【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 階段和過熱階段。水冷壁自啟動(dòng)至37 %MCR 負(fù)荷時(shí) , 運(yùn)行方式與汽包鍋爐相似 , 汽水分離器充當(dāng)汽包的作用 , 分離出的水排入疏水?dāng)U容器實(shí)現(xiàn)工質(zhì)回收。當(dāng)負(fù)荷到 37 %MCR 時(shí) , 汽水分離器由濕態(tài)切換到干態(tài)。 37 %MCR 到 85 %MCR 時(shí) , 鍋爐作變壓直流運(yùn)行 , 這時(shí)內(nèi)置式汽水分離充當(dāng)集汽箱的作用。 汽水分離器是直 流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)中的一個(gè)重要部分 , 有內(nèi)置式和外置式之分。石洞口電廠鍋爐采用內(nèi)置式汽水分離器。啟動(dòng)時(shí)汽水分離器能起固定蒸發(fā)終點(diǎn)的作用 , 啟動(dòng)完畢后不從系統(tǒng)中切除 , 而是串聯(lián)在汽水流程內(nèi)。當(dāng)分離器切換到干態(tài)運(yùn)行后 , 自動(dòng)控制由水位控制改變?yōu)楣べ|(zhì)溫度控制 , 工作參數(shù) (壓力和溫度 ) 要求比較高 , 但因不需切除 , 控制閥門可以簡(jiǎn)化。 汽機(jī)旁路系統(tǒng) 中間再熱單元機(jī)組要設(shè)置旁路系統(tǒng) , 以便在機(jī)組啟停和汽機(jī)故障時(shí)協(xié)調(diào)匹配機(jī)爐的工況 , 實(shí)現(xiàn)工質(zhì)的回收。 石洞口二廠鍋爐設(shè)有 100 %容量的高壓旁路和 65 %容量的低壓旁 路 , 兩級(jí)旁路串聯(lián) , 這是歐洲國(guó)家采用的典型系統(tǒng)。汽機(jī)沖轉(zhuǎn)后帶上少量負(fù)荷時(shí) , 隨著汽機(jī)進(jìn)汽量的增加 , 高壓旁路閥逐漸關(guān)小。當(dāng)汽機(jī)主調(diào)門開度達(dá)到 90 %時(shí) , 高壓旁路閥門全關(guān) , 當(dāng)鍋爐蒸汽壓力超過預(yù)定的安全值時(shí) ,可通過特殊的控制回路將旁路閥快速打開 , 起到鍋爐安全閥的作用 , 故鍋爐過熱器不另設(shè)安全閥。用高壓旁路來代替安全閥 , 可減弱 15 噪音 , 并使蒸汽通過減壓減溫裝置進(jìn)入凝汽器 , 實(shí)現(xiàn)工質(zhì)回收。低壓旁路將再熱器出口蒸汽繞過汽機(jī)中低壓缸而直接排入凝汽器。由于該旁路只具備 65 %容量 , 不能作為安全閥 , 故再熱器前后 均另設(shè)安全閥。在汽機(jī)甩部分或全部負(fù)荷時(shí) , 低壓旁路調(diào)節(jié)閥會(huì)接受 脈沖信號(hào) , 以增加其開度而快速排出因汽機(jī)中壓缸進(jìn)汽減少而多余的蒸汽。 平圩電廠和北侖電廠亞臨界機(jī)組也設(shè)有高壓和低壓旁路系統(tǒng) , 其作用與石洞口二廠超臨界機(jī)組的旁路系統(tǒng)相仿 , 但容量較小。平圩電廠的高低壓旁路的容量都為 30 %額定負(fù)荷 , 北侖電廠高低壓旁路的容量分別為 50 %和 60 %額定負(fù)荷。 4．結(jié)束語 經(jīng)過 40 多年的不斷完善和發(fā)展 , 超臨界機(jī)組的發(fā)展已進(jìn)入成熟和實(shí)用階段 , 運(yùn)行可靠性和熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)不低于亞臨界機(jī)組 , 運(yùn)行靈活性也大為提高。 為進(jìn)一步降低能耗 , 減少 CO2 排放 , 改善環(huán)境 , 在材料技術(shù)發(fā)展的前提下 , 超臨界機(jī)組正朝更高參數(shù)的超超臨界技術(shù)方向迅速發(fā)展。 第四節(jié) 我國(guó)超臨界機(jī)組分布狀況 經(jīng)過技術(shù)的成熟和發(fā)展，目前超臨界參數(shù)火力發(fā)電機(jī)組在可靠性和調(diào)峰靈活性等方面都可以得到保證，這對(duì)煤炭資源的節(jié)約、發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)境改善，都顯示了相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性。我國(guó)在超臨界和超超臨界機(jī)組的研究、設(shè)計(jì)和制造能力的形成和提高上加大投人，發(fā)揮國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造能力，新建了一大批超臨界機(jī)組。 我們小組通過各方面調(diào)研，對(duì)全國(guó)的超臨界機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)計(jì)列表，詳情見附表 1。 由于資源、經(jīng)濟(jì)、交通等各方面因素影響，我國(guó)各省超臨界機(jī)組建設(shè)狀況并不均衡，在資源豐富、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、交通便利的地方，機(jī)組建設(shè)較多，圖 4是根據(jù)調(diào)研資料經(jīng)過統(tǒng)計(jì)的全國(guó)各省市機(jī)組分布情況。 我國(guó)各省市機(jī)組分成狀況山西12%河南12%內(nèi)蒙古7%寧夏6%遼寧6%江蘇6%廣東6%江西5%湖南5%浙江4%上海4%河北4%福建4%山東3%黑龍江3%安徽3%重慶2%陜西2%吉林2%貴州2%廣西2%云南1%新疆1%天津1%四川1%湖北1% 16 圖 4 我國(guó)各省市超臨界機(jī)組分成情況 第二章 我國(guó)超臨界鍋爐運(yùn)行中存在的主要問題 第一節(jié) 機(jī)組運(yùn)行主要問題概述 我國(guó)從 2021 年國(guó)產(chǎn)超臨界機(jī)組投運(yùn)以來，運(yùn)行狀況總體較好，但也出現(xiàn)了一些問題，我們通過對(duì)多家電廠的調(diào)研，總結(jié)出了幾種常見事故，詳情見圖 5。 圖 5 國(guó)產(chǎn)超臨界鍋爐常見事故統(tǒng)計(jì) 哈爾濱鍋爐廠、上海鍋爐廠、東方鍋爐廠是國(guó)內(nèi)最大的三家鍋爐生產(chǎn)廠家，代表國(guó)內(nèi)鍋爐發(fā)展的最高水平，我們通過對(duì)所調(diào)查的幾十家電廠鍋爐發(fā)生事故次數(shù)的比較，統(tǒng)計(jì)了三家電廠鍋爐事故率，對(duì)三家鍋爐廠做了簡(jiǎn)單的比較，見圖 6，由于三家鍋爐產(chǎn)量及所調(diào)研資料的不足，此表有一定的缺憾，僅供參考。 超臨界鍋爐常見事故統(tǒng)計(jì)四管爆漏燃燒問題超溫及熱偏差問題0123456789哈爾濱鍋爐廠 上海鍋爐廠 東方鍋爐廠國(guó)內(nèi)鍋爐廠家鍋爐比較表出現(xiàn)事故鍋爐數(shù) 17 圖 6 國(guó)內(nèi)超臨界鍋爐生產(chǎn)廠家鍋爐比較表 第三章 超臨界鍋爐四管泄露問題概述 水的臨界壓力為 ,臨界溫度為 ℃ .在臨界點(diǎn)上，水與汽的參數(shù)完全相同，兩 者的差別消失。超臨界鍋爐工作在超臨界壓力范圍內(nèi)，水冷壁與過熱器的功能類似，水冷壁熱偏差導(dǎo)致流量偏差擴(kuò)大、偏差管內(nèi)工質(zhì)熱物理特性劇烈變化，進(jìn)而產(chǎn)生流量偏差和傳熱特性惡化，致使水冷壁壁溫偏差增大。同時(shí)超臨界機(jī)組再熱器、過熱器材質(zhì)品種繁多，基建施工中錯(cuò)用鋼材和焊接工藝問題導(dǎo)致的鍋爐故障問題比較突出，其危害比亞臨界自然循環(huán)鍋爐的程度嚴(yán)重得多。 針對(duì)超臨界鍋爐機(jī)組四管泄漏問題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和不斷探索，在設(shè)計(jì)施工、檢修、運(yùn)行等方面進(jìn)行了有益的嘗試和改進(jìn)部分問題得到有效解決。對(duì)提高超臨界鍋爐的設(shè)計(jì)水平、設(shè)備可用率及安全運(yùn)行 具有重要價(jià)值。 統(tǒng)計(jì)資料表明 , 機(jī)組因鍋爐問題造成非計(jì)劃停運(yùn)占機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)的 60%～ 80% , 而鍋爐“四管” (水冷壁管、過熱器管、再熱器管、省煤器管 ) 泄漏引起的非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間占機(jī)組因鍋爐問題非計(jì)劃停運(yùn)時(shí)間的 70% 以上 , 少發(fā)電量占全部事故少發(fā)電量的 50% 以上 , 是影響電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要因素。因此 , 如何有效預(yù)防鍋爐爆管 , 是一個(gè)很有意義的課題。 第一節(jié) 四管泄露問題產(chǎn)生的主要原因 1．長(zhǎng)期、短期超溫爆管泄漏 鍋爐受熱面管壁造成長(zhǎng)時(shí)超溫過熱的原因主要有兩種：一是管子內(nèi)進(jìn)入異物使管子堵塞，或是焊 接時(shí)的焊瘤等易造成管子堵塞；二是氧化物太多。 第一種情況管子內(nèi)進(jìn)入異物主要是基建安裝時(shí)造成 ,短時(shí)間內(nèi)就發(fā)生爆管。如某超臨界鍋爐Ⅱ級(jí)屏在 168h試運(yùn)期間曾發(fā)生 5次爆管，其材質(zhì)為 12Cr18Ni12Ti規(guī)格為∮32 mm 6 ：爆破口較大，呈尖銳喇叭形，管壁減薄較多，脹粗明顯，破口邊緣薄而鋒利。爆管原因?yàn)椋喊惭b時(shí)酸洗不合格，管子里有異物堵塞。 第二種情況氧化物脫落造成爆管的過程為：大型電站鍋爐的高溫過熱器和再熱器多為立式布置，每級(jí)過熱器和再熱器由數(shù)百根豎立的 U形管并列組成。機(jī)組在停機(jī)和啟動(dòng)時(shí) ，以及負(fù)荷、溫度和壓力變化較大時(shí)，鍋爐受熱面上達(dá)到剝離條件的氧化皮開始逐漸剝離下來，堆積在鍋爐過熱器蛇行管受熱面底部。剝離下來的氧化皮垢層， 18 一部分被高速流動(dòng)的蒸汽帶出過熱器，另有一些會(huì)落到 U形管底部彎頭處。當(dāng)某一根管子開始有了一些脫落物堆積后，由于流動(dòng)阻力增加，它的管壁溫度就會(huì)比周圍的管子高，由于底部彎頭處氧化皮剝離物的不斷堆積，使得管內(nèi)通流截面減小，造成流動(dòng)阻力增加，導(dǎo)致管內(nèi)的蒸汽流通量減少，使管壁金屬溫度升高。當(dāng)堆積物數(shù)量較多時(shí)，造成管壁超溫引起爆管。爆破口特征為：爆破口外壁顏色較深，表面有多道蠕變縱向裂紋，爆破口處無明顯脹粗，邊緣減薄不明顯。 2．材質(zhì)不良導(dǎo)致發(fā)生爆管 超臨界鍋爐機(jī)組材質(zhì)規(guī)格繁多，如某電廠鍋爐一級(jí)屏式過熱器材質(zhì)為 12CrlMoV，二級(jí)屏式過熱器、三級(jí)屏式過熱器材質(zhì)為 12Cr18Ni12Ti,二級(jí)對(duì)流過熱器、二級(jí)對(duì)流再熱器材質(zhì)為 12Cr18Ni12Ti，水冷壁材質(zhì)為 12CrlMoV,一級(jí)對(duì)流再熱器材質(zhì)為12CrlMoV,一級(jí)對(duì)流過熱器材質(zhì)為 12CrlMoV,省煤器材質(zhì)為 CT20,如基建安裝時(shí)由于檢驗(yàn)把關(guān)不嚴(yán)導(dǎo)致材質(zhì)錯(cuò)用，則很容易發(fā)生爆管問題，爆管宏觀特征為爆破口異常劇烈，破口呈大喇叭狀，邊 緣粗鈍，為典型脆性斷裂。 3．管材磨損引起鍋爐泄漏原因 (1)易磨損部位受熱面防磨瓦脫落 !煙氣磨損使管子泄漏； (2)鍋爐蒸汽吹灰器設(shè)計(jì)安裝位置角度不合理，蒸汽長(zhǎng)時(shí)間工作直吹受熱面管某一固定部位導(dǎo)致泄漏。 4．因設(shè)計(jì)、安裝原因引起鍋爐泄漏 某電廠超臨界鍋爐在投產(chǎn)初期啟停過程中 !出現(xiàn)過幾次下輻射區(qū)水冷壁前后墻和側(cè)墻連接處水冷壁撕裂現(xiàn)象。分析引起水冷壁撕裂的原因?yàn)椋涸撾姀S鍋爐屬于典型的“一爐兩鍋”，兩個(gè)流道的沿程受熱面汽水互不混合，運(yùn)行中易形成溫度偏差，前后墻水冷壁的熱膨脹程度與側(cè)墻水冷壁熱膨脹程度不同，但整個(gè) 水冷壁通過鰭片焊接成一個(gè)整體，造成前后墻與側(cè)墻連接處焊縫存在拉應(yīng)力，而且這種拉應(yīng)力在鍋爐停爐時(shí)表現(xiàn)得尤為劇烈。由于鍋爐的頻繁啟停，這種拉應(yīng)力使前后墻與側(cè)墻連接處金屬的局部組織產(chǎn)生疲勞，引起撕裂，屬設(shè)計(jì)不合理。采取的改進(jìn)措施為 :將 10 m處前后墻與側(cè)墻連接鰭片從中間割開 1 m多，邊緣磨出止裂孔，使前后墻與側(cè)墻分開，兩個(gè)流道停爐時(shí)自由收縮。運(yùn)行表明改造效果明顯。 5. 異種鋼接頭失效造成爆管 某直流爐過熱器的異種鋼焊口布置在爐頂，珠光體鋼 12CrlMoV和奧氏體鋼12Cr18Ni12Ti，兩種鋼的耐熱能 力相差很大，當(dāng)爐內(nèi)管出現(xiàn)過熱時(shí)一定首先體現(xiàn)出12CrlMoV材質(zhì)脹粗過熱和泄漏，因此檢查爐內(nèi)異種鋼過熱器超溫情況時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查熱室中的異種鋼焊口及 12CrlMoV管材的過熱和脹粗。 異種鋼接頭失效的過程主要體現(xiàn)在如下方面： (1)在運(yùn)行溫度下，碳原子從低合金母材側(cè)進(jìn)入奧氏體焊縫，在熔合線附近形成脫碳層和增碳層。脫碳層的形成使接頭強(qiáng)度和蠕變性能降低，蠕變強(qiáng)度不匹配更加嚴(yán) 19 重。 (2)由線膨脹系數(shù)的差異引起的熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力與正常的管運(yùn)行應(yīng)力相疊加，在接頭熔合區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力集中。在該區(qū)可能還存在馬氏體相組織。 (3)由 于蠕變強(qiáng)度的差異 在應(yīng)力集中的作用下，應(yīng)變主要集中在蠕變強(qiáng)度較低的區(qū)域，即低合金母材側(cè)熔合線附近，運(yùn)行一段時(shí)間后，該區(qū)域內(nèi)部產(chǎn)生蠕變裂紋，外部產(chǎn)生類似咬邊缺陷的溝槽。 (4)長(zhǎng)期運(yùn)行產(chǎn)生的蠕變裂紋相互聯(lián)合。 (5)聯(lián)合的裂紋沿熔合線擴(kuò)展，最終導(dǎo)致接頭斷裂。 第二節(jié) 四管泄露問題檢修及預(yù)防的主要措施 1. 解決鍋爐四管泄漏方法 設(shè)計(jì)與材質(zhì)選用 超臨界機(jī)組高壓蒸汽管道、過熱器、再熱器、水冷壁、聯(lián)箱等部件的工作條件相對(duì)較為苛刻，對(duì)材料要求也比較嚴(yán)格，其常見的典型失效機(jī)制最主要表現(xiàn)為蠕變：疲勞、腐蝕和磨損等 。因此，機(jī)組用熱強(qiáng)鋼應(yīng)滿足以下幾個(gè)基本方面的要求 :① 500～600 ℃的工況下應(yīng)具有足夠高的高溫蠕變強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和熱疲勞強(qiáng)度；②具有良好的高溫組織穩(wěn)定性；③具有良好的高溫抗氧化性，耐腐蝕性；④具有良好的冷加工性能和焊接性能。 在鍋爐設(shè)計(jì)或投運(yùn)以后的改造中，更換 Cr含量高的管材以提高金屬抗氧化能力，氧化皮脫落的現(xiàn)象在鐵素體和奧氏體材料上均有發(fā)生，各種材料在抗氧化和剝落上有所差別，材料中 Cr含量的提高有助于提高抗氧化能力，減緩氧化皮剝落的發(fā)生。 T91抗氧化性能優(yōu)于 T22材料，其允許管壁溫可在 620～ 650 ℃ 以上。大量的研究和試驗(yàn)工作還表明 :細(xì)晶 TP347FG鋼管在 550 ℃以上時(shí)的抗蒸汽氧化性能較強(qiáng)，其蒸汽側(cè)氧化皮生長(zhǎng)速度較低，已在國(guó)內(nèi)外電廠開始應(yīng)用。 受熱面檢修解決方法 根據(jù)超臨界機(jī)組運(yùn)行實(shí)際情況和幾年來積累的經(jīng)驗(yàn)確定檢查周期，沖刷嚴(yán)重部位每年檢測(cè)一次，其他部位進(jìn)行常規(guī)檢查，在一個(gè)大修期內(nèi)做到全部檢查一遍。以下重點(diǎn)部件需詳細(xì)檢查： (1)穿墻管、懸吊管、管卡處管子和省煤器、水平煙道內(nèi)過熱器上部管段、臥式布置的再熱器等易磨損部位受熱面。 (2)水冷壁四角管子、燃燒器噴口和孔、門彎管部件的管子、工質(zhì)溫度 不同而連在一起的包墻管、包煙、風(fēng)道滑動(dòng)面連接處的管子等易因膨脹不暢而拉裂的部位。 (3)受蒸汽吹灰器的汽流沖擊的管子及水冷壁或包墻管上開孔裝吹灰器部位的近鄰管排。 (4)屏式過熱器、高溫過熱器和高溫再熱器等有經(jīng)常超溫記錄的管排。 (5)在大、中修期間采用氧化皮監(jiān)測(cè)儀對(duì)過熱器、再熱器進(jìn)行氧化皮檢測(cè)，同時(shí) 20 對(duì)管材進(jìn)行壽命評(píng)估并及時(shí)更換氧化較嚴(yán)重的管材。 檢查的重點(diǎn)項(xiàng)目是 : ①包墻過熱器鰭片焊口咬邊及頂棚過熱器對(duì)接焊口檢查；②爐外小管一次門前焊口、彎頭磨損檢查；③一、二級(jí)屏式過熱器、末級(jí)過熱器內(nèi)圈吹灰器附近磨損部位 ；④檢查低溫再熱器懸吊管根部是否有異常情況。 2. 運(yùn)行操作的主要預(yù)防措施 (1) 注意主汽溫及鍋爐金屬壁溫的監(jiān)視與調(diào)整，啟動(dòng)時(shí)嚴(yán)格按運(yùn)行規(guī)程控制好升溫速度，防止運(yùn)行中超溫?；＿^程中控制汽溫下降率小于 ℃／ min平穩(wěn)下降，機(jī)組負(fù)荷降至 100MW以下時(shí)少用二級(jí)減溫水。盡量避免緊急停爐，嚴(yán)禁停爐后通風(fēng)快速冷卻，以防止氧化皮脫落。但機(jī)組大修停爐時(shí)快速停爐冷卻，使氧化皮盡快脫落在大修期間得到一次徹底清除。 (2)做好停爐防腐工作，防止過熱器、再熱器彎頭積水造成停運(yùn)期間腐蝕。 (3)采用汽輪機(jī)啟動(dòng)旁路系統(tǒng)對(duì) 氧化皮進(jìn)行吹掃，在機(jī)組啟動(dòng)初期利用機(jī)組本身的一、二級(jí)旁路系統(tǒng)對(duì)鍋爐過熱器 !再熱器進(jìn)行蒸汽吹管，通過監(jiān)測(cè)凝結(jié)水