【文摘】对华电红雁池电厂#1锅炉高温过热器管屏长期存在超温现象进行分析，经运行采取各种调整措施无效果的情况下，对引起超温的原因进行了论证，并提出了对设备的改造意见。
【关键词】超温 过热器出口集箱 更换
1、前言
华电红雁池电厂#1锅炉为武汉锅炉厂制造的WGZ 670/13.7-10型超高压锅炉，基本型式为：自然循环、一次中间再热、倒U型布置、中速磨正压直吹式制粉系统、直流燃烧器四角切圆燃烧。
#1锅炉高温过热器布置在折焰角上方水平烟道，属于对流式传热方式。高温过热器受热面蛇行管排沿炉膛宽度方向布置有97排，高温过热器材质：T91，管子规格：Φ42×5.5，计算管壁温度：579℃，允许管壁温度：565℃。
2、设备现况
2.1存在问题
#1锅炉高温过热器管屏长期存在超温现象。在实际运行当中，不管任何磨的运行组合方式，都存在着高过管壁超温现象。主蒸汽温度升至额定值535℃时，高过部分管壁温度达565-570℃以上。高过管壁超温严重影响锅炉安全运行，为防止锅炉发生爆管事故，目前采取降低主汽温度措施，来防止超温。
#1锅炉高过超温最严重的主要有以下三个超温点，位置：
1）测点名XB05TE103，位置在高过出口蛇形管第24排。
2）测点名XB05TE107，位置在高过出口蛇形管第62排。
3）测点名XB05TE111，位置，高过出口蛇形管第82排。
机组80%负荷，上层三台磨煤机运行，主汽温度532℃时纪录的高过各排金属管壁温度如图表1所示
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2.2设备规范
#1锅炉高温过热器主要技术参数及设备规范
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2.3对设备危害
2000年6月#1锅炉投运以来，一直存在着高过管屏超温情况。2001年4月大修中更换82、88、91排第一根管子。2006年3月发生爆管，爆管位于第50排第二圈迎火侧的下弯头处，并将第48、49、51、52排部分管子冲薄，从爆口的外观判断：管壁过热是引起爆管的主要原因。2008年2月高过爆管，爆管位置高温过热器出口集箱第41排连接短管，并将大罩壳内第38、39、40、42、47、51、58、59、61、62、72排第一根管子减薄。
经过分析得知，我公司#1锅炉爆管位置主要原因为高过管屏超温。而造成超温的原因主要为设计上存在问题。为防止超温爆管，我公司#1炉被迫采用降低主再热汽温的方法维持锅炉运行，一度将主再热汽温降低至520℃运行。
3、采取的运行调整措施
3.1为减轻管壁超温现象，运行调整方面主要从以下几个方面入手：
首先，正常运行时，控制主蒸汽温度在规定范围内，甲、乙侧温度偏差不大于15℃．如超出此限，应该积极设法调整平衡；运行调整中，控制一级减温器后温度在410℃左右，最高不宜超过425℃；二级减温器后温度在440℃，最高不宜超过460℃。为此在启动备用磨煤机时，应加大运行磨煤机的入炉煤量，并保证风煤比适当。启动后，减小运行磨煤机的煤量，尽量保证入炉煤的平衡。也可以提前使汽温缓慢降至525℃左右，随后缓慢调整至正常值。严格控制升温升压速度。
其次，在正常切换磨煤机时，应加强对炉内、外二次风的调整，防止出现火焰偏斜及跑边现象。如汽温上升较快，可增加上排磨煤机二次风量，适当降低一次风速。将火焰中心下移，配合减温水及烟气挡板，使汽温不超标；二次风在燃烧器各层之间的分配方式采取缩腰型的配风方式，将上层和下层的二次风挡板开度调节为100%，中部二次风挡板开度调为30%，当煤质较好时可调节到50%。采取缩腰型的配风方式可加强煤粉的着火，提高燃烧的稳定性和经济性，另外，炉膛结焦也可加以改善。原因在于中部二次风处于两个一次风气流的中间，当其动量较小时，一次风气流对其的卷吸量较小，负压也较小，因此从上角来的主气流所造成的冲击力也较小，从而不会使中部的一次风气流严重偏转而引起结渣。
最后，该锅炉在实际运行中，由于炉内气流组织不佳，造成火焰中心偏移。譬如，四角上的燃烧器风粉动量分配不均匀，致使实际切圆变形，高温火焰偏离炉膛中心，根据实测结果，发现1号角一次风速明显高于其他各角，而２号角则偏低，火焰中心向后墙3号角偏斜，因此后墙结渣严重。
3.2防止炉内结焦引起超温的措施：
1）适当降低一次风速度。一次风速度调整必须根据煤质的变化来进行，在额定负荷下，当燃用优质烟煤时，将一次风速度降低到30 m/s以下；当燃用一般烟煤时，将一次风速度降低到26m/s以下。降低一次风速度可降低一次风射流的刚性，防止煤粉气流冲击对面炉墙从而防止炉膛结渣。
2）严禁机组超出力运行，为防止汽机电液调节系统摆动或因电网影响，而致机组超出力，要求机组最大电负荷不超，锅炉蒸发量不得大于670T/H。根据燃烧方式和规程，在锅炉加减负荷要求时，严格执行先加风后加煤；先减煤后减风的原则。合理调整风煤比，严格控制烟气含氧量在规程范围内。要求各喷燃器内外二次风挡板的开度固定为：值班员在巡视检查中，要加强对挡板开度的校核，不能随意改变挡板开度，发现设备问题及时联系检修处理。
3）各班应加强对炉膛内部结焦情况的检查，每班不得少于2次，发现问题应及时汇报。各班在保证每班吹灰一次的过程中，就地检查吹灰蒸汽参数是否符合要求，各吹灰器进出炉膛是否顺畅，有无卡涩现象。特别是在工况出现异常的情况下可适当对屏式过、高再、水平烟道进行选吹，增加重点部位的吹灰次数。若吹灰器出现问题，应及时联系处理，各班对吹灰一定要保证。
4）尽量减少上层磨的运行时间，每周对上层磨进行切换运行一次。为保证火焰中心位置，应对捞渣机关断门、炉膛人孔等各部漏风处检查，发现漏风应及时联系处理，并保证水封的严密性。磨煤机出口分离器挡板开度现已重新调整，主控应对磨煤机出力加以控制，在磨煤机出力不足时，应根据磨出力电流、风压等参数判断磨出力是否满足要求，不得随意变动磨出口挡板开度。
5）应重点对以下参数进行监视：氧量表、烟气温度、空预器入口烟温、空预器出口烟压、各管壁壁温、减温水量与给水量和主汽流量的分配，发现异常，及时查找原因。每班应对省煤器落灰管进行检查，保证下灰量的正常，如发现下灰不畅和堵灰，立即联系检修处理，不得随意停运锁气器的运行。在机组全天大负荷运行情况下，值长在低谷段应有意将负荷降至100MW左右，让锅炉掉焦。要求化学专业加强入炉煤的监督化验，及时将结果报锅炉处。
6）应严格执行吹灰器管理制度，不得随意对吹灰器停运，如排烟温度偏高，减温水量投入较大时，应有针对性地增加吹灰区域和吹灰次数。
4、运行调整效果
尽管已经制定了详尽的运行调整措施，在原煤煤质接近设计煤种时，利用以上的调节措施，可有效的控制管壁超温现象，可在原煤日益紧张的今天，原煤煤质很难达到设计要求，在煤质差结焦量大情况下，管壁超温的情况仍然很严重，在长时间投入吹灰器后，吹灰对金属管壁的吹损现象又突现出来，因此很难达到一个平衡的状态，既少吹灰又不超温的情况。运行调整已采用各种调整方法均无法彻底消除炉内因烟气温度偏差引起的管壁超温现象。
经2007年华电集团公司动力技术研究中心节能评价专家组对我公司节能评价查评，发现#1锅炉运行至今主蒸汽温度达不到设计值，运行值平均在531℃，如果再提高主、再热蒸汽温度，高过及高再管壁温度就会超过565℃，也曾经因为超温发生过爆管现象，为保证机组的安全运行，现阶段采取降温运行。超温的主要原因为烟气偏差，其次是管内蒸汽工质流量不均匀。并提出整改建议:
1）加强吹灰；
2）加装风粉在线装置；
3）建议在机组大修时刷涂料或将高过、高再集箱、管接座、连接短管管材升级；
4）加设炉膛出口的烟温测点，能有效地观测实际运行期间的烟气温度偏差，提高燃烧调整的及时和有效性。
5、高温过热器及进出口集箱布置方式
武汉锅炉厂在设计时考虑高过集箱及炉外管段非直接受热面，故采用耐热等级稍低的材质，如图表3所示。
高温过热器集箱以及集箱上的连接短管为12Cr1MoV材质，炉内的高过出口管为SA-213T91材质，在集箱连接短管与SA-213T91管之间一段管子材质为钢研102。
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经新疆电力调式研究所试验发现过热器存在管内蒸汽工质流量不均匀的现象，2004年03月在#1炉检修中根据锅炉制造厂家的意见将高过管屏最内圈割除20米，可仍然存在管内蒸汽工质流量不均的现象，导致过热器管壁有超温现象。
6、改造的必要性
6.1运行调整方面
通过这几年的运行情况，在运行调整方面做了大量的工作，也因此制定了详尽的技术措施，改变炉内动力场，对煤粉细度进行了调节，制定了在各种工况下的吹灰措施，在原煤煤质较好的情况下，这些措施能有效控制管壁温度不超温，可在煤质变化较大时，就不得不进行降温运行。
6.2锅炉设计方面
1）由于锅炉设计原因及管壁结垢原因使过热器各管阻不同，使得过热器管内蒸汽工质流量不均的现象无法消除。
2）武汉锅炉厂设计高温过热器集箱以及集箱上的连接短管为12Cr1MoV材质，允许使用的温度极限为580 ℃。炉内的高过出口管为SA-213T91材质，在集箱连接短管与SA-213T91管之间有一段管子材质为钢研102。钢研102允许使用的温度极限为620 ℃，SA-213T91材质耐温650℃。超温爆管的部位主要集中高过出口联箱连接短管部位（材质12Cr1MoV处）。
为了防止过热器管壁超温，为了将主汽温度调整至额定值以提高机组效率，我们决定采用将高过集箱、管接座、连接短管及连接短管与SA-213T91管之间一段管子材质为钢研102的管材升级的办法，以达到防止因金属管壁超温而引起管壁爆破的事故。
7、高温过热器出口集箱改造方案
将过热器出口集箱和集箱上的管座、短管，将出口集箱和管座、短管的材质由12Cr1MoV全部更换成SA-213T91 (耐温650度)材质,提高此部位的耐热温度。同时将高过出口管屏上钢研102段也更换为SA-213T91材质。
方案简述如下：
（1）在#1炉大罩壳内将高过出口联箱保温拆除，将甲侧大罩壳上开直径3000mm以上孔，便于新旧联箱的出入。
（2）从高过出口联箱与两侧主蒸汽管道连接的焊缝处，将联箱割除。同时从各高过管排连接短管焊缝处将12Cr1MoV管段和钢研102管段全部割除。
（3）利用手拉葫芦将旧集箱倒出大罩壳，将新集箱吊入就位。
（4）在现场完成582个高过管排破口制作，进行原SA-213T91管与现SA-213T91管子的焊接。
（5）完成高过出口联箱与甲乙侧出口集汽管焊接工作，此项工作在破口制作完成后进行，焊接工作不间断进行。以上各部位管子焊接完成后24小时必须进行热处理。同时要求每道焊口必须进行焊缝金属检查拍片工作。
（6）在#1锅炉水压试验检验合格后，拆除脚手架，恢复大罩壳钢架和保温，封闭人孔门，工作结束。
8、结束语
根据对#1锅炉这几年的运行情况，管壁超温现象严重，由于煤质与设计煤种偏差的增大，从燃烧调整方面已无发减轻管壁超温，加上锅炉设计方面的缺陷，特提出更换高过出口集箱的改造方案，以彻底解决锅炉管壁超温的情况。
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