控制爐膛水冷壁的管壁不超溫并將 沿寬度方向的汽溫偏差控制在合理范圍內(nèi)，是防止水冷壁開裂的最 有效的措施。 因此，在運(yùn)行中密切監(jiān)視水冷壁壁溫，出現(xiàn)超溫或溫差過大時(shí) 及時(shí)采取措施進(jìn)行調(diào)整能夠有效避免水冷壁拉裂。 5.2增設(shè)熱應(yīng)力釋放縫 研究表明超臨界鍋爐水冷壁拉裂區(qū)域集中在前墻中部，因此， 在該區(qū)域增設(shè)應(yīng)力釋放縫，將扁鋼割開以釋放應(yīng)力，是防止水冷壁 管因撕裂而泄露最直接、有效的措施之一。 5.3增設(shè)衛(wèi)燃帶 在全面掌握鍋爐各種負(fù)荷下壁溫和燃燒情況的同時(shí)，針對(duì)鍋爐 易出現(xiàn)高溫區(qū)域的部分水冷壁管子，增設(shè)一定量的衛(wèi)燃帶，以減少 該區(qū)域的吸熱量，降低該部分水冷壁管子出口的蒸汽溫度，從而降 低整個(gè)水冷壁區(qū)域的最高溫度水平，減少水冷壁的溫度偏差，減小 熱應(yīng)力。 5.4防止空預(yù)器堵塞 研究表明鍋爐在升降負(fù)荷時(shí)