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湛江发电厂锅炉再热器超温问题及改造措施

文档作者：孔文勇文档来源：湛江发电厂		点击数：	更新时间： 2021年12月17日
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2005年2月
第6卷第2期
电力设备
Electrical Equipment
Feb．2lXI5
Vo1．6 N0．2
湛江发电厂锅炉再热器超温问题及改造措施
孔文勇
(湛江发电厂，广东省湛江市524099)
摘要：湛江发电厂l、2号锅炉再热器长期存在超温的问题，其主要原因是热偏差。通过分析试验数据和其他同类型
四角切圆燃烧器改造的成功经验，决定采用顶部二次风反切一定角度的改遣方案，通过燃烧调整试验，找出了较为
合理的锅炉燃烧优化运行方式．使湛江发电厂1、2号锅炉再热器超温问题得到解决。
关键词：锅炉：再热器；汽温；烟温；超温
中图分类号："IIC223．3
湛江发电厂I、2号锅炉中、高温再热器的部分
管壁温度长期超过运行允许值，多次因爆管造成停
炉事故。部分管子已产生较厚的高温氧化膜，提早
出现寿命损伤，存在较大的设备事故隐患，严重地
影响了发电机组的安全运行，因此必须进行全面的
试验以找出其原因，采取有效的措施，确保再热器
的安全运行。
1 机组概况
湛江发电厂I、2号锅炉为DG1025／18．2 lI(3)型
亚临界、中间再热、自然循环、单炉膛、Ⅱ 型全悬吊露天
布置、平衡通风、燃煤汽包炉。炉膛断面尺寸为(宽×
深)13 335 mm x 12 829 mm。再热器分三级布置，壁式
再热器布置于三面水冷壁上，中温再热器和高温再热
器顺流布置于水平烟道。再热汽温的调节以摆动燃
烧器喷口为主，辅以喷水减温。中温再热器与高温再
热器之间无中间混合集箱。中、高温再热器的管材为
12CrlMoV、12Cr2MowVTiB、SA一213T91，其材料的最
高使用温度分别为580、600、650℃ 。目前高温再热
器个别管壁温在570oC左右，对12CrlMoV 和
12Cr2MoWVTiB 2种钢材的长期运行有一定威胁。
燃烧器为直流摆动式燃烧器，采用双切圆布置方
式，假想切圆直径为~／750 mm(A、c角)和 550 mm
(B、D角)，燃烧器喷口布置图见图1。燃烧器有5层
一次风喷口，2层三次风喷口，2层油喷口和12层二
次风喷口，为了冷却一次风喷口及摆动销轴，在一次
风喷口四周布置有周界风，运行中顶二次风和三次风
喷口摆动±18。40 ，其余喷口摆动±20。。
2 再热器超温原因分析
电站锅炉再热器是由许多并列的蛇形管(或u
形管)组成的。尽管各并列管圈的管径、长度与结构
一致，但是，在运行过程中烟道各处的烟温和烟速存
在差异 分配进各管圈的工质流量难免不均。由于诸
顶二次风oFA 一
第2层三次风Y 一
第1层三次风X 一
第7层二次风EE 一
第5层一次风E 一
第2层油燃烧器 一
第6层二次风DE
第4层一次风D 一
第5层二次风DD 一
第4层二次风CC 一
第3层一次风C 一
第3层二次风Bc 一
第2层一次风B 一
第1层油燃烧器
第2层二次风AB 一
第l层一次风^ 一
第1层二次风AA 一
图1 燃烧器喷口布置图
多因素的影响，最后导致各平衡管圈吸热量各不相
同，管内蒸汽的焓增△ 也不同，再热器存在热偏
差 J。1、2号锅炉再热器右侧的烟温、汽温、壁温均
高于左侧，由于热偏差的存在，有的管内蒸汽温度将
超过平均汽温，就有可能因个别管壁温度超过安全极
限产生烧损爆管事故。2000年5月31日2号锅炉中
温再热器发生爆管泄漏事故，期间机组累计运行时间
约为27 721 h，爆管位置在右数第10屏的外圈管子
(60 mm x4 mm，12CrlMoV)。对爆管进行金相组织检
验、硬度测试和管壁金属当量温度评定等多项试验，结
果表明爆管失效类型为蠕变断裂，宏观表现形式属于
长期超温破坏范畴，爆管样运行区间金属当量温度为
596 oC，高于12CrlMoV钢允许的最高使用温度。
2000年，对1、2号锅炉中、高温再热器和过热器
进行了内壁氧化膜检测、宏观检查，其中2号锅炉中
温再热器的内壁氧化膜厚度为0．15～0．3 min，其运
行的当量温度是561．8～589．2 oC，初步进行寿命评
估为部分管子的剩余寿命不足79 200 h。1号锅炉管
壁受损程度比2号锅炉严重，大部分管排的1～6圈外
旒一一一 一一一一一一 ●一一O一0域一—9—一巫9—～ 8—一7一
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76 电力设备 第6卷第2期
壁均有氧化皮，且右侧管排受损比较严重，个别管子
的氧化皮厚度超过1 mm；实测1号炉高温再热器的
内壁氧化膜为0．15～0．5 mm，其运行的当量温度是
561．8～609℃ ，寿命评估认为部分管子的剩余寿命
不足9 000 h。
2．1 吸热不均匀性
管#1-壁热流密度不均匀直接导致再热器并列管
圈之间的吸热不均匀。由传热原理知，管外壁热流密
度主要由高温烟气与管壁间的温压与传热系数决定，
而烟气温度直接影响温压，烟气流速是影响传热系数
的主要因素。所以烟道内烟气温度场和速度场的不
均匀是造成吸热不均匀的主要原因 。
(1)锅炉炉膛中的烟气温度场和速度场本身的
不均匀性。由于炉膛四周布满水冷壁，因而靠炉壁的
烟气温度远比炉膛中部的烟气温度低，布置在炉壁的
壁式再热器沿宽度的吸热不均匀可达30％ ～40％ 。
(2)炉膛出口处烟气流的扭转残余将导致进入
烟道内的烟气温度和流速的分布不均匀。燃烧器四
角布置切圆燃烧锅炉，整个炉膛内是一个旋转上升的
大火炬，至炉膛出口处，烟气仍有旋转，两侧的烟温与
流速具有较大差异，烟温的差异可达100℃ 以上。这
就是所谓“扭转残余”。这将使得烟道内两侧的烟温
与流速分布不均匀-o 。
1、2号锅炉设计为双切圆燃烧Ⅱ 型炉，气流在炉
内以逆时针方向旋转，自下而上旋转强度逐渐减弱，
折焰角上部气流水平面的速度矢量图见图2。折焰
角上部气流因受到引风机向后的作用力，左侧向炉后
的速度降低，气体流量减小，而右侧向炉后的气流速
度增大，气体流量增加。由于右侧气流速度大于左
侧，所以右侧吸热量大于左侧，而再热汽温中间无交叉
混合，且中温再热器与高温再热器之间也无混合集箱，
从而使再热汽温左右产生较大偏差，右侧汽温高于左
侧。由于炉膛出口气流残余旋转的存在，使水平烟道
右侧下部气流形成了高温、高速区，在此区域内的高温
对流受热面易产生超温结渣，高温氧化腐蚀，长期运行
会使管壁减薄，乃至爆管，威胁锅炉的安全运行。
图2 折焰角上部气流水平面速度矢量图
(3)运行操作不当。① 调整四角燃烧器的煤粉
浓度和一、二次风风速不当，导致各燃烧器热负荷不
一致，火焰中心产生偏移，并使扭转残余增大。② 煤
粉与一次风不能及时充分混合，在炉膛上部或过热器
的局部区域还有煤粉继续燃烧的现象。③ 磨煤机的
投运方式和第五层给粉机的投运方式对烟道、汽温影
响较大。因为三次风风速高，携带煤粉，位于燃烧器
顶部燃烧，距离炉膛出口近，若A5、C5给粉机投运，
其刚好处于大切圆，使残余旋转加剧，水平烟道烟温
偏差增大。磨煤机的运行也一样。
2．2 流量不均匀性
(1)吸热不均匀的影响。偏差管的流量不均匀
系数为
Gp
仉 一
压
R 卸
式中，脚标P和 分别表示所检测管子(偏差管)的
特定值和整个管组的平均值；R、 、卸分别表示结构
阻力系统、蒸汽比容、管圈两端的压差。对于大多数
再热器，各并列管圈的结构基本相同，R 一尺 ，叼 一1。
得热偏差系数为
∞= (2)
由式(1)可看出，即使并列管排各管圈结构完全
一样，结构阻力系数尺相等，以及并列管排各管圈两
端的压差卸相等，由于吸热不均匀引起工质比容的
差异也会导致流量的不均匀。若偏差管吸热量大，管
内蒸汽平均比容增大，蒸汽流量减少，叼 <1。从式
(2)还可看出，由于吸热不均匀，并列管排中吸热量
大的管子，管内蒸汽比容增大，流量减少，更使得该管
的热偏差系数增大。管内蒸汽焓增增大，将使管子出
口工质温度和壁温有较大幅度的升高。
(2)联箱内压力变化的影响。由联箱水动力学
可知，由于联箱内蒸汽流速、沿程摩擦阻力和重位压
头的变化，沿联箱长度各点的静压是不相等的。当蒸
汽从一端进入水平布置的分配联箱后，不断分流入管
排，沿联箱长度蒸汽流速逐渐降低，静压升高，至联箱
末端流速为零，全部动压转化为静压。联箱进口至末
端，静压的增加值等于进口处动压减去沿联箱摩擦损
失之差。分配联箱上任意两断面的静压的动量守恒
方程式如下式：
p+ ：p+ +p(∞ +幽) + 一CfpoJda~
(3)
式中，D为联箱内径，／／1；C 为试验系数。上式右端最
后一项为从联箱进入分支管处的轴向动时分时 。
忽略d∞ 平方项，化简后得
： 一 - dx一 幽+c 幽 (4)
汇集联箱两端的静压差at, 为
at, =【(2_Ch)+ 】 =kh (5)
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经验交流 孔文勇：湛江发电厂锅炉再热器超温问题及改造措施 77
式中，k 为汇集联箱压力变化系数。当蒸汽从联箱端
部全截面流出时，k =2．0～2．1。
当蒸汽从联箱的侧面多点引入和引出时，由于联
箱中蒸汽流速降低，静压变化小，由此而引起的流量
偏差减小，一般联箱上有3—4个蒸汽引入和引出点
时，联箱内蒸汽流速降低，入口处蒸汽动压仅为单端
输入时的3％ 以下，静压变化对流量不均匀性的影响
将降到最低限度。
(3)再热器系统结构的不合理性。湛江发电厂
1、2号锅炉的再热器系统由壁式再热器、中温再热
器、高温再热器组成，壁式再热器为辐射式再热器，分
左右对称两部分布置于炉膛上部的前墙和两侧墙的
前半部，进出口集箱均系L型，分别由2根连接管将
蒸汽引至中温再热器。中温再热器和高温再热器系
串联、无中间集箱、无左右大交叉，加剧了左右侧再热
器蒸汽侧的流量偏差。
3 方案
根据再热器超温的原因，决定同时进行运行优化
调整和设备改造，消除锅炉炉膛出口存在的残余旋
转，消除水平烟道烟气流量和蒸汽流量不均现象，从
而消除热偏差及再热器超温问题。
3．1 燃烧器的改造
湛江发电厂锅炉燃烧系统为典型的四角切圆布
置，炉膛出口处存在一定的残余旋转，造成进入水平
烟道两侧的烟气温度、流速存在一定的偏差，炉右侧
烟温、烟速偏高。要减少烟气热偏差，首先要削弱四
角切圆锅炉的炉膛出口气流的残余旋转，目前大多数
四角切圆炉均采用了反切技术，即部分气流反向射入
炉膛，削弱炉膛内气流旋转的强度，从而达到减小水
平烟道的烟气偏差。而技术改造既要有效地消除残
余旋转，又要尽量减少对炉膛燃烧的影响。根据国内
同炉型的改造经验和湛江发电厂锅炉运行试验情况，
提出几种可能的改造方案。
(1)改造方案。①顶部第8层二次风反切一定角
度；②顶部第8层二次风反切一定角度，三次风改为对
冲布置；③顶部第8层二次风反切一定角度，三次风反
切一定角度；④顶部第8层二次风反切一定角度，三次
风改为对冲布置，第7层二次风反切一定角度。
(2)方案计算。反切力度的大小可用反切气流
的动量矩与正切气流的动量矩之比蜀来表示：
置： 尝2 A (6)
2i 刍A2iR2i 、
式中，Jp，i为各股反切风的密度；p 。为各股正切风的密
度； 为各股反切风喷口速度； 2i为各股正切风喷口
速度；A，i为各股反切风喷口面积；A i为各股正切风喷
口面积；R ；为各股反切风切圆半径；R2；为各股正切风
切圆半径。
(3)各方案具体计算。各方案反切动量矩计算
汇总表见表1。
表1 各方案反切动量矩计算汇总表
(4)方案确定。根据锅炉具体情况的不同一。的
选值一般在0．3～1．2之间。从表1可以看出，采用
二次风及三次风的反切可明显降低炉膛出口气流残
余旋转的动量矩。参考一些电厂的改造经验，反切风
的角度不宜太小，否则对削减烟气偏差毫无效果甚至
使偏差稍有增大。但过大的反切量也会影响燃烧的稳
定性。上表中方案3和方案4反切风的动量矩已经和
正切风的动量矩相当，由于1号锅炉的烟气热偏差并
不大，综合考虑采用方案1，第8层二次风反切25。。
3．2 再热器管道改造
由于湛江发电厂1号锅炉中温再热器与高温再
热器之间无中间混合集箱充分混合，使得中温再热器
的温度偏差叠加于高温再热器，而使得高温再热器两
侧温度偏差更大。从实际运行来看，高温过热器和高
温再热器同设在水平烟道，水平烟道两侧明显存在超
温偏差，而高温过热器的温度偏差却不显著，因屏式
过热器到高温过热器之间设有出入口联箱，并在高过
之前左右进行交叉，两侧蒸汽进行充分的调和，使得
高温过热器的热偏差较小。所以若是要大幅的减小
高再两侧的温差，从蒸汽系统方面来看，应增加中温
再热器的出口联箱和高温再热器的入口联箱；并在高
温再热器的入口之前进行左右交叉进行充分的混合、
调和，以减少偏差，来控制炉管的壁温。
3．3 锅炉优化运行
从实际运行调整和试验情况来看，按照如下控制
参数的运行方式来调整，可使烟温场的均匀性提高，
烟温、汽温偏差减小，高温再热器超温现场有所缓解。
(1)空气预热器前氧量：负荷为290～300 Mw
时氧量应在4．0％ ～4．5％ ；负荷为240～260 Mw 时
氧量应在5．0％ ；负荷为220 MW 时氧量应在6．0％ 。
(2)一次风总gl,压为4 100 Pa。
(3)二次风配风方式为下二次风全开的正塔式
或缩腰配风方式。
(4)周界风全开。
(5)单台c磨煤机运行时，C6三次风门关到5O％ 。
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78 电力设备 第6卷第2期
(6)单台D磨煤机运行时，C7三次风门关到5O％ 。
(7)A、c磨煤机运行时，C6、D6三次风门关
到50％ 。
(8)A、D磨煤机运行时，C'／、D6三次风门关
到50％ 。
(9)B、c磨煤机运行时，C6三次风门关到50％ 。
(10)单台D磨煤机和B、D双磨煤机组合方式
运行工况最差，应尽量不用。
(11)220—240 Mw 运行时，尽量不投第五层给
粉机运行，需要投时则应投B5、C5给粉机。
(12)另外，在运行时，尽量减少上层给粉量，适
当增加中下层给粉量，增大再热器微量喷水，确保参
数不越限；适当调整吹灰部位，延长中温再热器、高温
再热器的吹灰周期。
验调试、分析计算和同型炉型的改造经验，所采取的优
化调整和反切改造技术方案是可行的。在实际的改造
中为了保证燃烧器部位水冷壁管子的安全，防止顶二
次风反切后正对着水冷壁管子，采取了堵住顶二次风
喷口截面约一半的措施。
5 参考文献
[1] 岑可法著．大型电站锅炉燃烧调试及防止四管爆漏的原理和
[2]
[3]
[4]
[5]
4 结论 [6]
湛江发电厂1、2号锅炉因再热器存在热偏差，出
现再热器局部超温，再热器出口两侧汽温偏差大等问
题，是由于锅炉炉膛出口气流残余旋转的存在；使水平
烟道右侧下部位气流形成了高温区、高速区；另外壁式
再热器引出管道布置不对称，造成水力偏差，且中温再
热器和高温再热器之间无混合联箱，无交叉，中温再热
器的热偏差没有经过混合、调和，反而又叠加在高温再
热器上，造成高温再热器长期存在热偏差；经我们的试
措施．广东省电力试验研究刊印，1993．
容銮恩著．电站锅炉原理．北京：中国电力出版社，1997．
刘德昌，陈汉平著．锅炉改造技术．北京：中国电力出版社2O0O．
还博文主编．锅炉燃烧理论与应用．上海：上海交通大学出版
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孙学信主编．燃煤锅炉燃烧试验技术与方法．北京：中国电力
出版社，2001．
徐旭常著．燃烧理论与燃烧设备．北京：机械工业出版社，
l990．
收稿日期：2004—09—22
作者简介：
孔文勇(1974一)，男，工程师，从事电厂锅炉设备点检管理
工作。
(责任编辑张晓燕)
Overtemperature Problem of Boiler Reheater in Zhanjiang Power Plant
an d Its Retrofitting M easures
KONG W en—yOng
(Guangdong Zhanjiang Power Plant，7~anjiang 524099，China)
Abstract：Overtemperature problems ofNo．1&amp;amp;2 boilers’reheaters had existed for a long thne ofperiod 77~anjiang Power Plant．its
mam cause was heat deviation．Through the analyses of testhg data and successtul retrofitting experiences with the other Smal'kll-type
Comer tangential combustion，the retrof~tiag scheme ofreheater and arc tangential ofburners was obtained，and throughthe combustion
adjustment and tests，the more reasonable optknized operation mode of boiler combustion Was found out and trolly the ovcrtcmlxza—
ture probbms ofNo．1&amp;amp;2 boiler’s reheaters Zhangj~ng Power Plant were resolved．
Keywords：boiler；reheater；steam tem perature；flue gas tem perature；overtemperature
· 综合信息·
高压变频器有了新“版本”
日前，由沈阳某公司研制的1．5型高压变频器在天津大
港油田投入运行，并获得国家发明专利。该产品与目前国内
制造的高压变频器相比，体积缩小了一半，平均节电可达
30％ ，应用于10 kV高压大功率交流变频装置，使国内高压
变频器有了新“版本”。
高压变频调速系统可以通过对电机转速进行调节来
改变电机“大马拉小车”、“拉空车”的现象 如果每年对
现有的电机按2％进行改造，年平均投入约70～80亿元，
当年即可产生直接节电效益50～60亿元，占投资额的
70％ 。而高压变频器的使用期限至少15年，经济效益十
分明显。
据有关专家的估计，其整体节能效果可为我国在今后
10年内减少部分燃煤发电机组的投资，同时还能减少大量
的煤烟排放。目前，该产品已进入市场导入期。

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