某超臨界鍋爐水冷壁橫向裂紋形成原因分析摘要在當(dāng)今火電事業(yè)的迅速發(fā)展之中，為了實(shí)現(xiàn)降低能耗和污染的目標(biāo)，發(fā)展超臨界和超超臨界火電機(jī)組刻不容緩。華能營(yíng)口電廠II期2臺(tái)600MW超超臨界鍋爐作為國(guó)內(nèi)首批首臺(tái)和第二臺(tái)投產(chǎn)的機(jī)組，在近期檢修期間發(fā)現(xiàn)水冷壁局部存在橫向裂紋，影響機(jī)組運(yùn)行安全。水冷壁管表面的橫向裂紋位于爐內(nèi)熱負(fù)荷高的區(qū)域，裂紋從外壁向內(nèi)壁向著火側(cè)發(fā)展。裂紋的宏觀形貌和微觀特征表現(xiàn)出熱疲勞裂紋。L高于火背面，表明該區(qū)域的防火墻側(cè)面有輕微的超溫現(xiàn)象。從金相分析結(jié)果來看，裂紋產(chǎn)生的原因是短期超溫和溫度交替作用的結(jié)果。經(jīng)過大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和參數(shù)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在機(jī)組運(yùn)行過程中，水冷壁出口溫度迅速波動(dòng)，溫度波動(dòng)過程中出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，由此對(duì)橫向裂紋形成原因進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：超超臨界；鍋爐；水冷壁；橫向裂紋；

目錄7379摘要 110730第1章緒論 3136801.1超起臨界鍋爐的發(fā)展 3113621.1.1超臨界定義 321571.1.2超超臨界定義 3187751.1.3超臨界鍋爐的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 31071.1.4超臨界鍋爐發(fā)展趨勢(shì) 8171241.1.5超超臨界鍋爐水冷壁系統(tǒng) 912271.2超臨界機(jī)組現(xiàn)階段主要問題 986621.3背景及意義 10262111.3.1課題背景 10148161.3.2課題意義 1016242第2章設(shè)備簡(jiǎn)介 112.1鍋爐設(shè)計(jì)特點(diǎn). 112.2水冷壁設(shè)計(jì)特點(diǎn). 132.3燃燒系統(tǒng)特點(diǎn). 15第3章水冷壁橫向裂紋情況. 163.1裂紋位置 15239093.2裂紋形式 17215753.3裂絞形成機(jī)理 19112413.4本章小結(jié) 1916376第4章水冷壁溫度分布特性 2134144.1水冷壁溫度測(cè)點(diǎn) 21198484.2水冷壁工質(zhì)溫度分布 21249764.3水冷壁工質(zhì)溫度分布趨勢(shì) 24133384.4本章小結(jié) 2728587第5章運(yùn)行工況分析及燃燒調(diào)整 2810065.1運(yùn)行工況分析 28156665.1.1燃煤特性 2836915.1.2運(yùn)行工況分析 30179525.2燃燒調(diào)整試驗(yàn) 36301025.2.1試驗(yàn)項(xiàng)目 3665015.2.2試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果 37137165.3調(diào)整試驗(yàn)分析總結(jié) 41121995.3.1消除設(shè)備缺陷 41259165.3.2AGC指令的大幅、頻繁變化 42271345.3.3磨煤機(jī)投運(yùn)方式 42308225.3.4水動(dòng)力核算匹配熱負(fù)荷 4339955.4本章小結(jié) 4331072第6章結(jié)論與展望 4425116.1結(jié)論 4470356.2展望 4422783參考文獻(xiàn) 46第1章緒論1.1超起臨界鍋爐的發(fā)展1.1.1超超臨界定義日本的定義為壓力大于24.2MPa，或溫度達(dá)到593℃；丹麥定義為壓力大于27.SMPa：西門子公司的觀點(diǎn)是應(yīng)從材料的等級(jí)來區(qū)分超臨界和超超臨界機(jī)組等等。我國(guó)電力百科全書則將超超臨界定義為：蒸汽參數(shù)高于27Mpao。綜合以上觀點(diǎn)，一般將超超臨界機(jī)組設(shè)定在蒸汽壓力大于25MPa，蒸汽溫度高于580℃的范圍。1.1.2超臨界鍋爐的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)中國(guó)擁有世界第二大發(fā)電和發(fā)電裝機(jī)容量。在年發(fā)電量中，火電占81.54％，這是中國(guó)主要的發(fā)電，中國(guó)的主要燃煤發(fā)電。中國(guó)燃煤電廠存在的突出問題是：?jiǎn)挝恍实停汉母?。目前，發(fā)展先進(jìn)燃煤發(fā)電技術(shù)需要考慮的問題是效率，環(huán)保性能，可靠性，機(jī)動(dòng)性，投資和廢物利用率。為此，未來發(fā)展先進(jìn)燃煤發(fā)電技術(shù)的主要途徑是燃煤聯(lián)合循環(huán)和高效超臨界發(fā)電技術(shù)。其基本設(shè)計(jì)理念是：提高機(jī)組的發(fā)電效率，降低油耗，從而降低電價(jià)，減少有害物質(zhì)的排放。高效超臨界發(fā)電技術(shù)是基于該技術(shù)已經(jīng)非常成熟的傳統(tǒng)煤基超臨界發(fā)電技術(shù)，進(jìn)一步提高了蒸汽的先進(jìn)參數(shù)和先進(jìn)的煙氣脫硫脫硝技術(shù)。超臨界壓力機(jī)組是世界上比較成熟的技術(shù)，與亞臨界機(jī)組相比，其效率大大提高。因此，在相同的發(fā)電能力下，煤耗低于亞臨界機(jī)組，污染物排放量相對(duì)較小。因此，發(fā)展超臨界機(jī)組以應(yīng)對(duì)中國(guó)火電發(fā)展面臨的規(guī)模和困難勢(shì)在必行。加快高效超臨界火電機(jī)組的建設(shè)和發(fā)展，是解決電力緊張，能源利用率低，環(huán)境污染嚴(yán)重的最實(shí)際有效途徑。預(yù)計(jì)高效超臨界機(jī)組將成為中國(guó)下一代燃煤火電機(jī)組的主發(fā)電機(jī)組。（1）國(guó)內(nèi)外超臨界機(jī)組發(fā)展情況1）.國(guó)外超臨界機(jī)組發(fā)展情況早在20世紀(jì)60年代初，美國(guó)，俄羅斯和日本就開始發(fā)展大型超臨界機(jī)組。超臨界壓力機(jī)組初期產(chǎn)生的蒸汽參數(shù)設(shè)定為25MPa，蒸汽溫度為560℃。由于壓力和溫度升高，主要耐熱材料已經(jīng)升級(jí)，并且所有系統(tǒng)的輔助閥門都已更新。直流鍋爐和復(fù)雜系統(tǒng)的采用導(dǎo)致早期超臨界壓力設(shè)備的高失效率及其放緩。20世紀(jì)80年代以來，隨著金屬材料，輔助機(jī)械和系統(tǒng)的成熟，超臨界技術(shù)發(fā)展迅速。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前共有169個(gè)超臨界機(jī)組，其中俄羅斯224個(gè)，日本94個(gè)，德國(guó)10個(gè)，意大利13個(gè)，南非和澳大利亞超臨界機(jī)組。單機(jī)最大容量已達(dá)1200?1300MW。經(jīng)過40多年的不斷完善和發(fā)展，目前超臨界機(jī)組已進(jìn)入成熟和實(shí)用階段。具有超超臨界參數(shù)的機(jī)組也已成功投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。美國(guó)于1957年投運(yùn)第1臺(tái)125MW試驗(yàn)性的高參數(shù)超臨界機(jī)組（31MPa、621/566/538℃），過多的初始蒸汽參數(shù)超過了現(xiàn)有技術(shù)水平，使設(shè)備暴露于許多有問題的操作并降低了設(shè)備的操作可靠性。然而，一些已投入運(yùn)行的汽輪機(jī)相繼降價(jià)，情況有所好轉(zhuǎn)。到20世紀(jì)70年代后期，超過100個(gè)超臨界機(jī)組已經(jīng)在運(yùn)行，占當(dāng)時(shí)全部熱容量的30％。1972年投產(chǎn)了世界上第一臺(tái)1300MW超臨界機(jī)組的單機(jī)容量。到1994年，共有9個(gè)單位投入使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至1985年，美國(guó)大部分超臨界機(jī)組的主蒸汽參數(shù)為24.13MPa，主蒸汽溫度和再熱溫度為538℃?566℃。1990年前后，超臨界機(jī)組的溫度和壓力正在上升。俄羅斯超臨界機(jī)組的發(fā)展主要基于中國(guó)的自主發(fā)展。第一臺(tái)300MW超臨界機(jī)組于1963年投入運(yùn)行，其后超超臨界機(jī)組達(dá)到300MW及以上。迄今，基本上形成300MW、500MW、800MW、1200MW等4個(gè)容量等級(jí)，參數(shù)基本保持在23.5MPa、540/540℃。超臨界機(jī)組占火電容量50%以上，最大單機(jī)容量為1200MW。目前俄羅斯的列寧格勒金屬工廠和莫斯科動(dòng)力學(xué)院又設(shè)計(jì)了新一代高參數(shù)超臨界機(jī)組，蒸汽參數(shù)為(30～32)MPa,580～600/580～600℃，給水溫度300℃。當(dāng)凝汽器壓力為（3.4～3.6)kPa時(shí)，預(yù)計(jì)電站的效率為44% ～46%。日本發(fā)展超臨界機(jī)組雖然起步較晚（20世紀(jì)60年代中期），但發(fā)展快、收效大。其采取引進(jìn)、仿制、創(chuàng)新的技術(shù)路線，與俄羅斯形成鮮明的對(duì)比。日本于1967年從美國(guó)進(jìn)口首臺(tái)600MW超臨界機(jī)組，兩年后仿制的同型機(jī)組就己投運(yùn)：而1971年投運(yùn)的600MW超臨界機(jī)組則有效地利用了日本自己的技術(shù)。80年代以后，日本吸取歐洲的經(jīng)驗(yàn)，自行開發(fā)了能帶中間負(fù)荷滑壓運(yùn)行的超臨界直流鍋爐?，F(xiàn)在容量為450MW以上的機(jī)組均采用超II臼界參數(shù)，一般為24.1MPa/538/566℃，一次再熱；少數(shù)機(jī)組采用24.lMPa/538/538℃或24.lMPa/538/552/566℃，二次再熱。目前日本超臨界機(jī)組己占其火電容量的50%以上，最大單機(jī)容量為lOOOMW。而且開始向更高參數(shù)發(fā)展，蒸汽溫度多在566℃-593℃的范圍內(nèi)。1989年日本技運(yùn)了世界上第1臺(tái)采用超臨界參數(shù)的川越電廠1號(hào)機(jī)組，其主蒸汽壓力為31MPa，溫度為566/566/566℃（二次再熱）。德國(guó)也是發(fā)展超臨界技術(shù)最早的國(guó)家之一，但其單機(jī)容量較小。1956年參數(shù)為29.3MPa、600℃（無再熱）的117MW超臨界機(jī)組投運(yùn)，1972年首臺(tái)430MW(24.5MPa、535/535℃）超臨界機(jī)組投運(yùn)。德國(guó)近年來很重視發(fā)展超臨界機(jī)組，目前最具有代表性的是1992年投運(yùn)的斯道丁格電站5號(hào)機(jī)組，該機(jī)組容量為535MW，參數(shù)為26.2MPa、545/562℃，機(jī)組凈效率可達(dá)43%。丹麥NORDJYLLANDSVARKET電站1998年投運(yùn)1臺(tái)容量為400MW、29MPa、二次再熱、主蒸汽和再熱蒸汽溫度為580/580/580℃的超臨界機(jī)組，在凝汽器壓力為2.lkPa時(shí)，機(jī)組效率高達(dá)47%。丹麥于2001年投運(yùn)的1臺(tái)超臨界機(jī)組效率高達(dá)49%，這是目前世界上已知的超臨界機(jī)組中運(yùn)行效率最高的機(jī)組。國(guó)際上通常把主蒸汽壓力在28MPa以上和主蒸汽、再熱蒸汽溫度在580℃（2及其以上的機(jī)組定義為高效超臨界（highefficiencysupercritical）機(jī)組或高參數(shù)超臨界（advancedsupercritical）機(jī)組。之所以這樣定義是因?yàn)檫@個(gè)參數(shù)下鍋爐、汽輪機(jī)只需使用現(xiàn)代超臨界機(jī)組用鋼上限，超過這個(gè)參數(shù)高溫高壓部件就必須采用改進(jìn)或新開發(fā)的耐熱鋼種。如今，現(xiàn)己建成的高效超臨界機(jī)組尚屬過渡型，隨著材料技術(shù)的發(fā)展，各國(guó)計(jì)劃在未來10～20年間將開發(fā)蒸汽初參數(shù)更高的兩次再熱高效超臨界機(jī)組，并正在付諸實(shí)施。2）.國(guó)內(nèi)超臨界機(jī)組發(fā)展情況自從20世紀(jì)80年代在中國(guó)引進(jìn)超臨界壓力機(jī)組以來，600MW超臨界機(jī)組自1992年在上海石洞口的第二個(gè)電站投入運(yùn)行以來，克服了許多技術(shù)問題。這些機(jī)組符合設(shè)計(jì)目標(biāo)，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。多年來，國(guó)內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)（研究所），制造廠和高等院校也開展了超臨界火電技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)跟蹤以及技術(shù)可行性研究和相關(guān)研究項(xiàng)目的初步實(shí)驗(yàn)研究，規(guī)模試驗(yàn)基地和測(cè)試設(shè)備。幾年前，中國(guó)進(jìn)口的300MW，500MW，600MW，800MW等超臨界火電機(jī)組投入運(yùn)行良好，取得了一些重要的調(diào)試運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。與此同時(shí)，中國(guó)三大電力集團(tuán)近年來在電廠設(shè)備設(shè)計(jì)制造的技術(shù)，經(jīng)驗(yàn)，能力和技術(shù)裝備方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。這些都為加快我國(guó)大型超臨界火電機(jī)組的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)提供了必要條件和依據(jù)。世界各國(guó)超臨界機(jī)組的啟動(dòng)能力各不相同。例如，俄羅斯300兆瓦，日本450兆瓦。目前，600MW機(jī)組也是技術(shù)成熟的產(chǎn)品?？紤]到600MW獨(dú)立運(yùn)行能力的需求和國(guó)內(nèi)次臨界600MW火電機(jī)組的實(shí)際情況（其中一些可普遍使用），中國(guó)研制的超火電機(jī)組的啟動(dòng)容量為600MW。考慮到機(jī)組的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面以及配套材料，初始參數(shù)在壓力24-25MPa，溫度538-556℃，有加熱。2000年4月，國(guó)家明確將河南沁北電廠（2×600MW）項(xiàng)目作為其600MW超臨界火電機(jī)組國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目。與此同時(shí)，“600MW超臨界火電機(jī)組開發(fā)”項(xiàng)目也被列入“十五”國(guó)家重大技術(shù)裝備研究和國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目。隨著節(jié)能環(huán)保需求的不斷增加，中國(guó)超臨界壓力機(jī)組的發(fā)展已成為當(dāng)務(wù)之急。在超臨界壓力鍋爐中，一次加熱兩次可使效率提高1.5％至2％。加熱的兩個(gè)主要問題是：系統(tǒng)復(fù)雜，加熱表面更難對(duì)齊;初始投資增加：重新加熱蒸汽的溫度以復(fù)雜的方式進(jìn)行調(diào)整。（2）超臨界火電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)展望為了進(jìn)一步降低能耗，減少二氧化碳排放和改善環(huán)境，超臨界機(jī)組正在利用材料技術(shù)為超超臨界技術(shù)的發(fā)展開發(fā)更高的參數(shù)。目前，高參數(shù)超臨界機(jī)組已達(dá)到成熟度，效率和商品化水平。其最大容量達(dá)到1300MW，最高效率達(dá)到49％，具有很高的推廣前景。超超臨界機(jī)組技術(shù)也在成熟。國(guó)外超超臨界機(jī)組最近的發(fā)展目標(biāo)是1000MW級(jí)機(jī)組，參數(shù)為31MPa和600/600/600℃，正在向更高水平發(fā)展。一些國(guó)家和制造商已經(jīng)宣布了開發(fā)下一代高效超臨界機(jī)組的計(jì)劃。初始蒸汽溫度上升到700℃，再熱蒸汽溫度上升到720℃，相應(yīng)的壓力從目前的30MPa上升到35?40MPa，機(jī)組供油效率有望能夠達(dá)到50％?55％。在歐洲的“HERMIE”計(jì)劃中目前正在支持旨在推動(dòng)歐洲發(fā)展超臨界火電技術(shù)的項(xiàng)目“ADVANCED（“700℃”）PFPPOWERPLANT”（即先進(jìn)的“700℃”PF電廠），該項(xiàng)目有兩個(gè)主要目標(biāo)：將PF裝置的凈效率從47％提高到55％（對(duì)于低海水冷卻水溫度）或約52％（對(duì)于內(nèi)陸冷卻塔）：降低煤電廠成本。約40個(gè)歐洲國(guó)家參與該項(xiàng)目，其中26個(gè)是設(shè)備制造商（包括汽輪機(jī)，鍋爐，主要輔助機(jī)械和材料制造商）??以及其他研究機(jī)構(gòu)，大學(xué)，電力公司和其他部門。該項(xiàng)目始于1998年，分為八個(gè)階段，預(yù)計(jì)將于2014年完成。還應(yīng)指出的是，根據(jù)世界上超臨界發(fā)電廠的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，提高機(jī)組效率可能來自許多方面由于鍋爐排煙溫度低，主副發(fā)電效率高，設(shè)備燃燒好，給水溫度高，壓力低，系統(tǒng)壓力損失小，蒸汽再熱系列。據(jù)國(guó)外研究，估計(jì)僅通過增加蒸汽參數(shù)來提高效率最多約為總效率增加的一半。因此，為了使超臨界機(jī)組和超世界真空高效機(jī)組的制備不能簡(jiǎn)單地通過增加蒸汽參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，就必須重視其他相關(guān)技術(shù)的開發(fā)和研究。原則上，超臨界技術(shù)可用于任何使用蒸汽循環(huán)發(fā)電的技術(shù)。因此，目前超臨界技術(shù)可應(yīng)用于IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)），F(xiàn)BC（流化床燃燒），燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)以及任何與余熱鍋爐有關(guān)的技術(shù)。當(dāng)然，為了實(shí)現(xiàn)商業(yè)上可行的目標(biāo)，這種使用超臨界參數(shù)的發(fā)電方法在技術(shù)上不僅能夠產(chǎn)生高溫蒸汽，而且還具有一定的容量大小。據(jù)國(guó)外研究報(bào)道，隨著FBC和聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)組容量增加，余熱鍋爐溫度也相應(yīng)提高，未來5?15年其超臨界形式可能商業(yè)化。據(jù)介紹，法國(guó)電力公司正在進(jìn)行600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)，蒸汽參數(shù)為27MPa，600/600℃，入口溫度為290℃。日本正在KARITA電站建設(shè)一座350MW超臨界PFB（加壓流化床）鍋爐設(shè)備，其蒸汽參數(shù)為24.6MPa和569/568°C。所有的蒸發(fā)，過熱和再加熱都被浸沒在管束的鼓泡流化床中。同時(shí)，IGCC采用超，，商界技術(shù)仍然是未來目標(biāo)。由于煤可以遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，且能大量?jī)?chǔ)存，在燃料供應(yīng)上具有極好的安全保證，所以燃煤發(fā)電技術(shù)具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。面向21世紀(jì)，對(duì)于燃用化石燃料，特別是燃煤機(jī)組，超臨界發(fā)電技術(shù)仍是一種重要的技術(shù)選擇，因此具有廣闊的發(fā)展前景。（3）超臨界火電機(jī)組技術(shù)國(guó)產(chǎn)化的關(guān)鍵由于采用超臨界參數(shù)，對(duì)機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行技術(shù)等方面都提出了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)。因此帶來了一些新的問題：1）Super-II設(shè)備特定技術(shù)問題，如超臨界參數(shù)下部件的材料特性，傳熱，流體動(dòng)力學(xué)，超臨界參數(shù)下部件的熱偏差和動(dòng)態(tài)特性，關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，汽輪機(jī)和轉(zhuǎn)子冷卻技術(shù)，蒸汽流激發(fā)，固體顆粒侵蝕2）火電技術(shù)在可持續(xù)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步中存在的一些常見問題，如汽輪機(jī)軸的穩(wěn)定性和汽輪機(jī)無級(jí)葉片的開發(fā)設(shè)計(jì);3）國(guó)產(chǎn)化條件下需要解決的一些技術(shù)問題：4）對(duì)于大容量超臨界機(jī)組，如（7001300MW）機(jī)組，需要解決與主機(jī)相關(guān)的技術(shù)問題：5）。在發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)中，制造業(yè)和大型運(yùn)輸業(yè)將遇到相應(yīng)的技術(shù)問題。“十五”國(guó)家重大技術(shù)裝備開發(fā)與國(guó)產(chǎn)化工程“600MW超臨界火電機(jī)組研制”項(xiàng)目主要關(guān)鍵技術(shù)和攻關(guān)內(nèi)容：l）600MW超臨界發(fā)電廠系統(tǒng)優(yōu)化和改進(jìn)研究的表現(xiàn)：2）超臨界機(jī)組材料和鑄鍛件國(guó)產(chǎn)化：3）超臨界火電機(jī)組控制系統(tǒng)和關(guān)鍵儀器研究;4）600MW超臨界汽輪機(jī)的研制;600MW超臨界鍋爐研制：6）超臨界火電機(jī)組輔機(jī)設(shè)備研制：7）超超臨界火電機(jī)組技術(shù)開發(fā)預(yù)可行性研究。1.1.4超超臨界鍋爐水冷壁系統(tǒng)當(dāng)前國(guó)內(nèi)超超臨界機(jī)組水冷壁形式主要分為兩種，第一種形式為下部螺旋光管（內(nèi)螺紋）＋上部垂直光管，東方鍋爐廠和上海鍋爐廠主要采用這種水冷壁形式：第二種為下部垂直內(nèi)螺紋管＋上部垂直光管，僅哈爾濱鍋爐廠采用。由于兩種水冷壁形式存在較大差異，運(yùn)行特性方面也必然存在本質(zhì)上的不同，在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的問題也有各自的特點(diǎn)。(1）下部水平圍繞管圈＋上部垂直上升管屏爐膛下部水平傾斜，由螺旋線圈組成的膜螺旋壁在爐膛周圍形成膜水壁，以確保工作流體所需的質(zhì)量流量和加熱均勻性。爐膛的上部通過中間集管或分叉管輸送到垂直立管。特點(diǎn)：布置和選擇柔性管徑，容易獲得足夠的質(zhì)量流量：管道間吸熱?。嚎谷紵蓴_能力強(qiáng)：無需設(shè)置水管入口節(jié)流盤管：適應(yīng)鍋爐變壓器要求：支持系統(tǒng)過渡復(fù)雜條形結(jié)構(gòu)：設(shè)計(jì)，制造和安裝復(fù)雜。(2）下部垂直內(nèi)螺紋管圈＋上部垂直上升管屏特點(diǎn)：立式墻體采用水冷壁，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，阻力?。菪谒谛∮?/3），流體動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定，易渣等特點(diǎn)。在傳統(tǒng)的立式水冷壁的基礎(chǔ)上，還安裝了帶有二級(jí)分配器的中間集水管，以減少水冷壁出口沿水冷壁周邊工作流體的溫度偏差。中間集水器立式混合器出水溫度偏差可降低1/3以上。水冷壁入口處的控制流的孔從安裝在水冷壁中的常規(guī)集管變?yōu)榘惭b在水冷壁集管中的出口配件，以便于在操作和調(diào)試期間更換孔。由于孔段的直徑增加，它也增加了流量調(diào)節(jié)的速率。內(nèi)管的使用進(jìn)一步提高了水冷壁的可靠性。1.2超臨界機(jī)組現(xiàn)階段主要問題近年來，超臨界、超超臨界鍋爐得到了快速發(fā)展，各大鍋爐廠相繼引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)制造了許多超臨界、超超臨界機(jī)組。隨著機(jī)組的投產(chǎn)，出現(xiàn)了各種問題。通過歸納區(qū)分歸類，主要分為鍋爐的材質(zhì)及金屬氧化物、水冷壁管圈及其水動(dòng)力學(xué)、鍋爐啟動(dòng)、汽機(jī)旁路系統(tǒng)、變壓運(yùn)行與運(yùn)行控制等幾類問題。在上述的幾類問題中，以鍋爐材質(zhì)及金屬氧化物、水冷壁管圈及其水動(dòng)力兩方面對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行影響最大。1.3背景及意義1.3.1課題背景本課題的研究對(duì)象為國(guó)產(chǎn)首臺(tái)600MW級(jí)超超臨界鍋爐一華能營(yíng)口電廠3號(hào)機(jī)組。華能營(yíng)口電廠二期新安裝了兩臺(tái)600MW超超臨界機(jī)組，其中兩臺(tái)從2007年8月31日至2007年10月14日投入商用運(yùn)行，首次投產(chǎn)600MW超超臨界機(jī)組。在最近的大修期間，在水墻中發(fā)現(xiàn)水平裂縫，并且一些裂縫達(dá)到整個(gè)壁厚的1/2。確切的時(shí)間和原因的裂縫是未知的。如果裂紋繼續(xù)發(fā)展，設(shè)備可能因泄漏而頻繁關(guān)閉，并且設(shè)備的安全性可能受到影響。因此，找出裂紋產(chǎn)生的原因和控制裂紋發(fā)展的手段，從根本上解決裂紋產(chǎn)生的原因，對(duì)于機(jī)組的安全和連續(xù)運(yùn)行具有重要意義。為安全操作提供參考。1.3.2課題意義對(duì)于直流鍋爐，水冷壁既是蒸發(fā)受熱面也是過熱受熱面，其工作環(huán)境相對(duì)惡劣，與汽包鍋爐相比，水冷壁安全性較差，漏泄事故率較高。統(tǒng)計(jì)營(yíng)口電廠2臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)至2012年10月，因水冷壁漏泄37次，平均每年因水冷壁漏泄停機(jī)7次以上。漏泄原因見圖1.1。從圖1.1可以看出，2臺(tái)鍋爐水冷壁漏泄37次中，節(jié)流孔異物堵塞造成11次，橫向裂紋引起9次，其他不明原因出現(xiàn)8次，母材制造質(zhì)量問題有5次，安裝及檢修質(zhì)量問題有3次，設(shè)計(jì)問題1次。其中節(jié)流孔異物阻塞、母材制造質(zhì)量問題和設(shè)計(jì)問題主要出現(xiàn)在機(jī)組投產(chǎn)的初期階段，除此之外所占比例最大的就是橫向裂紋問題。如果能夠有效控制橫向裂紋的產(chǎn)生，提高水冷壁安全性，減少漏泄次數(shù)，可以為電廠帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)1.1水冷壁漏泄因素分布以1臺(tái)600MW超超臨界直流鍋爐為例，假設(shè)因水冷壁超溫爆管而停爐一次，更換管路的時(shí)間一般在4天左右，以每天60%負(fù)荷率計(jì)算影響電量約34560MW,每kWh上網(wǎng)電價(jià)按照0.3元計(jì)算，約1040萬元。以標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)700元／噸，發(fā)電成本約730萬，電量經(jīng)濟(jì)損失300萬元。如果考慮沖洗及并網(wǎng)前所耗油、煤、水等能源成本損失等消耗，每次漏泄造成的經(jīng)濟(jì)損失至少320萬元。提高水冷壁安全，減少漏泄次數(shù)，可以減少機(jī)組起停次數(shù)，降低對(duì)設(shè)備的損耗，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，還可以減少因停機(jī)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，減少電網(wǎng)非停考核罰款。1.4本文主要研究?jī)?nèi)容（1）現(xiàn)今國(guó)內(nèi)超臨界機(jī)組發(fā)展面臨的嚴(yán)峻形勢(shì)和問題，急需解決。（2）超臨界機(jī)組現(xiàn)階段發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和攻克難題。（3）減少電網(wǎng)損失，降低設(shè)備損耗。

第2章設(shè)備簡(jiǎn)介2.1鍋爐結(jié)果及其性能特點(diǎn)華能營(yíng)口電廠3、4號(hào)2×600MW機(jī)組鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)、制造，三菱重工業(yè)株式會(huì)社（MitsuibishiHeavyIndustriesCo.Ltd）提供技術(shù)支持的，HG-1795/26.15-YMl型超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，采用口型布置、單爐膛、低NOX主燃燒器分級(jí)燃燒技術(shù)和MACT型低NOx分級(jí)送風(fēng)燃燒系統(tǒng)、反向切園燃燒方式，爐膛采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁、循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)、一次中間再熱、調(diào)溫方式除煤／水比外，還采用煙氣分配擋板、燃燒器擺動(dòng)、噴水等方式。鍋爐采用平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)，燃用神府東勝煤、晉北煤。鍋爐以最大連續(xù)負(fù)荷（B-MCR）工況為設(shè)計(jì)參數(shù)，最大連續(xù)蒸發(fā)量1795仙，過熱器蒸汽出口溫度為605℃，再熱器蒸汽出口溫度為603℃。煤質(zhì)特性見表2.1表2.1 煤質(zhì)特性參數(shù)匯總名稱符號(hào)單位設(shè)計(jì)煤校核煤碳（收到基）Car%55.6347.07氫（收到基）Har%3.293.09氧（收到基）Oar%7.507.93氮（收到基）Nar%0.860.94硫（收到基）Sar%0.490.50灰分（收到基）Aar%21.9429.73水分（收到基）M1%10.2910.747j(分（空干基）Mad%1.531.59揮發(fā)分（干燥無灰基）Vdaf%33.3330.24低位發(fā)熱量Qnet,arMJ/kg22.0319.96可磨性系數(shù)HGI/53.4445.32灰變形溫度DT℃11371170灰軟化溫度ST℃12691295灰熔化溫度FT℃13901340省煤器出口通過兩根大直徑管路送至爐前的兩個(gè)水冷壁水收集器。然后將更多的分散式供水管線送入水頭，然后送入爐膛和水箱前后，分別進(jìn)入混合箱，以消除制冷劑吸收的熱量偏差，然后進(jìn)入爐膛后，兩側(cè)通過天花板管將水箱的前壁和水箱兩側(cè)的工作流體從水箱通過天花板管插入水壁中將天花板入口集管引入設(shè)置在后軸外側(cè)的天花板出口集管。進(jìn)入上壁的工質(zhì)流經(jīng)水管壁依次通過焊炬角度和水平煙道坡度，然后流入水墻后流入水壁，然后送入收集單元，分別送入墻壁將管道兩側(cè)的壁掛式管道和臥式管道，壁掛式水管懸掛式管道出口水箱和臥式煙道出口壁兩側(cè)的設(shè)定出口工作流體出口也送至頂管出口頭頂管出口集管通向兩根大直徑的連接管將工作液送入兩個(gè)軸流集流集熱器后，大部分工質(zhì)通過連接管送到后軸，分隔壁側(cè)壁和中管設(shè)有一個(gè)墻壁外殼。工作流體管壁的整個(gè)頂壁與連接管一起引導(dǎo)到壁出口出口集管的后壁，然后將引導(dǎo)連接管布置在鍋爐后部的兩個(gè)蒸汽分離器中，分離器導(dǎo)致蒸汽進(jìn)入過熱器進(jìn)口頭，進(jìn)入過熱器系統(tǒng)。 圖2.1過熱器系統(tǒng)布置流程圖圖2.2再熱器系統(tǒng)布置流程圖爐膛的上部裝有屏式過熱器。沿著煙氣流動(dòng)方向布置兩個(gè)過熱器（大屏幕）和三個(gè)過熱器（后屏）。四個(gè)過熱器（最后一個(gè)）位于折角的上方。垂直二級(jí)再熱器（高溫再熱器）安裝在水平煙道處。尾軸由隔墻分隔成兩個(gè)煙囪。第一個(gè)煙道安排水平再熱器（低溫再熱器）和節(jié)能器，后煙道安排水平過熱器（低溫過熱器）和節(jié)能器。在煙道底部設(shè)置煙氣阻尼器。煙氣通過擋板，然后被兩種煙氣收集到兩個(gè)旋轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器中。過熱器系統(tǒng)布置示意圖見圖2.1，再熱器系統(tǒng)布置見圖2.2。2.2水冷壁構(gòu)造及其性能特點(diǎn) 爐膛水冷壁采用焊接膜式壁、內(nèi)螺紋管垂直上升式，爐膛斷面尺寸為17666mmx17628mm，水冷壁管共有1584根，前后墻各396根，兩側(cè)墻各396根，均為f28.6mmx6.4mm（最小壁厚〉囚頭螺紋管，管材均為15CrMoG，節(jié)距44.5mm，焊扁鋼寬15.9mm，厚6mm，材質(zhì)15CrMo。在上部和下部爐子之間安裝中間混合集管以消除下部爐子工作流體的吸熱和溫度偏差。用于蒸汽分離器分界點(diǎn)的水冷壁系統(tǒng)和過熱器系統(tǒng)，從集管下降壁的入口集管到水分離器分離器的出口管，直到它們?nèi)繉儆谒浔谙到y(tǒng)并由出口商通過節(jié)約器排放通過將兩條供水管道的直徑分別送到兩個(gè)水冷壁集水裝置，將更多的分布式供水管路送到集水管下方的集水管側(cè)，然后進(jìn)入中間混合頭，消除吸熱偏差的工作流體然后進(jìn)入上爐膛前、后、兩側(cè)墻水冷壁，其中前墻水冷壁和兩側(cè)水冷壁上集箱出來的工質(zhì)引往頂棚管入口集箱經(jīng)頂棚管進(jìn)入布置于后豎井外的頂棚管出口集箱，至于進(jìn)入上爐膛后水冷壁的工質(zhì)，先后流經(jīng)折焰角和水平煙道斜面坡進(jìn)入后水冷壁出口集箱，再通過匯集裝置分別送往后水冷壁吊掛管和水平煙道兩側(cè)包墻管，由后水冷壁吊掛管出口集箱和水平煙道兩側(cè)包墻出口集箱引出的工質(zhì)也均送往頂棚管出口集箱，由頂棚管出口集箱引出兩根大直徑連接管將工質(zhì)送往兩只后豎井工質(zhì)匯集集箱，通過連接管將大部分工質(zhì)送往后豎井的前、后、兩側(cè)包墻管及中間分隔墻。所有包墻管上集箱出來的工質(zhì)全部用連接管引至后包墻管出口集箱，然后用連接管引至布置于鍋爐后部的兩只汽水分離器，由分離器頂部引出的蒸汽送往一級(jí)過熱器進(jìn)口集箱，進(jìn)入過熱器系統(tǒng)。在啟動(dòng)期間，當(dāng)鍋爐以循環(huán)模式濕式運(yùn)行時(shí)，來自水冷壁的兩相介質(zhì)在水分離器中分離，蒸汽從塔頂排出，分離出的水從分離器底部連接管流入分離器儲(chǔ)罐，然后循環(huán)水在供水管路中循環(huán)，然后通過使用大直徑的循環(huán)泵啟動(dòng)節(jié)水裝置，然后送至節(jié)能器，用于回收的水墻系統(tǒng)，在啟動(dòng)階段結(jié)束時(shí)達(dá)到最小直流負(fù)載后，泵啟動(dòng)并且系統(tǒng)進(jìn)入干燥模式。此時(shí)，所有蒸汽分離器都是蒸汽，只能用作蒸汽集管。離開前集管的工作流體通過天花板管流入天花板出口集管，并通過分流管將前管264轉(zhuǎn)換為132個(gè)后天花管。所有天花板管都是隔膜墻。水平煙囪壁和柱壁冷卻管兩側(cè)懸掛管，兩個(gè)并聯(lián)回路出口的工作液也連接到頂管出口集管。所有從爐壁出來的水因此集中了天花板出口集管中的所有制冷劑，然后將集管的一部分送到軸上，然后連接器通過軸穿過前后側(cè)壁和分隔壁。壁管將所有工作流體的濃度輸出到出口集管的后壁。然后將四個(gè)大口徑f356×55管道連接到鍋爐頂部安裝在水分離器中。所有包墻管均采用膜式壁結(jié)構(gòu)，管間扁鋼厚為6mm，分隔墻扁鋼厚為8mm,扁鋼材質(zhì)均為15CrMo，所有包墻管均采用上升流動(dòng)，因此對(duì)防止低負(fù)荷和啟動(dòng)時(shí)水動(dòng)力不穩(wěn)定性有利。水冷壁分成上、下兩部分，上、下部水冷壁之間裝設(shè)一圈中間混合集箱過渡。爐膛水冷壁采用焊接膜式壁、內(nèi)螺紋管垂直上升式。在水冷壁入口短管上嵌焊入節(jié)流孔圈，可以保證孔圈有足夠的節(jié)流能力，按照水平方向水冷壁的熱負(fù)荷分配和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，調(diào)節(jié)各回路水冷壁管中的流量，以保證水冷壁出口工質(zhì)溫度的均勻性，并防止個(gè)別受熱強(qiáng)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的回路與管段產(chǎn)生DNB和ORO現(xiàn)象。鍋爐每面墻布置396根f28.6×6.4的水冷壁管，材質(zhì)為SA213T12，除噴口區(qū)域的16根管采用1次三叉管從下集箱引出外，其它380根管均采用2次三叉管從下集箱引出，每面墻共103根引出管，節(jié)流孔圈就布置于此。圖2.3水冷壁底部節(jié)流孔布置示意圖圖2.4內(nèi)螺紋管水冷壁布置區(qū)域示意圖圖2.5三叉管示意圖2.3燃燒系統(tǒng)特點(diǎn)鍋爐的制粉系統(tǒng)為中速磨正壓直吹系統(tǒng)，磨煤機(jī)共6臺(tái)，采用HP1063型中速磨煤機(jī)。BMCR時(shí)5臺(tái)投運(yùn)，一臺(tái)備用。磨煤機(jī)出口煤粉細(xì)度為R90=14%。每臺(tái)磨帶一層燃燒器，每根一次風(fēng)管道供至一只燃燒器。燃燒器壁切向燃燒波紋管結(jié)構(gòu)，全擺式燃燒器。有六個(gè)出口，三個(gè)停放的風(fēng)道，十個(gè)輔助氣室，一個(gè)燃燒氣室。整個(gè)燃燒器永久地連接到水墻并沿水墻延伸。燃燒器共有24組，分布在四面墻壁上，形成一個(gè)大型的切割花園。燃燒器共有六層粉煤噴嘴，每臺(tái)與磨機(jī)相匹配，主燃燒器采用低NOx型煤粉燃燒器，每個(gè)燃燒器噴嘴用分離器提高噴射剛度，主燃燒器上方有OFA噴嘴有四個(gè)額外燃盡AA位于煤粉噴嘴上方約5.0m處（AdditionalAir）的噴嘴布置角度，其作用是補(bǔ)充燃料燃燒所需的空氣，既可以垂直分段燃燒，也可以水平分段燃燒，降低爐內(nèi)溫度，抑制NOx的形成，AA與燃燒區(qū)OFA一起形成MACT低氮燃燒系統(tǒng)。燃燒器配有12個(gè)機(jī)械霧化油槍，總?cè)萘繛?0％BMCR，可穩(wěn)定點(diǎn)燃鍋爐，在低負(fù)荷下穩(wěn)定燃燒。每支槍都配有高能點(diǎn)火裝置。2.4小結(jié)本章通過分析了鍋爐水、冷壁構(gòu)造的性能特點(diǎn)以及燃燒系統(tǒng)的特點(diǎn)對(duì)超臨界機(jī)組設(shè)備有了進(jìn)一步的了解。

第3章水冷壁橫向裂紋情況旦旦圖3.1橫向裂紋水平位置示意圖圖3.2橫向裂紋垂直位置示意圖鍋爐水冷壁裂紋在3號(hào)和4號(hào)兩臺(tái)鍋爐都存在，且出現(xiàn)的位置基本相同，主要出現(xiàn)在各面墻的左側(cè)1/4處附近。裂紋位置標(biāo)高大致在41.2m至47.2m之間，屬于下部垂直管圈水冷壁，接近下部水冷壁出口位置，如圖3.1裂紋主要出現(xiàn)的管子編號(hào)在40號(hào)至120號(hào)之間，對(duì)應(yīng)節(jié)流孔編號(hào)為9號(hào)至44號(hào)。3.2裂紋形式水冷壁管漏泄部位在爐膛標(biāo)高47米處，裂紋在管子向火側(cè)呈橫向分布，裂紋由外壁向內(nèi)壁發(fā)展，形貌見圖3.3 圖3.6，裂紋宏觀形貌屬于熱疲勞開裂。在圖3.6所示的向火側(cè)及背火側(cè)進(jìn)行金相檢驗(yàn)，向火側(cè)金相組織為鐵素體加珠光體，球化2級(jí)，見圖3.7、圖3.8。背火側(cè)金相組織為鐵素體加珠光體，球化1級(jí)，見圖3.9、圖3.10。向火側(cè)外壁微裂紋形貌見圖3.11，向火側(cè)內(nèi)壁微裂紋形貌見圖3.120 圖3.3水冷壁管裂紋l 圖3.4水冷壁管裂紋2 圖3.5水冷壁管裂紋3 圖3.6水冷壁管裂紋4圖3.7爐內(nèi)側(cè)組織200倍圖3.8爐內(nèi)側(cè)組織400倍金相檢驗(yàn)結(jié)果表明，水冷壁管向火側(cè)金相組織球化程度比背火側(cè)高l級(jí)。向火側(cè)外表面裂紋微觀形貌特征屬于熱疲勞裂紋。水冷壁管表面橫向裂紋在爐膛熱負(fù)荷較高區(qū)域，裂紋在向火側(cè)由外壁向內(nèi)壁發(fā)展，裂紋宏觀形貌及微觀特征均表現(xiàn)為熱疲勞開裂，裂紋處向火側(cè)金相組織球化明顯比背火側(cè)高l級(jí)，表明該區(qū)域水冷壁向火側(cè)有輕微超溫現(xiàn)象。 圖3.9爐外側(cè)組織200倍 圖3.10爐外側(cè)組織400倍圖3.11爐內(nèi)側(cè)外表面200倍 圖3.12爐內(nèi)側(cè)內(nèi)表面200倍3.3裂絞形成機(jī)理導(dǎo)致水冷管壁面裂紋的主要原因有兩個(gè)：一是壁溫存在波動(dòng)，二是壁溫較高。（1）管壁溫度波動(dòng)。HG2008鍋爐水冷壁管壁溫測(cè)量結(jié)果顯示，當(dāng)側(cè)壁測(cè)溫點(diǎn)溫度穩(wěn)定時(shí)，只有1-2℃的變化。在一些工作條件下，某些測(cè)點(diǎn)的最大波動(dòng)可達(dá)60-80℃。一些波動(dòng)幅度可達(dá)10分鐘，僅需1-3分鐘。波形以曲折的方式變化。溫度首先迅速上升到最高水平，然后相對(duì)緩慢并逐漸降低到最低水平。（2）.壁溫負(fù)荷有重大影響，其他因素（如流量，燃燒器擺角，鑄造止動(dòng)等）受影響較小。在水冷壁管段周圍，爐壁外表面的火側(cè)溫度最高，當(dāng)水冷壁管溫度由低到低時(shí)，由于爐內(nèi)外壁溫差，軸向壓縮強(qiáng)調(diào)，反之，當(dāng)壁溫由高降低時(shí)，外壁軸向?qū)⒊惺芾瓚?yīng)力，如果在短時(shí)間內(nèi)水冷壁溫度波動(dòng)足夠大，由溫差引起的熱應(yīng)力超過管材在該溫度下的屈服強(qiáng)度，將引發(fā)熱疲勞開裂。（3）管壁溫度越高，管材抗拉強(qiáng)度越低，這也是水冷壁管橫向裂紋易發(fā)生在高負(fù)荷區(qū)域的原因。從資料中查得15CrMo鋼在不同溫度下，高溫力學(xué)性能表3.1。其高溫持久性能隨著管壁溫度的升高下降的尤其明顯，壁溫由500℃上升到525℃，其持久強(qiáng)度將下降34%。表3.1 15CrMo鋼高溫力學(xué)性能15CrMo100℃200℃300℃GB150壁厚小于16mm211MPa186MPa162MPa工作溫度400℃450℃500℃GB150壁厚小子16mm:工作溫度42500℃137MPa525℃132MPa550℃10萬小時(shí)持久強(qiáng)度132MPa87MPa56MPa從金屬金相分析結(jié)果可以看出，造成水冷壁管出現(xiàn)橫向裂紋的原因是高溫?zé)崞凇t內(nèi)宏觀檢查發(fā)現(xiàn)裂紋區(qū)域水冷壁管屏出現(xiàn)不同程度的“S”型內(nèi)外彎曲。從水冷壁管屏彎曲的情況可以得出，水冷壁在運(yùn)行中管屏之間也存在著巨大的應(yīng)力，使水冷壁管屏形狀發(fā)生變化。所以運(yùn)行中管屏間的溫度偏差可能是造成本次水冷壁出現(xiàn)橫向裂紋和“S”型彎曲的主要原因。3.4本章小結(jié)本章通過金屬金相分析，確認(rèn)下部水冷壁管壁出現(xiàn)橫向裂紋的原因是高溫?zé)崞?。那么，分析下部水冷壁的溫度情況對(duì)解決問題有直接作用。第4章水冷壁溫度分布特性4.1水冷壁溫度測(cè)點(diǎn)該鍋爐原設(shè)計(jì)下部垂直管圈水冷壁散布安裝了62個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，安裝在下部水冷壁引出管與中間混合集箱連接區(qū)域。在機(jī)組技運(yùn)初期，借鑒華能玉環(huán)電廠lOOOMW機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)，為防止水冷壁因雜質(zhì)過多阻塞節(jié)流孔造成的超溫爆管的現(xiàn)象，另外增加安裝了312點(diǎn)。所有溫度測(cè)點(diǎn)的安裝原則為每個(gè)節(jié)流孔對(duì)應(yīng)的4根水冷壁管中基本上有1根水冷壁管是安裝溫度測(cè)點(diǎn)的。根據(jù)水冷壁溫度測(cè)點(diǎn)的安裝位置，實(shí)際測(cè)量的是下部垂直管圈水冷壁管內(nèi)介質(zhì)完成受熱后進(jìn)入混合集箱前的溫度，并非爐內(nèi)直接受到火焰輻射的金屬溫度。雖然溫度測(cè)點(diǎn)在一定程度上能夠反映各水冷壁管在爐內(nèi)的吸熱情況，但是由于測(cè)量的溫度主要反映為管內(nèi)介質(zhì)溫度，不足以保證爐內(nèi)水冷壁管金屬的安全。（13]雖然現(xiàn)有的下部水冷壁溫度測(cè)點(diǎn)不足以檢測(cè)爐內(nèi)金屬的工作狀態(tài)，但通過這些測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以反映各管吸熱情況，通過計(jì)算可計(jì)算出爐內(nèi)熱負(fù)荷的大致分布情況。4.2水冷壁工質(zhì)溫度分布采用K型熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線及IMP數(shù)據(jù)采集板、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件對(duì)華能營(yíng)口電廠II期2臺(tái)鍋爐的下部水冷壁溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，根據(jù)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位置和測(cè)量數(shù)據(jù)繪制溫度相對(duì)位置對(duì)應(yīng)曲線。表4.1鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)和下水冷壁出口工質(zhì)溫度統(tǒng)計(jì)對(duì)比圖4.1圖4.4為3、4號(hào)鍋爐不同負(fù)荷四面墻下水冷壁出口工質(zhì)溫度分布曲線（3號(hào)爐前墻部分測(cè)點(diǎn)存在缺陷，無法正常測(cè)量，另外有8點(diǎn)溫度異常，在曲線繪制中作為噪點(diǎn)略去，占總測(cè)點(diǎn)數(shù)的2%），表4.1為鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)和下水冷壁出口工質(zhì)溫度統(tǒng)計(jì)對(duì)比表。圖4.1前墻下水冷壁出口工質(zhì)溫度分布曲線圖4.2后墻下水冷壁出口工質(zhì)溫度分布曲線圖4.3左側(cè)墻下水冷壁山口工質(zhì)淚度分布曲線圖4.4右側(cè)墻F水冷壁山口｜：質(zhì)淚度分布曲線從圖4.1到圖4.4和4.1表中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：（1）440MW負(fù)荷下下水冷壁四面墻出口工質(zhì)溫度分布十分均勻，偏差基本上在土5℃的范圍內(nèi)。（2）500MW以上負(fù)荷下，四面墻的下水冷壁出口工質(zhì)溫度分布極不均勻，其中4號(hào)鍋爐SOOMW負(fù)荷下左側(cè)墻工質(zhì)溫度最高點(diǎn)與最低點(diǎn)相差達(dá)到了132℃，而3、4號(hào)爐統(tǒng)計(jì)的SOOMW以上負(fù)荷工況各面墻工質(zhì)溫度最高點(diǎn)與最低點(diǎn)相差最小的也達(dá)到了51℃。（3）500MW以上負(fù)荷下，四面墻的下水冷壁出口工質(zhì)溫度分布曲線呈現(xiàn)出相同的趨勢(shì)，都是在開始階段（40號(hào)管150號(hào)管）有一個(gè)波峰，然后逐漸下降，在噴燃器后到接近爐墻階段000號(hào)管380號(hào)管）又出現(xiàn)一個(gè)波峰，但幅度大大小于前一波峰，整體分布呈現(xiàn)出非對(duì)稱的“M”型。（4）3號(hào)鍋爐前墻的第一個(gè)波峰都較其它三面墻的波峰高，工質(zhì)溫度都在450℃以上。4.3水冷壁工質(zhì)溫度分布趨勢(shì)圖4.5是實(shí)際出水溫度墻壁制冷劑溫度曲線和出口冷卻水出口制冷劑溫度曲線走勢(shì)，孔徑分布曲線比較圖。表4.2為實(shí)際制冷劑出口壁溫度和出口冷卻水溫表的對(duì)比表。（圖巾紅色為3號(hào)爐600MW下水冷墮出口工質(zhì)溫度曲線，黃色為4號(hào)爐60伽W下水冷壁出口工質(zhì)溫度曲線，黑色為設(shè)計(jì)下水冷壁出口工質(zhì)溫度曲錢，綠色為節(jié)流于L內(nèi)徑分布曲線）圖4.5實(shí)際運(yùn)行曲線與設(shè)計(jì)曲線對(duì)比國(guó)從圖4.5和表4.2中可以發(fā)現(xiàn)：（1）當(dāng)前鍋爐下水冷壁出口工質(zhì)溫度高于設(shè)計(jì)的出口工質(zhì)溫度，最大相差10.5℃；（2）各面墻下水冷壁出口工質(zhì)溫度分布曲線與設(shè)計(jì)的出口工質(zhì)溫度曲線變化趨勢(shì)相同，但實(shí)際運(yùn)行值變化幅度更大。（3）各面墻下水冷壁出口工質(zhì)溫度最高值大大高于設(shè)計(jì)出口工質(zhì)溫度最高值，其中3號(hào)鍋爐前墻實(shí)際運(yùn)行最高值為486.3℃，比設(shè)計(jì)最高值411℃高75.3℃。（4）各面墻下水冷壁出口工質(zhì)溫度偏差均高于設(shè)計(jì)的工質(zhì)偏差，其中3號(hào)爐前墻最大偏差達(dá)103.1℃，比設(shè)計(jì)最大偏差值28℃高75.1℃。（5）通過對(duì)水冷壁溫度數(shù)據(jù)的采集、分析，可以看出鍋爐運(yùn)行過程中部分水冷壁溫度已經(jīng)處于較高的狀態(tài)，并且每面爐墻水冷壁溫度偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值，證明水冷壁各管熱負(fù)荷己經(jīng)處于一種不正常的狀態(tài)。溫度偏差過大會(huì)造成相鄰管屏間出現(xiàn)應(yīng)力，造成管壁金屬損傷。表4.2-flK冷壁出口工質(zhì)溫度實(shí)際運(yùn)行與設(shè)計(jì)值對(duì)比表項(xiàng)目名稱3號(hào)爐600MW下水冷壁出口工質(zhì)溫度℃4號(hào)爐600MW下水冷壁出口工質(zhì)溫度℃設(shè)計(jì)BMCR下水冷壁平均值409.6412.2400最高值486.3475.3411前墻最低值383.3387.3383最大偏差88.128平均值391.4397.5393最高值420.8427.9403后墻最低369.9376.9375最大偏差5128平均值403.4414.8401左側(cè)墻最高值437.2468.l410375.6385.4368最太偏差61.641平均值404.5411.4400右側(cè)墻最高值442.8456.2408最低值368.9375.9364-29-表4.2下水冷壁出口工質(zhì)溫度實(shí)際運(yùn)行與設(shè)計(jì)值對(duì)比表（續(xù)）另外，水冷壁溫度測(cè)點(diǎn)的安裝位置和測(cè)量數(shù)據(jù)初步判斷，爐內(nèi)部分區(qū)域水冷壁金屬可能己經(jīng)接近材質(zhì)許用溫度，甚至可能超過材質(zhì)許用溫度。通過對(duì)下水冷壁出口工質(zhì)溫度的分析，結(jié)合管壁金屬金相分析，基本可以得出造成水冷壁橫向裂紋的原因主要是下水冷壁出口工質(zhì)溫度存在較大偏差，造成水冷壁管屏間出現(xiàn)較大的熱應(yīng)力，在交變應(yīng)力的作用下形成金屬疲勞裂紋。那么要解決水冷壁橫向裂紋問題，首先需要減少水冷壁出口介質(zhì)溫度偏差過大和溫度大幅波動(dòng)的問題。水冷壁出口介質(zhì)溫度偏差過大可能是兩方面存在問題，一方面是燃燒部分，另一方面是汽水介質(zhì)部分。燃燒部分的問題可能是爐內(nèi)熱負(fù)荷不均衡，局部熱負(fù)荷過高或熱負(fù)荷變化過快。汽水方面可能存在的問題是水冷壁管內(nèi)介質(zhì)質(zhì)量流速與爐內(nèi)熱負(fù)荷不匹配。鍋爐運(yùn)行中主要調(diào)整方式均為調(diào)整燃燒側(cè)，對(duì)汽水側(cè)的調(diào)整手段很少。汽水側(cè)調(diào)整的主要方式為受熱面結(jié)構(gòu)改造，對(duì)于超超臨界垂直管圈水冷壁來說就是對(duì)入口節(jié)流孔圈孔徑尺寸的調(diào)整。對(duì)于降低水冷壁出口介質(zhì)溫度偏差程度來說，調(diào)整節(jié)流孔尺寸，改變管內(nèi)介質(zhì)質(zhì)量流速效果最為直接，但是由于調(diào)整節(jié)流孔尺寸牽涉水冷壁水動(dòng)力計(jì)算和改造施工，相對(duì)來說汽水側(cè)的調(diào)整工作量較大，并且在燃燒側(cè)存在問題的情況下進(jìn)行改造工作還可能為鍋爐帶來其他不可預(yù)見的問題。所以解決水冷壁出口介質(zhì)溫度偏差大的問題應(yīng)該從燃燒側(cè)入手，在爐內(nèi)熱負(fù)荷均衡、接近正常燃燒狀態(tài)后判斷是否需要進(jìn)行設(shè)備改造，即使需要設(shè)備改造，那么經(jīng)過燃燒調(diào)整后的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)改造工作更有意義。水冷壁入口節(jié)流孔圈尺寸的調(diào)整只能降低水冷壁出口各管間介質(zhì)溫度偏差，并不能解決水冷壁溫度大幅波動(dòng)的問題。4.4本章小結(jié)解決水冷壁橫向裂紋問題首先應(yīng)從燃燒側(cè)調(diào)整入手，根據(jù)燃燒調(diào)整的試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合對(duì)調(diào)整過程中發(fā)現(xiàn)的機(jī)組存在問題的治理，得到鍋爐除汽水方面以外的其它系統(tǒng)調(diào)整至當(dāng)前條件下的較優(yōu)工況時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。根據(jù)燃燒調(diào)整后的運(yùn)行數(shù)據(jù)和實(shí)際情況，進(jìn)行設(shè)備改造工作，將水冷壁橫向裂紋問題圓滿解決。

第5章運(yùn)行工況分析及燃燒調(diào)整5.1運(yùn)行工況分析在燃燒調(diào)整工作之前，首先對(duì)機(jī)組當(dāng)前工況的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，查找機(jī)組運(yùn)行中各項(xiàng)參數(shù)與設(shè)計(jì)工況存在的差異，排除因設(shè)備及其輔機(jī)存在不足及缺陷對(duì)機(jī)組運(yùn)行造成的影響。5.1.1燃煤特性鍋爐設(shè)計(jì)煤種為山西晉北煙煤，近年來隨著煤炭?jī)r(jià)格的逐漸升高，完全燃用設(shè)計(jì)煤種嚴(yán)重影響了經(jīng)濟(jì)效益，致使電廠乃至集團(tuán)公司的經(jīng)營(yíng)出現(xiàn)虧損。這種外部環(huán)境迫使電廠選擇摻燒熱值單價(jià)相對(duì)較低的褐煤，緩解發(fā)電成本過高的情況，提高經(jīng)濟(jì)效益。扎費(fèi)諾爾褐煤是華能集團(tuán)自有可控資源，可保障穩(wěn)定和長(zhǎng)期供應(yīng)。華能營(yíng)口電廠于2009年開始逐步摻燒扎費(fèi)諾爾褐煤，摻燒比例隨著摻燒經(jīng)驗(yàn)的積累逐步提升，平均摻燒比例最高時(shí)達(dá)到55%60%。摻燒褐煤給電廠帶來的經(jīng)濟(jì)效益是毋庸置疑的，但是隨著摻燒比例的增大給機(jī)組運(yùn)行帶來的問題也是不容忽視的。摻燒用的扎費(fèi)諾爾褐煤與原設(shè)計(jì)煤質(zhì)特性差異較大，其主要煤礦的煤質(zhì)特性見表5.1。從煤質(zhì)特性參數(shù)可以看出摻燒扎費(fèi)諾爾褐煤可能帶來的影響有以下幾占．表5.1扎費(fèi)諾爾褐煤物理化學(xué)參數(shù)匯總（1）低位發(fā)熱量扎費(fèi)諾爾褐煤低位發(fā)熱量為12940kJ/kg至15720kJ/kg之間，與設(shè)計(jì)煤質(zhì)(20322kJ/kg）和校核煤質(zhì)(19962kJ/kg）相比，低位發(fā)熱量相差較大，摻燒比例過大難以滿足鍋爐帶滿負(fù)荷的要求。單純從熱值角度分析，如果按設(shè)計(jì)熱值與熱值最高的褐煤摻燒，摻燒后的熱值達(dá)到校核煤熱值，滿負(fù)荷最高摻燒比例不超過50%,低負(fù)荷時(shí)摻燒比例可以達(dá)到50%以上。（2）水分扎費(fèi)諾爾褐煤收到基水分最高為33.2%，最低為29.7%，與設(shè)計(jì)煤水分相差較大，設(shè)計(jì)煤水分為10.29%。燃煤水分的偏差直接影響制粉系統(tǒng)的干燥出力。鍋爐制粉系統(tǒng)采用熱風(fēng)干燥，目前在燃用煙煤的條件下，設(shè)計(jì)熱風(fēng)溫度為322℃（BRL工況），實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)為29531o·c，磨煤機(jī)入口設(shè)計(jì)熱風(fēng)205℃，實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)為210230℃。燃用煙煤時(shí)磨煤機(jī)出口溫度控制在80ss·c，如果摻燒褐煤可按褐煤標(biāo)準(zhǔn)6065℃控制磨煤機(jī)出口溫度。（3）燃燒特性由于鍋爐采用中速直吹熱風(fēng)干燥式制粉系統(tǒng)，運(yùn)行期間磨煤機(jī)出口溫度一般情況下保持70℃，燃用煙煤工況下，煤粉水分一般在12%，而摻燒褐煤水分一般在7%左右，煤粉水分以及煤粉細(xì)度變化對(duì)鍋爐燃燒有一定的影響。扎費(fèi)諾爾褐煤干燥無灰基揮發(fā)分均在40%以上，相對(duì)于設(shè)計(jì)煤質(zhì)來說，干燥無灰基揮發(fā)分的含量提高了近25%，具有較好的著火特性和燃盡性能。雖然扎費(fèi)諾爾褐煤與設(shè)計(jì)煤質(zhì)相比具備良好著火和燃盡性能，但是燃煤燃燒特性的改變也會(huì)影響爐內(nèi)熱負(fù)荷分布，進(jìn)而影響水動(dòng)力的穩(wěn)定性。（4）結(jié)渣和沽污特性從設(shè)計(jì)煙煤與褐煤的灰軟化溫度（ST）對(duì)比，兩種煤質(zhì)結(jié)渣溫度比較接近，但從近年來電廠實(shí)際燃燒狀況分析，當(dāng)燃用灰軟化溫度較低的煙煤時(shí)，多易形成嚴(yán)重結(jié)焦。鍋爐爐膛容積熱負(fù)荷和爐膛截面熱負(fù)荷設(shè)計(jì)選擇是否與實(shí)際燃用煤種相匹配，在很大程度上決定了鍋爐運(yùn)行中是否會(huì)出現(xiàn)結(jié)渣，鍋爐設(shè)計(jì)燃用煙煤，設(shè)計(jì)爐膛容積熱負(fù)荷qv為84kW/m3，爐膛斷面熱負(fù)荷qF為4.6MW/m2，燃燒區(qū)域壁面熱負(fù)荷為1.38MW/m2，上層煤粉噴口中心至屏下沿距離h1為19.453m，爐膛特征參數(shù)均按煙煤設(shè)計(jì)，因此，鍋爐在摻燒扎費(fèi)諾爾褐煤的時(shí)候有可能造成爐膛及屏區(qū)域結(jié)焦。（5）磨損指數(shù)煤的磨損指數(shù)是指煤在研磨的過程中，煤對(duì)研磨設(shè)備的研磨部件磨損的強(qiáng)烈程度。褐煤磨損指數(shù)大，一般Ke=47，磨損指數(shù)屬于強(qiáng)和極強(qiáng)的范圍。綜合上面分析，摻燒褐煤可能出現(xiàn)水冷壁結(jié)焦，燃燒行程變化影響燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷分布，這些對(duì)水冷壁運(yùn)行工況都有較大影響，可能是造成下部水冷壁出口介質(zhì)溫度偏差過大的一個(gè)主要原因。由于經(jīng)營(yíng)方面的原因，摻燒褐煤對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響是不可避免的，所以煤質(zhì)變化不能作為運(yùn)行缺陷，只能在后續(xù)的工作中分析摻燒褐煤帶來的影響，通過一些其他手段弱化摻燒褐煤所帶來的影響。5.1.2水冷壁溫變分析5.1.2.1水冷壁溫度變化從圖5.1所示曲線可以看出，鍋爐50-150點(diǎn)附近溫度偏高，特別是前墻和左墻溫度偏高比較明顯，從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行日記中超溫記錄也可以看出這兩墻超溫幾率是較高的。圖5.1F部水冷壁出口介質(zhì)溫度管號(hào)曲線前墻和左墻的水冷壁平均溫度也高于后墻和右墻。對(duì)于水冷壁質(zhì)量流速設(shè)計(jì)相同的左右墻來說，左墻水冷壁平均溫度高說明爐內(nèi)火焰存在一定偏斜，偏向左側(cè)。從水冷壁溫度隨時(shí)間波動(dòng)（圖5.2和圖5.3）的情況看，每面墻的溫度變化趨勢(shì)基本是一致的，但是波動(dòng)幅度不盡相同。波動(dòng)幅度小的如編號(hào)168點(diǎn)以后各點(diǎn)，波動(dòng)幅度僅10℃左右：波動(dòng)幅度大的如編號(hào)48至88點(diǎn)部分，波動(dòng)幅度為40至50℃，個(gè)別工況波動(dòng)甚至達(dá)到100℃。相同時(shí)間內(nèi)淚度波動(dòng)幅度不同，會(huì)造成管束之間膨脹存在差異，形成拉扯和擠壓力損傷管材。經(jīng)過9天的不間斷數(shù)據(jù)采集，通過分析得出以下結(jié)論：a.水冷壁溫度超過480°C的次數(shù)為34次，超過500℃的次數(shù)為15次，位置主要在前墻和左墻。b.對(duì)應(yīng)海灣左墻過熱區(qū)的溫度測(cè)量點(diǎn)為40-100點(diǎn)，右側(cè)墻為68-128點(diǎn)，前墻為40-88點(diǎn)，后墻為68-100點(diǎn);地表水墻略少;c.在一些工作條件下，水冷壁溫度高于520℃，相鄰管屏的最高溫度偏差達(dá)到100℃以上;d.當(dāng)負(fù)載穩(wěn)定時(shí)，Y區(qū)壁b的壁溫仍然高于同側(cè)其他管的壁溫，但波動(dòng)幅度明顯較小，過熱現(xiàn)象較少。相鄰管道的熱偏差范圍如下：e.也就是說，當(dāng)b區(qū)的金屬壁溫度高時(shí)，它們與相鄰管道之間的溫差也非常高，這表明該區(qū)域比其他位置對(duì)工作條件的變化更敏感。圖5.2前墻下部水冷壁出口介質(zhì)溫度”時(shí)間曲線圖5.3左墻F部水冷壁山口介質(zhì)溫度時(shí)間曲線f.過熱度升高時(shí)，b項(xiàng)所述區(qū)域水冷壁管壁溫度升高；g.過熱度升高時(shí)，b向所屬區(qū)域與相鄰管子溫度偏差也升高。h.超溫工況下水冷壁溫度變化速率較高，可以達(dá)到10-20℃／min甚至更高。綜合上述分析，水冷壁編號(hào)40-100號(hào)的溫度為每面墻最高點(diǎn)，超溫也多出現(xiàn)在這一位置，每次超溫過程中幾乎都伴隨高溫升速率。5.1.2.2煤質(zhì)變化對(duì)水冷壁溫度影晌由于燃煤特性發(fā)生大幅度變化，燃用了大比例褐煤，這對(duì)于水冷壁來說主要有兩方面影響。1.對(duì)于爐膛橫斷面來說，增加了燃料在燃燒器區(qū)域的放熱比例，使燃燒器噴口的右側(cè)水冷壁的100點(diǎn)附近熱負(fù)荷增加，水J令壁溫度偏高。2.對(duì)于爐膛縱斷面來說，摻燒褐煤后，由于褐煤的易著火、易燃盡特性，爐內(nèi)火焰中心位置向下移動(dòng)，使下水冷壁吸熱比例增加，水冷壁出口溫度整體升高。圖5.4前墻F部水冷壁出口介質(zhì)溫度，節(jié)流孔直徑曲線從水冷壁溫度數(shù)值來看，一部分管子溫度己經(jīng)超過相變點(diǎn)溫度，管子內(nèi)部介質(zhì)已經(jīng)蒸干，說明各面水冷壁100點(diǎn)附近熱負(fù)荷和介質(zhì)流量之間的匹配存在→定問題。要解決水冷壁局部溫度高的問題應(yīng)從爐內(nèi)熱負(fù)荷和介質(zhì)流量分配兩方面進(jìn)行，但由于介質(zhì)分配方面涉及整體水動(dòng)力，問題比較復(fù)雜、相關(guān)影響因素較多，所以應(yīng)先從燃燒側(cè)查找影響因素。5.1.2.3特定工況觀察從9天24小時(shí)不間斷對(duì)水冷壁溫度的檢測(cè)結(jié)果匯總分析可以看出，水冷壁溫度在部分時(shí)間內(nèi)大幅、快速波動(dòng)，溫度高點(diǎn)可以達(dá)到540℃，溫度升高后快速下降。圖5.5F部水冷壁出口介質(zhì)淚度時(shí)間曲線水冷壁材質(zhì)為15CrMoG，對(duì)應(yīng)壓力的許用溫度約為550℃，由于水冷壁向火面和背火面工作環(huán)境不同，一般情況下背火面溫度均比向火面高出50℃至80℃或以上?，F(xiàn)場(chǎng)水冷壁測(cè)點(diǎn)安裝在中部散管上屬于背火面溫度測(cè)點(diǎn)，測(cè)量數(shù)值等于管內(nèi)介質(zhì)溫度，當(dāng)表盤顯示的溫度為540℃時(shí)，向火面部分溫度可能高于600℃，已經(jīng)大幅超溫。根據(jù)計(jì)算短時(shí)間內(nèi)部分水冷壁溫升速率可以達(dá)到20℃／min，最大波動(dòng)幅度為140℃與哈鍋運(yùn)行說明書中“對(duì)上部水冷壁出口溫升速率小子為10s·c11omin”的要求相比明顯偏高。超溫和波動(dòng)幅度大可能是造成水冷壁橫向裂紋的主要原因。5.1.2.4影晌水冷壁溫度的因素從各個(gè)工況下水冷壁溫度與過熱度的對(duì)應(yīng)曲線可以看出，水冷壁溫度與過熱的變化趨勢(shì)相同，每次水冷壁溫度大幅波動(dòng)的同時(shí)過熱度也有大幅度的波動(dòng)。過熱度相對(duì)較高時(shí)水冷壁溫度也相對(duì)較高，見圖5.6、圖5.7和圖5.8。過熱度相對(duì)穩(wěn)定時(shí)水冷壁溫度也相對(duì)穩(wěn)定，雖然局部溫度仍然偏高，但是可以控制在470℃ 480℃以內(nèi)，控制過熱度波動(dòng)幅度可一定程度上控制水冷壁溫度波動(dòng)幅度，減少超溫次數(shù)。根據(jù)之前的分析降低水冷壁高溫區(qū)域溫度、增加水冷壁溫度監(jiān)控手段、均衡爐內(nèi)燃燒和找出過熱度大幅波動(dòng)的原因成為工作重點(diǎn)。圖5.6下部水冷壁出口介質(zhì)溫度、過熱度時(shí)間曲線(1)圖5.7下部水冷壁出口介質(zhì)溫度、過熱度時(shí)向由線（2)圖5.8下部水冷壁出口介質(zhì)溫度、過熱度時(shí)向由線（3)5.2燃燒調(diào)整試驗(yàn)根據(jù)水冷壁存在的問題，結(jié)合鍋爐燃燒系統(tǒng)的特點(diǎn)，制定燃燒調(diào)整的試驗(yàn)方案，通過燃燒調(diào)整對(duì)鍋爐運(yùn)行工況進(jìn)行優(yōu)化。能夠影響爐內(nèi)熱負(fù)荷的因素主要是一次風(fēng)的均衡情況、煤粉細(xì)度情況、煤質(zhì)的燃燒特性、AA風(fēng)以及主燃燒器的配風(fēng)、爐內(nèi)火焰中心的位置、爐內(nèi)結(jié)焦程度、變負(fù)荷速率和調(diào)節(jié)特性、中間點(diǎn)溫度變化、AGC投運(yùn)的影響。5.2.1試驗(yàn)項(xiàng)目(1）一次風(fēng)均衡性同層各燃燒器一次風(fēng)量的多少直接影響煤粉量，當(dāng)一次風(fēng)速出現(xiàn)較大偏差時(shí)，極容易造成爐內(nèi)熱負(fù)荷的不均衡。一次風(fēng)量高的燃燒器，燃燒起點(diǎn)相對(duì)較遠(yuǎn)，噴口處熱負(fù)荷相對(duì)較低，｛旦煤粉中的大顆粒可能刷墻；一次風(fēng)量低的燃燒器，燃燒起始點(diǎn)相對(duì)較近，燃燒起區(qū)域熱負(fù)荷相對(duì)較高，甚烹容易燒損噴口。(2）煤粉細(xì)度煤粉的粗細(xì)直接影響煤粉在爐內(nèi)的燃盡程度，對(duì)爐內(nèi)溫度場(chǎng)分布存在→定影響，對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響較大。煤粉較粗也會(huì)增加水冷壁結(jié)焦幾率。(3)AA風(fēng)及主燃燒器的配風(fēng)從裂紋位置的標(biāo)高來看正處于燃盡風(fēng)區(qū)域，AA風(fēng)投入的量可能會(huì)對(duì)該區(qū)域的局部溫度造成一定影響。燃盡風(fēng)來自主燃燒器區(qū)域二次風(fēng)大風(fēng)箱，相同氧量下主燃燒器區(qū)域?qū)Χ物L(fēng)量的調(diào)整也會(huì)影響燃盡風(fēng)量。(4）爐內(nèi)火焰中心的位置火焰中心的位置直接影響水冷壁的吸熱量比例，進(jìn)而影響裂紋區(qū)域水冷壁管壁溫度。(5）煤質(zhì)的燃燒特性電廠緊鄰營(yíng)口港為燃料來源提供了便利條件，但由于交通便利也使得燃煤種類和燃燒特性也不斷發(fā)生變化，煤質(zhì)燃燒特性發(fā)生變化會(huì)改變火焰燃燒起點(diǎn)，特別是裂紋區(qū)域正位于燃燒器下游，水冷壁吸熱量受上游火焰影響明顯，管壁溫度相應(yīng)的也對(duì)上游火焰強(qiáng)度變化比較敏感。(6）爐內(nèi)結(jié)焦程度由于裂紋區(qū)域爐內(nèi)熱負(fù)荷高，在該區(qū)域也可能存在結(jié)焦現(xiàn)象，由于直流爐屬于強(qiáng)制流動(dòng)特性，掛焦后換熱效果變差，介質(zhì)質(zhì)量流量升高，水冷壁溫度將降低，一旦焦塊掉落，也會(huì)對(duì)管壁造成熱沖擊，出現(xiàn)壁溫大幅變化的現(xiàn)象。(7）變負(fù)荷速率和調(diào)節(jié)特性根據(jù)之前試驗(yàn)觀察，不同負(fù)荷下水冷壁出口工質(zhì)溫度變化幅度較大，438MW負(fù)荷下水冷壁出口工質(zhì)溫度僅350 360℃，而500MW負(fù)荷就達(dá)到了390~450℃，裂紋所在區(qū)域變化幅度最大可達(dá)100℃以上。這些數(shù)據(jù)是在穩(wěn)定運(yùn)行的前提下采集的，變負(fù)荷工況時(shí)工質(zhì)溫度變化幅度應(yīng)遠(yuǎn)超各負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的差值。（8）中間點(diǎn)溫度變化中間點(diǎn)溫度的變化幅度直接爐內(nèi)燃料與給水的匹配情況，直接反映蒸發(fā)段與過熱段的吸熱份額，中間點(diǎn)溫度波動(dòng)會(huì)造成蒸發(fā)段長(zhǎng)度變化，直接影響水冷壁出口介質(zhì)溫度，進(jìn)而影響管壁金屬溫度。5.2.2試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果5.2.2.1一次風(fēng)速測(cè)量通過測(cè)量各→次風(fēng)管風(fēng)俗結(jié)果可以看出，A、D、C磨煤機(jī)各管一次風(fēng)速偏差大于10%。運(yùn)行當(dāng)中各層一次風(fēng)速平均約為25rn/s，計(jì)算磨煤機(jī)通風(fēng)量在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，磨煤機(jī)入口風(fēng)量表顯示值與實(shí)際偏差較大，并且線性變化不明顯。由于摻燒褐煤，所以一次風(fēng)速25m/s相對(duì)來講偏低。一次風(fēng)速偏低會(huì)造成火焰靠近燃燒器噴口，使火焰中心中心位置降低，增加水冷壁吸熱比例，下水冷壁容易出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。表5.2一次風(fēng)速及磨’煤機(jī)通風(fēng)量計(jì)算結(jié)果磨煤機(jī)管號(hào)明管一次風(fēng)速(m/s)風(fēng)速偏差（%）計(jì)算通風(fēng)量（t/h）表盤風(fēng)量（t/h）EEl24.82-2.58E227.206.76101.780（強(qiáng)制）E326.242.98E423.6-7.16BBl20.66-4.91B222.031.4187.314B323.869.85B420.44-6.35CCl20.77-18.13C2C225.5725.570.780.78101.680（強(qiáng)制）101.680（強(qiáng)制）C328.4712.19C426.685.16DDI25.41-2.530228.358.76104.677.3D320.95-19.610429.5513.38AAl25.65-3.14A222.45-15.25104.388.2A332.5923.05A425.25-4.675.2.2.2煤粉細(xì)度測(cè)量對(duì)煤粉細(xì)度進(jìn)行取樣，試驗(yàn)結(jié)果表明鍋爐煤粉細(xì)度為20%以內(nèi)，對(duì)于原設(shè)計(jì)煤種來說比較合適，但是摻燒褐煤后褐煤的著火點(diǎn)較低，較細(xì)的煤粉細(xì)度會(huì)造成煤粉中的褐煤成分提前燃燒，造成著火提前，增加水冷壁吸熱比例。一般褐煤鍋爐煤粉細(xì)度應(yīng)在35%至40%，但對(duì)于摻燒褐煤的鍋爐來說將煤粉放粗會(huì)帶來兩方面問題。一方面是使飛灰、爐渣可燃物含量大幅升高，對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性影響較大。另一方面是鍋爐運(yùn)行中屏底己經(jīng)存在掛焦現(xiàn)象，煤粉放粗后屏底熱負(fù)荷增加，掛焦幾率增加，所以放粗煤粉并不是可行的手段。表5.3煤粉細(xì)度測(cè)量結(jié)果5.2.2.3燃盡鳳、附加鳳開度對(duì)水冷壁溫度影響燃盡風(fēng)和附加風(fēng)位于整體燃燒器的最上部，特別是附加風(fēng)所占二次風(fēng)比例很大，最大可以達(dá)到40%。附加風(fēng)、燃盡風(fēng)門開度增加時(shí)，下部二次風(fēng)量減小，形成“壓火”作用，會(huì)增加下水冷壁吸熱量，增加水冷壁超溫幾率。檢查二次風(fēng)門開度反饋與指令偏差較大，部分己經(jīng)卡死。詳細(xì)見表5.4。從表5.4所列的二次風(fēng)門來看，偏差較大的大部分都要油風(fēng)和輔助風(fēng)門，這些風(fēng)門是主燃燒器區(qū)域主要二次風(fēng)通道，對(duì)主燃燒器區(qū)域切圓影響較大，開度不統(tǒng)→可能是造成火焰偏斜的主要因素。試驗(yàn)中在運(yùn)行氧量不變的前提下將附加風(fēng)門從95%關(guān)至50%，將燃盡風(fēng)門從70%關(guān)至30%，觀察左側(cè)墻變化趨勢(shì)比較明顯，100點(diǎn)、128點(diǎn)溫度快速升高（見圖5.9），說明二次風(fēng)發(fā)生變化后爐內(nèi)燃燒工況發(fā)生改變，使水冷壁區(qū)域熱負(fù)荷發(fā)生變化，影響下部水冷壁出口介質(zhì)溫度偏差。但是由于各層二次風(fēng)門都存在開度不統(tǒng)一的問題，主燃燒器二次風(fēng)增加的具體位置不確定。表5.4開度反饋與指令偏差較大的風(fēng)門統(tǒng)計(jì)圖5.9下部水冷壁出口介質(zhì)溫度、過熱度時(shí)間曲線（4)調(diào)整配風(fēng)方式可以影響爐內(nèi)燃燒工況，但從試驗(yàn)現(xiàn)象來看，通過改變配風(fēng)方式并不能緩解50 150點(diǎn)位置溫度偏高問題。5.2.2.4一次風(fēng)壓力調(diào)整對(duì)水冷壁溫度影晌一次風(fēng)壓力高可以提高磨煤機(jī)通風(fēng)量，提高磨煤機(jī)出力，提高二次風(fēng)速，將火焰推遲，提高火焰中心位置，減少水冷壁吸熱比例。由于一次風(fēng)機(jī)出力問題，一次風(fēng)母管壓力提高幅度有限，8月23日8點(diǎn)30分將一次風(fēng)母管壓力從7.0kPa提高至7.5kPa，一次風(fēng)壓力提高之后水冷壁溫度略有下降。圖5.10下部水冷壁山口介質(zhì)溫度、過熱度·時(shí)間曲線（5)5.3調(diào)整試驗(yàn)分析總結(jié)從近期試驗(yàn)結(jié)果來看造成水冷壁部分位置溫度高且波動(dòng)大的主要原因有兩點(diǎn)，一個(gè)是運(yùn)行過程中過熱度波動(dòng)劇烈，負(fù)荷變動(dòng)及磨煤機(jī)啟停過程中尤為明顯；另一個(gè)為水冷壁高溫部分的設(shè)計(jì)流量與實(shí)際熱負(fù)荷不匹配。解決上述問題的應(yīng)從以下幾方面同時(shí)入手。5.3.1消除設(shè)備缺陷通過跟蹤觀察機(jī)組的運(yùn)行情況，查找DCS歷史記錄等工作，發(fā)現(xiàn)鍋爐及輔機(jī)存在以下兩點(diǎn)主要問題：a.空氣預(yù)熱器阻力偏高近年來相當(dāng)一部分新技產(chǎn)的機(jī)組在尾部受熱面部分采用了燃?xì)饷}沖吹灰器，但通過幾年來的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，燃?xì)獯祷移鲗?duì)褐煤鍋爐積灰的吹掃效果是很有限的。華能營(yíng)口電廠空氣預(yù)熱器吹灰器采用的就是燃?xì)饷}沖吹灰器，由于扎費(fèi)諾爾褐煤中灰成分包含的CaO+MgO>Fe203，屬于褐煤型灰，低溫沾污性較強(qiáng)，容易在尾部低溫受熱面沉積，所以在大比例摻燒褐煤時(shí)空氣預(yù)熱器蓄熱片的積灰?guī)茁试黾?，在吹灰效果不好的情況下極易出現(xiàn)蓄熱片嚴(yán)重堵塞的情況?？諝忸A(yù)熱器設(shè)計(jì)的BMCR工況下煙氣側(cè)阻力為0.88kPa。對(duì)比2臺(tái)爐的空氣預(yù)熱器運(yùn)行參數(shù)發(fā)現(xiàn)4臺(tái)空氣預(yù)熱器的煙氣側(cè)阻力偏大，3號(hào)爐2臺(tái)空氣預(yù)熱器385MW負(fù)荷時(shí)煙氣側(cè)阻力l.2kPa,4號(hào)爐540MW負(fù)荷對(duì)應(yīng)阻力為1.82kPao600MW負(fù)荷下達(dá)到2.4kPa遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值，說明空氣預(yù)熱器堵塞嚴(yán)重。阻力增加不但使得風(fēng)機(jī)功率增加，廠用電率升高，供電煤耗升高。空氣預(yù)熱器嚴(yán)重阻塞還造成送風(fēng)機(jī)出力受限，向爐內(nèi)送風(fēng)困難負(fù)荷增加時(shí)送風(fēng)量增加幅度不夠，造成高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)氧量偏低，有時(shí)煙氣含氧量?jī)H為1.5%左右，影響機(jī)組帶負(fù)荷能力?？諝忸A(yù)熱器阻塞還造成一次風(fēng)側(cè)阻力增加，一次風(fēng)母管壓力調(diào)整裕度下降，影響運(yùn)行人員對(duì)制粉系統(tǒng)通風(fēng)量的及時(shí)調(diào)整，造成負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)和水煤比短時(shí)過調(diào)現(xiàn)象。b.磨煤機(jī)風(fēng)量自動(dòng)無法技入由于磨煤機(jī)通風(fēng)量顯示失真，造成磨煤機(jī)熱風(fēng)門自動(dòng)無法投入。里然一次風(fēng)機(jī)自動(dòng)可以投入，但是自動(dòng)情況下一次風(fēng)母管的壓力調(diào)節(jié)速度較慢，并且由于各臺(tái)磨煤機(jī)及風(fēng)道阻力不同，一次風(fēng)機(jī)開度增加，母管壓力增加，各臺(tái)磨煤機(jī)的通風(fēng)量增加值是不同的，使各臺(tái)磨煤機(jī)工況變化不同，影響爐內(nèi)燃燒。磨煤機(jī)風(fēng)量自動(dòng)無法投入在變負(fù)荷階段對(duì)水冷壁安全存在很大影響。當(dāng)升負(fù)荷時(shí)，雖然給煤機(jī)出力增加，但由于磨煤機(jī)通風(fēng)量變化不及時(shí)，入爐煤粉量并沒有第一時(shí)間增加。給水流量隨負(fù)荷增加了，而短時(shí)間內(nèi)燃料變化不大，這樣使得升負(fù)荷使給煤量增加幅度遠(yuǎn)超過實(shí)際需求量，所以在負(fù)荷升至目標(biāo)值后，給水量穩(wěn)定時(shí)，燃料實(shí)際己經(jīng)過調(diào)，所以造成升負(fù)荷時(shí)水冷壁容易出現(xiàn)超溫。降負(fù)荷階段與升負(fù)荷時(shí)情況類似，給水流量、給煤量