【正文】 ............................................................................................35 計(jì)算結(jié)果應(yīng)用 ....................................................................................................37 鍋爐安全工作的負(fù)荷及燃料限制 .............................................................37 預(yù)防超溫的技術(shù)方案 .................................................................................37結(jié) 論 ..........................................................................................................................40致 謝 ..........................................................................................................................41參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................42第 1 章 緒 論 1 第 1 章 緒 論 課題的選題背景改革開(kāi)放的20年是我國(guó)電力工業(yè)大發(fā)展時(shí)期，到2022 年底全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到，年發(fā)電量達(dá)到13685 億kWh， 成為世界上第二大電力生產(chǎn)國(guó)。隨著我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展， 火力發(fā)電機(jī)組的容量不斷增大， 電站鍋爐過(guò)熱器超溫爆管、泄漏的問(wèn)題也日益嚴(yán)重， 影響了發(fā)電廠的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 所以分析鍋爐過(guò)熱器爆管的機(jī)理及原因， 監(jiān)測(cè)過(guò)熱器的管壁溫度， 從根本上采取措施減少過(guò)熱器由于管壁超溫引起的爆管。目前，大型電站鍋爐爆管事故(BTF)已成為當(dāng)前威脅發(fā)電設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的突出矛盾。在鍋爐爆管事故中過(guò)熱器爆管造成的事故損失最大，而且隨著舊機(jī)組服役時(shí)間的增加及新機(jī)組投產(chǎn)量和參數(shù)的提高，這類(lèi)事故還有逐年上升的趨勢(shì)，是影響安全發(fā)供電的主要因素。而過(guò)熱器是鍋爐承壓部件中工作溫度最高的受熱面，管內(nèi)流過(guò)的是高溫高壓蒸汽，其傳熱性能較差，而管外又是高溫?zé)煔?，所處環(huán)境惡劣，因此損壞事故的比例非常大。了解過(guò)熱器爆管事故的直接原因和根本原因，搞清管子失效的機(jī)理，并提出預(yù)防措施，減少過(guò)熱器爆管的發(fā)生是當(dāng)前的首要問(wèn)題。而設(shè)計(jì)因素中有圓燃燒方式本身所固有的缺陷。設(shè)計(jì)選用系數(shù)不合理。W 公司設(shè)計(jì)、制造的“W”型鍋爐， 選用了不合理的受熱面系數(shù)， 使?fàn)t膛出口煙溫實(shí)測(cè)值比設(shè)計(jì)值高80～100℃ [3]。如金竹山電廠1號(hào)爐屏式過(guò)熱器進(jìn)入三級(jí)過(guò)熱器的左右交叉方式欠佳， 導(dǎo)致三、四級(jí)過(guò)熱器頻繁爆管 [4]。如淮北電廠5號(hào)爐過(guò)熱器在后屏設(shè)計(jì)中沒(méi)有將前屏造成的偏差考慮進(jìn)去， 引起過(guò)熱器爆管 [5]。如邢臺(tái)發(fā)電廠4號(hào)爐屏底與折焰角之間的間隙太大，后屏不能有效地消除爐膛出口的殘余旋轉(zhuǎn)，增大過(guò)熱器的熱負(fù)荷， 導(dǎo)致超溫爆管 [6]。如荊門(mén)熱電廠4號(hào)爐過(guò)熱器彎頭發(fā)生的爆管 [7]，錯(cuò)用鋼材；如靖遠(yuǎn)電廠4號(hào)爐的制造、維修過(guò)程中， 應(yīng)該用合金鋼的高溫過(guò)熱器出口聯(lián)箱管座錯(cuò)用碳鋼， 使碳鋼管座長(zhǎng)期過(guò)熱爆破 [8]，焊接質(zhì)量差。安裝質(zhì)量問(wèn)題。異物堵塞管子。而運(yùn)行狀況因素是蒸汽品質(zhì)不良， 引起管內(nèi)結(jié)垢嚴(yán)重， 導(dǎo)致管壁過(guò)熱爆管。燃燒煤種偏離設(shè)計(jì)煤種， 使著火點(diǎn)延遲， 火焰中心上移， 當(dāng)爐膛高度不足， 過(guò)熱器就會(huì)過(guò)熱爆管。如渾江發(fā)電廠3 號(hào)爐， 過(guò)熱器使用的材質(zhì)基本都工作在材質(zhì)允許的極限溫度中， 在運(yùn)行工況發(fā)生變化時(shí)調(diào)整不當(dāng)， 發(fā)生瞬時(shí)超溫爆管 [13]。如石嘴山電廠9號(hào)爐， 因吹灰器沒(méi)有投入運(yùn)行， 受熱面部分管子結(jié)渣或積灰， 使管間吸熱嚴(yán)重不均， 從而導(dǎo)致屏式過(guò)熱器超溫爆管 [14]，管間振動(dòng)磨損。減溫器發(fā)生故障。因起主調(diào)作用的Ⅰ級(jí)減溫器減溫水投入少， 冷卻屏式過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器的效果差， 增加過(guò)熱器超溫的可能 [16]。如黃臺(tái)2號(hào)爐過(guò)熱器管已運(yùn)行23萬(wàn)小時(shí)以上， 管材球化、氧化嚴(yán)重， 已出現(xiàn)蠕變裂紋，如不及時(shí)更換， 遲早會(huì)發(fā)生爆管 [17]。如洛河電廠2 號(hào)爐管內(nèi)壁 ， 使過(guò)熱器壁溫升高20～30℃。燃煤灰分高。高壓加熱器投入率低。國(guó)際上已經(jīng)對(duì)鍋爐爆管機(jī)理有了很深研究，可分為22種故障機(jī)理，并且已有19種都已查明并徹底解決，但有三種機(jī)理在當(dāng)時(shí)是不能有效地、徹底地解決。進(jìn)一步分析表明可用率提高的障礙不是技術(shù)問(wèn)題，而是管理和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，研究人員發(fā)現(xiàn)， 電廠人員經(jīng)常是不接觸技術(shù)的管理，很難斷定事故機(jī)理。 壁溫計(jì)算大容量鍋爐的分隔屏與后屏過(guò)熱器的傳熱計(jì)算關(guān)系著鍋爐的汽溫特性以至鍋爐的變負(fù)荷性能。關(guān)于后屏過(guò)熱器壁溫計(jì)算方法分別在以下文獻(xiàn)有所涉及：文獻(xiàn)[24]中對(duì)屏式過(guò)熱器的壁溫計(jì)算方法進(jìn)行了分析研究，通過(guò)對(duì)比，采用了一種更為嚴(yán)格的數(shù)值計(jì)算方法，并且編制了壁溫?cái)?shù)值計(jì)算程序。該方法便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的管壁溫度計(jì)算預(yù)測(cè)。文獻(xiàn)[26]提出了大容量鍋爐屏式過(guò)熱器傳熱計(jì)算新方法，不僅能突出屏式過(guò)熱器傳熱過(guò)程的實(shí)際規(guī)律，而且計(jì)算簡(jiǎn)便。文獻(xiàn)[27]提出了原蘇聯(lián)熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 4 （1973 年）73 法的壁溫計(jì)算提出了其中許多不足并且提出了修改意見(jiàn)并編制了計(jì)算程序。然而，要滿(mǎn)足這一條件是有一定難度的，這是因?yàn)檫^(guò)熱器和再熱器中工質(zhì)的溫度最高，受熱面的熱負(fù)荷也相當(dāng)高，而蒸汽的放熱系數(shù)卻較小，故其管壁溫度很高，已接近鋼材的最高允許溫度。過(guò)熱器和再熱器的管壁溫度與其并列管子間的熱偏差密切相關(guān)。熱偏差的程度可用熱偏差系數(shù) 來(lái)衡量，即? (21)0hp???式中： —熱偏差管（所檢測(cè)管子）中工質(zhì)的焓增，kJ/kg；ph?—管組中工質(zhì)的平均焓增，kJ/kg。s)，受熱面積，m 2，及工質(zhì)流ppGFq、量，kg/s；—分別為管組外壁面熱負(fù)荷，kJ/(m 2于是，有： (2—2)GFqpFq????00/1—吸熱不均勻系數(shù)；q?東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 —結(jié)構(gòu)不均勻系數(shù)；F?—流量不均勻系數(shù)。顯F?然，對(duì)于過(guò)熱器來(lái)說(shuō)，最危險(xiǎn)的將是熱負(fù)荷較大而蒸汽流量又較小，因而其汽溫又較高的那些管子。它主要包括三方面：沿?zé)煹缹挾鹊臒崃Σ痪鶆蛐裕谎責(zé)煹栏叨?或深度) 的熱力不均勻性；同屏(片) 各管的熱力不均勻性。各個(gè)角的煤粉氣流噴入爐內(nèi)受到上游已燃高溫旋轉(zhuǎn)火焰的點(diǎn)燃而迅速著火，因此著火條件良好，煤種適應(yīng)性較廣，幾乎可以成功的燃用各種固體燃料。但是，四角切圓燃燒也存在其固有的缺點(diǎn) [3336]。當(dāng)四角切圓燃燒器的四股射流中出現(xiàn)一角或幾角的射流強(qiáng)弱不同或燃燒器擺動(dòng)角度不一致時(shí)，都將影響爐內(nèi)正常氣流工況，尤其是出現(xiàn)卻角、兩對(duì)角等運(yùn)行方式。除燃燒偏斜外，爐內(nèi)煙氣的旋轉(zhuǎn)方向?qū)煹纼?nèi)的煙氣偏斜也有影響，當(dāng)氣流右旋使偏向右側(cè)，左旋時(shí)偏向左側(cè)。第 2 章 過(guò)熱器系統(tǒng)的熱偏差理論分析 7 沿?zé)煹栏叨?或深度)的熱力不均勻性在大容量電站鍋爐中，由于煙道尺寸較大，因此煙道內(nèi)的熱負(fù)荷(或煙溫)分布不僅在寬度方向上不均勻，在煙道深度及高度方向也存在不均勻性。 同屏(片) 各管的熱力不均勻性在大容量電站鍋爐中，過(guò)熱器與再熱器受熱面管排大多采用若干根 U 型管圈并聯(lián)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)型式客觀上決定了同一管排的不同管圈之間的吸熱情況的不同，具體又分為以下幾種情況 [29， 30， 31]1 輻射吸熱量不均勻性受熱面中各管段接受管束前或管束后煙氣空間的輻射熱的多少與受熱面在煙氣流程中所處的位置有關(guān)。對(duì)于受到爐膛輻射或屏前煙氣容積輻射的屏式過(guò)熱器來(lái)說(shuō)，各排管子接受屏前輻射的角系數(shù)及該輻射被減弱的程度是不同的，因而屏式過(guò)熱器各排管子接受屏前輻射的熱量不同。一般屏式過(guò)熱器的總吸熱量中，屏間煙氣輻射熱約占一半左右，而屏中各管段吸收屏間煙氣輻射的受熱面積是不同的。首末排管除兩側(cè)外還受到前面和后面煙氣空間的輻射，懸空管受到四面煙氣的輻射，因此外圈管、最內(nèi)圈管和懸空管等管子的吸熱量增大，靠近管束間小煙氣室的管段也比中間管段吸收更多的屏間煙氣輻射熱。文獻(xiàn)[32]曾對(duì)數(shù)十種計(jì)算公式進(jìn)行分析對(duì)比，對(duì)流換熱強(qiáng)度不僅與煙氣和工質(zhì)的物理特性、流速及溫度有關(guān)，還受到管束的幾何特性(排列方式、管節(jié)距、管徑、管排數(shù)及管子的幾何特性等因素)的影響。 集箱效應(yīng)引起的流量不均勻性過(guò)熱器和再熱器蛇型管的進(jìn)出口一般均與集箱相連，沿集箱長(zhǎng)度方向上，由于工質(zhì)流速、重位壓頭和阻力大小的變化，使各點(diǎn)的壓力不等，從而影響與其相接的管子進(jìn)、出口壓差，引起各管工質(zhì)流量分配不均勻，它主要與進(jìn)、出口集箱的布置，即工質(zhì)的引入、引出方式、集箱內(nèi)徑尺寸及其材質(zhì)等因素有關(guān)。尤其是再熱器系統(tǒng)，因工質(zhì)壓力較低、比容較大，集箱內(nèi)工質(zhì)壓力較低、比容較大，集箱內(nèi)工質(zhì)的軸向流速就更高，由集箱效應(yīng)引起的流量不均勻性將更為嚴(yán)重。因此，即使是對(duì)于從集箱同一截面上引出或引入的管排，并聯(lián)各管因長(zhǎng)度、彎頭、管子內(nèi)徑和管材不同引起的阻力系數(shù)的差異，會(huì)使其流量也各不相同。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于沿寬度及同屏熱力不均勻性的存在必然導(dǎo)致各管圈吸熱量的不同，因而熱效流量偏差也將加劇各管圈的流量分配不均。國(guó)內(nèi)各鍋爐廠以往均采用蘇聯(lián) 1957 年和 1973 年熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)鍋爐，由于該標(biāo)準(zhǔn)未考慮爐膛幾何尺寸對(duì)爐內(nèi)傳熱的影響，故計(jì)算與實(shí)際出入較大，算出的爐膛出口煙溫比實(shí)測(cè)值高 70~100℃。 爐膜選型不當(dāng)我國(guó)大容量鍋爐的早期產(chǎn)品，除計(jì)算方法上存在問(wèn)題外，缺乏根據(jù)燃料特性選擇爐膛尺寸的可靠依據(jù)，使設(shè)計(jì)出的爐膛不能適應(yīng)煤種多變的運(yùn)行條件。相反爐膛高度偏低則引起超溫，如重慶電廠 DG670/1408 型鍋爐因爐膛設(shè)計(jì)過(guò)矮，引起高溫過(guò)熱器和熱段再熱器超溫，尤其是在啟動(dòng)階段更為明顯。爐膛選型不當(dāng)在個(gè)別進(jìn)口機(jī)組上也存在，如元寶山電廠配 600MW 機(jī)組鍋爐的過(guò)熱器超溫也與該爐的爐膛高度偏低有關(guān)。其不合理性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：、引出方式布置不當(dāng)，使蒸汽在集箱中流動(dòng)時(shí)靜壓變化過(guò)大而造成較大的流量偏差。這一問(wèn)題主要存在于按美國(guó) CE 公司技術(shù)設(shè)計(jì)的鍋爐中，如寶鋼自備電廠、華能福州和大連電廠配350MW 機(jī)組鍋爐，石橫電廠配 300MW 機(jī)組鍋爐以及平塢電廠配 600MW 機(jī)組鍋爐再熱器超溫均與此有關(guān)。 ，或者未進(jìn)行左右交叉，這樣使得前后級(jí)的熱偏差相互疊加。 在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布置的不合理性往 往是幾種方式同時(shí)存在，這樣加劇了受熱面超溫爆管的發(fā)生。而在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于對(duì)各種偏差的綜合影響往往未能充分計(jì)及，導(dǎo)致校核點(diǎn)計(jì)算壁溫比實(shí)際運(yùn)行低，或者校核點(diǎn)的選擇不合理，這樣選用的材質(zhì)就可能難以滿(mǎn)足實(shí)際運(yùn)行的要求，或高等級(jí)鋼材未能充分利用。 制造工藝、安裝及檢修質(zhì)量對(duì)受熱面超溫、爆管的影響 從實(shí)際運(yùn)行狀況來(lái)看，由于制造廠工東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 12 藝問(wèn)題、現(xiàn)場(chǎng)安裝及電廠檢修質(zhì)量等原因而造成的過(guò)熱器和再熱器受熱面超溫爆管與泄漏事故也頗為常見(jiàn)。 聯(lián)箱中間隔板焊接問(wèn)題 聯(lián)箱中間隔板在裝隔板時(shí)沒(méi)有按設(shè)計(jì)要求加以滿(mǎn)焊，引起聯(lián)箱中蒸汽短路，導(dǎo)致部 5 號(hào)爐后屏聯(lián)箱內(nèi)的隔板與聯(lián)箱內(nèi)壁間隙原設(shè)計(jì)為lmm，隔板裝好后再滿(mǎn)焊，以防止蒸汽短路。 聯(lián)箱管座角焊縫問(wèn)題 據(jù)調(diào)查，由于角焊縫未焊透等質(zhì)量問(wèn)題引起的泄漏或爆管事故也相當(dāng)普遍。此外，黃埔電廠與洛河電廠 4 臺(tái)亞臨界 UP 型直流鍋爐的水冷壁和過(guò)熱器系統(tǒng)也存在這一問(wèn)題而影響鍋爐的可靠運(yùn)行。奧氏體鋼與珠光體鋼焊接時(shí)，由于膨脹系數(shù)相差懸殊，己發(fā)生過(guò)數(shù)次受熱面管子撕裂事故。此外，一種鋼管焊接時(shí)往往有接頭兩邊壁厚不等的問(wèn)題，不同壁厚主蒸汽管的焊接接頭損壞事故也多次發(fā)生，一些廠家認(rèn)為在這種情況下應(yīng)考慮采用短節(jié)，以保證焊接接頭兩側(cè)及其熱影響區(qū)范圍內(nèi)壁厚不變。但在實(shí)際運(yùn)行第 3 章 受熱面超溫爆管原因及預(yù)防措施綜述 13 中，由于制造廠焊口、安裝焊口和電廠檢修焊口質(zhì)量不合格(如焊口毛刺、砂眼等)而引起的爆管、泄漏事故相當(dāng)普遍，其后果也相當(dāng)嚴(yán)重。該屏共 29根管子，結(jié)果直徑為 80%的球不能通過(guò)的有 11 根，直徑為 70%的球不能通過(guò)的有 8 根，65%不能通過(guò)的有 4 根。 管子彎頭橢圓度和管壁減薄問(wèn)題 GB922288 水管鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了彎頭的橢圓度，同時(shí)考慮了彎管減薄所需的附加厚度。但實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)往往大于此值，最大達(dá) 21%，有相當(dāng)一部分彎頭的橢圓度在 9%12%之間。因此，希望對(duì)彎管工藝加以適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，以降低橢圓度和彎管減薄量，或者增加彎頭的壁厚。 管材質(zhì)量問(wèn)題 由于管材本身的質(zhì)量不合格造成的爆破事故不像前述幾個(gè)問(wèn)題那么普遍，但在運(yùn)行中也確實(shí)存在。為此，在制造廠制造加工和電廠檢修時(shí)應(yīng)注意嚴(yán)格檢查管材的質(zhì)量，加以避免。大容量電站鍋爐的汽溫調(diào)節(jié)方式較多，在實(shí)際運(yùn)行中，由于調(diào)溫裝置原因帶來(lái)的東北電力大學(xué)本科畢業(yè)論文 14 問(wèn)題也較多，據(jù)有關(guān)部門(mén)調(diào)查，配 200MW 機(jī)組的鍋爐 80%以上的再熱蒸汽調(diào)溫裝置不能正常使用。 噴水減溫器容量不合適 噴水式減