1000MW超超临界锅炉故障研究.pdf

第 4 1卷第 3 期 2 O l O年 5月 锅 炉 技 术 BOI LER TECH NOLOGY VO 1 ． 41 ，NO ． 3 M a y ．， 2 0 1 0 文章 编号 C N3 1 1 5 0 8 2 0 1 0 0 50 0 5 3 0 4 1 0 0 0 MW 超超 临界锅炉 故障研究 李永华 ，郑 伟 ，杜承德 ，庞 开宇。 1 ．华北电力大学 动力工 程系 ，河北 ，保定 ，0 7 1 0 0 3 ； 2 ．华 电国际邹县发电厂 ，山东 邹 县 2 7 3 5 0 0 ； 3 ．国家电站燃 烧工程技术研究 中心 ，辽 宁 沈 阳 1 1 0 0 3 4 关键词 超超临界 ；锅炉 ；故 障 摘 要 超超 临界发 电机组 是我国洁净煤技术 的重要发展方 向之 一。针对邹县 电厂 1 0 0 0 MW 锅 炉 ， 研究 了 投运后出现的问题 ， 提 出了改进措施 ， 为我 国1 0 0 0 MW 超超 临界 机组 设计和运行维护提供 了参考 。 中 图 分 类 号 TK2 2 9 ． 2 文 献 标 识 码 A 0 前 言 华 电 国 际邹 县 发 电厂 是 一 座 现 代 化 特 大 型 坑 口火 力发 电厂 。 目前拥 有 4 3 3 5 MW 、 2 6 0 0 MW 和 2 X 1 0 0 0 MW 机 组 ， 总 装 机 容 量 4 5 4 0 MW ， 是全 国最 大 、 国 内综合 节能 和环 保水 平 最高 的燃 煤 电厂 之一 。 四期 工程 建 设 的 2 1 0 0 0 MW 超 超 临界 机 组 ， 是 国 内首 批百 万 千 瓦超 超 临界 火 电 机 组 引进 技术 国产 化 的依 托 项 目， 同 步 建 设 烟 气 脱 硫 装 置 ， 被 列 为 国家重 点 建设 工 程 。烟气 脱 硫 装 置 效 率 9 5 以上 ， 除尘效率高达 9 9 ． 9 ％， 每年单机循 环利 用城 市 中水 6 0 0多 万 t 。 1 0 0 0 Mw 超 超 临 界机 组 的投 产 对 于促 进 我 国 电力 技 术 创 新 和 科 技进 步 ， 实 现产 业 升级 ， 构 建 资 源 节 约 型 、 环 境 友 好型企 业 具有 重要 的意 义 。 论 文研 究机 组运 行 中 出现 的 问题 ， 为 我 国百 万 千瓦 超超 临界 机组 的设 计 、 运行 提供 参考 。 1 设备简介 华 电 国 际 邹 县 发 电 厂 四 期 工 程 2 1 0 0 0 Mw 燃 煤 汽轮发 电机 组 ， 锅 炉 为超 超 临 界 参 数变 压 直流 炉 、 一 次再 热 、 平 衡 通 风 、 运 转 层 以 上 露 天 布置 、 固态排 渣 、 全 钢 构 架 、 全 悬 吊结 构 n 型 锅 炉 。锅炉 的 系统 、 性 能设 计 由某 锅 炉集 团公 司与 技术 支持 方联 合 进行 ， 性 能 保 证 由技术 支持 方 负 责 。设计 煤 种 及 校 核 煤 种 为 兖 矿 煤 和 济 北 煤 矿 的混 煤 。锅 炉 出 口蒸 汽 参 数 为 2 6 ． 2 5 MP a a ／ 6 0 5 ／ 6 0 3 o C， 对 应 汽 机 的 入 口参 数 为 2 5 ． 0 MP a a ／ 6 0 0 ／ 6 0 0 ℃ 。最 大 连 续 蒸 发 量 B MC R 3 0 3 3 t ／ h ； 额 定蒸 发量 B R L 2 8 8 9 t ／ h 。 锅 炉受 热 面的 布置及 汽 水流 程如 图 1所示 。 卜省煤 器 ； 2 - 螺旋水冷壁 ； 3 - 螺 旋水 冷壁 出 口混合 集箱 ； 4 - 上 部水 冷壁 ； 5 - 折 焰 角； 6 - 启 动分 离 器 ； 7 - 顶棚 过 热 器 ； 8 - 包 墙 过 热 器 ； 9 一 低温过 热器 ； 1 o 一 屏式过热器 ； l 1末级过热器 ； 1 2 一 储水罐 ； 1 3 - 低 温再热器 ； 1 4高温再热器 ； 1 5 - 锅 炉再循环泵 图 l 锅炉受热 面的布置及汽水 流程 图 锅炉的循 环系统 由启动 分离器、 储 水罐、 启 动再循环泵 、 下降管、 下水连接管、 水冷壁 上升管 及汽 水 连接 管等 组 成 。炉膛 水 冷 壁分 上 、 下 两部 收稿 日期 2 0 0 91 0 2 0 作者简介 李永华 1 9 6 8一 ， 男 ， 博士 ， 教授 。主要从事锅炉技术研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 4 锅 炉 技 术 第 4 1卷 分 ， 下部 水 冷 壁 采 用 全 焊 接 的 螺 旋 上 升 膜 式 管 屏 ， 螺旋 水 冷 壁 管 采 用 了 内螺 纹 管 ， 上 部 水 冷 壁 采 用全 焊 接 的 垂 直 上 升 膜 式 管 屏 。螺 旋 围绕 水 冷壁与上部垂 直水冷壁的过渡方式采用 中间混 合 集箱形 式 。 锅 炉采 用前后 墙 对 冲燃 烧 ， 燃 烧 器 采用 新 型 的 HT NR 3低 NO 燃烧 器 。燃烧 系统 共布 置 4 8 只 HT NR 3燃烧 器 ， 前后 墙各 布置 2 4只 HT NR 燃 烧器 ， 分 3层 ， 每层 共 8只。前 后墙燃 烧器 编号 分 别为 A、 B、 C； D、 E 、 F 。在前 后墙 距 最上 层燃 烧 器 喷 口一 定距 离处 布置 一层燃 尽风 喷 口， 每 层 1 O 只 。燃烧 器 结构 图如 图 2所示 。 文丘里管 图 2 HT_ N R3 煤粉燃烧器结构 图 每 只煤 粉燃烧 器 均 设 有 点火 油 枪 ， 点 火燃 料 为 0号 轻 柴 油 ， 可用 于 点 火 、 稳 燃 。点 火 油 枪 采 用机械 雾 化 。每 只 油枪 的 出力 为 1 3 5 0 k g ／ h ， 油 枪 总 出力 为 3 O B MC R。燃 烧 器 每 层 风 室 的 人 口处 均设有 风 门挡板 ， 所有 风 门挡板 均 配 有 执 行 器 ， 可 程控 调 节 。全 炉 共 配 有 1 6个 风 门用 执 行 器， 执行器上配有位置反馈装 置， 执行器具有 故 障 自锁 保位 功能 。 每 台炉 配 6台 双 进 双 出 钢 球 磨 煤 机 ， 型号 B B D 4 3 6 0 。在 磨 制 设 计 煤 种 时 ， 设 计 钢 球 载 量 下 ， 煤 粉细 度 R。 。 一1 8时 ， 5台磨煤 机 运 行 可满 足 锅炉 带 B RL负荷 要求 ， 6台 磨煤 机 出力 不小 于 锅 炉 B MC R工况 下锅 炉燃 煤 消耗 量 的 l 1 5 oA ； 锅 炉 燃烧 校 核 煤 种 时 ， 6台磨 煤 机 出力 可 满 足 锅 炉 B MCR工况 。 2 锅炉故 障研究[ ’ ] 2 ． 1炉 顶漏灰 锅炉炉顶漏灰较严重 ， 停炉后发现部分 区域 甚 至达 到 了 0 ． 5 m 多 深 。主要漏 灰原 因为 水 冷壁 前 墙 与 顶 棚 人 口集 箱 处 的 密 封 由于 膨 胀 撕裂 和 焊 接 没 焊 好 开 焊 造 成 漏 灰 ； 水 冷 壁 两 侧 墙 与 顶 棚 之 间 的密 封 设 计 为 螺 栓 连 接 ， 运 行 一 段 时 间螺 栓 大 部 分 掉 光 后 造 成 漏 灰 ； 顶 棚 入 口集 箱 密 封 漏 点 共 1 9处 ； 低 过 区 域 漏 点 共 1 7处 。 高温过热器 、 屏式过热器区域 主要是热工温 度 测点 引线 在二 次密 封 盒 开孔 过 大 ， 密 封盒 存 在 个 别地 方漏 焊 、 开焊 现象 ， 造 成 漏 灰 ； 屏 过 区域 漏 点 共 3 2处 ， 高过 区域漏 点共 3 8处 。 高温再 热 器 区域 由于 二 次 密 封 盒 高 度 较 高 2 ． 3 m ， 密 封 板 太 薄 4 mm ， 运 行 过 程 中 随着 二 次密 封 盒 中 飞 灰 增 多 ， 加 上 保 温棉 的挤 压 ， 密 封 盒 出现 了“ 大 肚子 ” 现象 ， 有 多 处 开焊 、 撕 裂 ； 热 工 温度 测点 引线 开孔 洞 过 大 ； 密封 盒 和 顶棚 连接 处 有漏 焊现 象 ； 高 再 区域共发 现漏 点 4 7处 。 处 理措 施为 水冷 壁 前墙 与顶 棚 人 口集 箱 处 漏 点 ， 采取 用钢板 1 2 C r l Mo V， 4 mm 重 新修 整 和补 焊处 理 ； 侧 水 冷壁 与 顶棚 区域 将 密封 盒拆 开 ， 将 螺栓 连 接 的部 分 全 部 改成 焊 接 ， 密 封 盒 与 顶 棚 连接处 采用 钢板 宽 7 0 mm 1 2 C r 1 Mo V， 6 4 ram 重 新和顶 棚 鳍片焊 接 。 屏 式过 热 器 区域 的热 工 温 度 测 点 引 线 开 孔 都在 下部 ， 先 将 引线 孔 补 小 ， 然 后 在 引 线 孔 周 围 做 一 小方盒 ， 用 耐火 浇 筑 料灌 满 进 行 密封 。其 它 密封 盒开焊 漏焊 的地 方进行 补 焊 。 高温 过热 器 区域 的 热 工 温 度 测 点 引 线 是通 过槽 钢将所 有 的密 封 盒连 接起 来 的 ， 用 碳 钢 钢 板 4 mm 做 一方 形盒 将密封 盒 引线孔 与槽 钢包住 ， 其它 密封 盒开 焊漏焊 的地 方进行 补焊 。 高 再 密 封 盒 开 焊 和 撕 裂 区 域 用 钢 板 1 2 C r l Mo V， 6 4 ram 重新修 整 和补焊 。 由于大包 内受 热 面 管 道 穿 顶 棚 以上 到 与 联 箱 连接管 段全 部封 闭 在 密封 盒 内 ， 这种 结 构 的好 处 是 防止 穿 顶 棚 处 管道 和顶 棚 密 封 固定 连 接 形 成 焊接死 点 ， 防 止 膨 胀 受 阻 、 减 少 应 力 集 中 引 起 管 道撕 裂 。机 组 停 运 时 ， 对 这 部 分 管 段 、 温 度 测 点 及 附件 很 难完全 检 查 到 ， 本次 大 修 对 部分 密 封 盒割开进行了检查 ， 由于受位置限制也不能全 面 检查。热工专业检测到有部分温度测点失效 ， 因 为 看不 到测 点 ， 还 很 难 确定 是 什 么 原 因造 成 。势 必 要逐 个 割 开 密 封 盒 进 行 检 查 ， 花 费 大 量 人 力 物 力 。 针对 该 炉 的 问题 ， 在 以后 的 设 计 中， 建 议 将 屏式过热器、 高温过热器、 高温再热器联箱 区域 的密 封盒 割 除 ， 更 改 大 包 顶 棚 一 次 密 封 方 式 ， 同 时借鉴 6 0 0 Mw 炉顶密封设计 ， 大包四周加装壳 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 李永华 ， 等 i 0 0 0 Mw 超超l 临界锅炉故 障研究 体板， 内壁敷设保温层 ， 将 大包改造为气 密性大 包 ， 对锅 炉整个 顶 部起 到二 次 密 封 作 用 。既 可 防 止大 包 因一 次 密封 不 严 造成 的顶 部 泄 漏 ， 又 能 增 加美 观 。检修 中对 热 工 壁 温 测 点 、 联 箱 管 座 、 焊 口防磨 防爆 检 查 、 缺 陷 处 理 将 更 加 直 接 ， 不 必 再 考虑 在密 封盒 上 临时 开 孔 ， 提 高检 查 的进 度 和 准 确性 。 2 ． 2 燃烧 器故 障 停 炉 检 查 发 现 ， F 1燃 烧 器 中心 筒 前 部 开 裂 2 0 0 mm 变 形 ， A4 、 A7 、 B 3 、 B 4 、 F 4燃 烧 器 中 心 筒前 部变形 。 E 6 、 F I 、 F 4燃 烧 器 内部 积 灰 严 重 ， 堵 塞 一 次 风 通道 约 1 ／ 3。 B 2 、 B 3 、 B 5 、 B 6 、 B 7 燃 烧 器外 法兰 接 口中间位 置 磨损 深约 5 mm。 B 3 、 B 5 、 B 6 、 B 7 、 B 8 ， D 4 、 D 7燃 烧 器 中心 筒 上 部 一次 风粉 人 口 中间 位置 磨 损 严重 ， 深约 2 5 mm ～ 3 0 mm。燃烧 器故 障如 图 3所示 。 a 燃烧器内部堵焦、 内套筒前部变形开裂 b 燃烧器内套筒迎 风侧冲刷严重 图 3燃烧器故 障 各 燃烧 器一 次 风 速未 进 行 细 致 的 调整 ， 变 形 开裂 的燃烧 器 内套 筒 均安 装 在 炉膛 后 墙 ， 一 次风 管 道长 度较 前墙 燃 烧器 长 ， 运 行 中一 次 风 管 风速 较 低 ， 机 组 实际运 行 时 就 曾 多次 发 生 一 次 风 管 温 度 较其 它管 道低 的 现 象 ， 不得 不 临 时 开 启 吹 扫 风 进行 吹 扫 。长 期 运 行 后 ， 积 粉 容 易 烧 结 成 焦 块 ， 加剧了堵塞 ， 燃烧器 中心筒前端得不到有效 的冷 却 ， 进而 变形 。 燃烧 器 的磨 损 则 主 要 由 于 一 次 风 粉 的 长 期 冲刷所致 ， 燃烧器易冲刷部位也未采取任何防磨 措 施 ， 也是 原 因之一 。 由于磨 煤 机 出 粉 管 双 芯 可 调 缩 孔 受 煤 粉 直 接 冲刷 ， 属 于 易磨损 件 ， 长期 运 行 后 ， 标 定 好 的一 次 风 速随着 缩 孔处 通 流 面 积 的增 大 ， 一 次 风 速 会 发 生变 化 ， 因此 应 加 强 检 查 各 一 次 风 管 的温 度 ， 对 温度 偏低 的一次 风 管 及 时用 清 扫 风 进 行 吹 扫 ， 并根据各一次风管 的吹扫频率 ， 定期标定一次风 速 ， 检 查缩 孔 的磨 损 情 况 ， 磨 损 严 重 时 应 及 时更 换 。由于此 类 型燃烧 器 端 面 无 检 查 孔 ， 运 行 中从 炉 外无 法观 察停 磨 吹扫 情况 。 处理措施 将燃烧器 中心筒全 部抽出， 对 中 心筒 前部 变 形部 位进 行 整 形 ， 对 开 裂 的 焊缝 进 行 了焊补 ， 并打 磨平 整 。对燃 烧 器 一 次 风 通 道 内 的 积 粉进行 清 理 。磨 损 严 重 部 位 进行 焊补 ， 贴 耐磨 陶 瓷 。锅炉 投 人 正 常 运 行 后 ， 调 整 缩 口的 开 度 ， 重新 标定 了一次 风速 。 2 ． 3 四管防 爆处 理 冷灰斗 水冷壁 管损伤 冷灰斗北 墙东 数第 2 0 0 根水冷壁 管 弯 头处 有 安 装 时 割 的深 坑 ， 管 壁 减 薄 约 5 mm； 另外冷 灰斗 北 墙水 冷壁 管 东数 第 2 0 1 ～ 2 0 9 根 ， 冷灰斗 南 墙水 冷 壁 管 东 数第 4 4 、 6 1 、 6 6根 都 有不 同程度 的轻微硬 伤 。如 图 4 所示 。 图 4 水冷壁 气割 、 撞击损伤 冷灰 斗 水冷 壁 管 损伤 处 理 更 换 冷 灰 斗北 墙 东数 第 2 0 0根 水冷 壁 管 弯 头部 分 ， 其 它损 伤 管 段 打磨 后焊 补 处 理 。执 行 焊 接 工 艺 卡 ， 探 伤 合 格 ， 对其 它不 同程 度 的 割 伤 和 撞 击 硬 伤 检 查 ， 打 磨 、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 锅 炉 技 术 第 4 1 卷 焊补 处理 。 低温再热器 HR 4 ／ HL 4吹灰器 通 道北 侧 东数 第 3 5 、 3 7 、 5 2 、 7 0 、 7 3 、 7 4 、 7 7 、 8 2 、 8 7 、 9 1 、 9 5 、 9 7 、 9 8 、 1 0 3 排南 数第 2根管 子 规格 西 5 7 ram4 ． 2 mm， 材质 S A一2 O 9 T1 a 均 有深度约 1 mm～2 mm 的凹 坑 ， 该通道北侧 东 数第 4 0排 南数 第 2根 管子有 深 度 约 3 mm 的凹坑 ， 已有泄漏痕 迹 。如 图 5 所示 。 图 6焊缝裂纹 表 面裂纹 的处 理 对 表 面裂 纹 的 焊缝 进 行 打 磨处理， 裂纹深度均小于 3 mm， 大部分裂纹深度 小 于 1 mm。对 存 在 较 严 重 表 面 裂 纹 的焊 缝 4 3 号 、 6 9号 进 行 打磨处 理后 壁厚 测 量 ， 剩 余 壁厚 大 于 7 9 mm， 仍 达 到原 设 计 的 直 管 段 壁 厚 值 7 7 ． 9 ram ， 进行 了 圆滑过 渡处 理 。 图5 低温再热器管气割损伤， 已有泄漏痕迹 3 结 论 低 温再 热器 管子 损 伤 处理 更 换 了北侧 东数 第 4 0排南 数第 2根有 泄漏 痕迹 的管子 ， 其余 损伤 管 段焊补 处理 。 省煤 器 人 口联 箱 附近 西 数第 1 6排 下 数第 1 根 管子 与安 装 遗 留 管子 摩 擦 碰撞 ， 磨 损 超 标 壁 厚测 量6 ． 8 mm， 管 子规 格 咖 5 7 mm8 mm 。 省煤 器 管子磨 损 超标 处 理 割 除安 装遗 留管 子 ， 运行 中不 再 磨 擦 省 煤 器 管 ， 对 省 煤 器 磨 损 管 段 打磨 ， 焊补 处理 。 大修 中对 P 9 2管道 厂 家 焊缝 进行 检查 处 理 ， 对 P 9 2钢管 道和集 箱 焊缝 进 行磁 粉 探 伤 、 超声 波 探 伤 、 磁记 忆 检验 、 壁 厚测 量 、 金 相 组 织 检验 和硬 度 测试 ， 共 检验 了 7 6个 P 9 2钢管 道 和 集箱 焊 缝 ， 存 在表 面裂纹 的焊 缝有 2 4个 。如 图 6所示 。 1 锅炉 的设 计 、 制 造 、 安 装 、 运 行 和 维 护 各 个环 节 都 影 响 其 安 全 经 济 性 ， 需 要 进 行 优 化 设 计 、 提 高制 造水平 、 保 证 施 工质 量 、 积 累设 备 检 修 和运行 调 整 的经 验 ， 不 断 优 化设 备 的运 行 方 式 ， 提高设 备 的检 修 质 量 。这样 才 能 够 充 分 发 挥 大 机组节 能 减 排 的 优 势 ， 不 断 降低 能 耗 ， 确 保 各 项 经济 指标最 优化 ， 为 增 强企 业 市 场竞 争 力 奠 定 了 坚实基 础 。 2 经过 以上处 理 ， 消除 了缺 陷 ， 实 现 了锅 炉 的安全 经 济运行 。 参考 文献 [ 1 2杜承德．1 0 0 0 Mw 锅炉大修典型缺陷研究 [ D] ．保 定 华北 电力大学 ， 2 0 0 8 ． S t u d y O R t h e F a i l u r e o f 1 0 0 0 MW Ul t r a s up er c r i t i c a l Boi l er LI Yo ng hu a ， ZH ENG W e i ，DU Che ng d e ，PANG Ka i yu 。 1．Powe r En gi ne e r i ng De pa r t me n t o f Nor t h Ch i n a El e c t r i c Uni v e r s i t y，Ba od i n g 0 71 0 03，Ch i n a； 2 ． Zou xi a n Po we r Pl a nt o f Hua d i a n i n t e r n a t i on a1 ，Zoux i an 27 35 0 0，Chi na； 3 ．Th e S t a t e En g i n e e r i n g Te c h n o l o g y Re s e a r c h Ce n t e r o f Co mb u s t i o n o f P o we r P l a n t ，S h e n y a n g 1 1 0 0 3 4，Ch i n a Ke y wor d s ul t r a s u pe r c r i t i c a l ； b o i l e r ； f a i l u r e Ab st r a ct Ul t r a s u pe r c r i t i c a l un i t i s t he o ne o f t he i mpo r t a n t de ve l op me nt di r e c t i o n of c l e a n c oa l t e c hn ol og y i n ou r c ou nt r y ． Ai me d a t 1 00 0 M W bo i l e r of Zou xi a n Po we r Pl a n t ， t h e s t u d y o f f a i l u r e a f t e r op e r a t i on wa s c o mpl e t e d，t h e i mpr o v e d me a s u r e wa s gi v e n ． I t i s t h e r e f e r e nc e of d e s i g n a nd o p e r a t i on ma i n t e n a nc e o f 1 0 00 M W u ni t ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m