電站鍋爐后屏過熱器壁溫計算畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 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。3 同屏吸收對流吸熱量不同煙氣沖刷過熱器和再熱器受熱面管束時，由于在管圈的后部產生一個很不規則且目東北電力大學本科畢業論文 8 前還難以進行理論分析的漩渦分離流動區。文獻[32]曾對數十種計算公式進行分析對比，對流換熱強度不僅與煙氣和工質的物理特性、流速及溫度有關，還受到管束的幾何特性(排列方式、管節距、管徑、管排數及管子的幾何特性等因素)的影響。 水力不均勻性在過熱器和再熱器系統中，各管圈內的工質—過熱蒸汽的流量存在差異，即流量分配不均勻，這種不均勻性是由于各管圈沿集箱靜壓變化、阻力系數、管子吸熱和重位壓頭不同等因素引起的 [41， 42]。 集箱效應引起的流量不均勻性過熱器和再熱器蛇型管的進出口一般均與集箱相連，沿集箱長度方向上，由于工質流速、重位壓頭和阻力大小的變化，使各點的壓力不等，從而影響與其相接的管子進、出口壓差，引起各管工質流量分配不均勻，它主要與進、出口集箱的布置，即工質的引入、引出方式、集箱內徑尺寸及其材質等因素有關。在大型電站鍋爐中，工質流量增加，而集箱直徑變化相對較小，因而集箱內工質軸向流速增大，使集箱兩端靜壓差增大，造成很大的流量不均勻性，引起局部受熱面損壞。尤其是再熱器系統，因工質壓力較低、比容較大，集箱內工質壓力較低、比容較大，集箱內工質的軸向流速就更高，由集箱效應引起的流量不均勻性將更為嚴重。 管子結構差異引起的流量分配不均勻性現代大容量電站鍋爐的過熱器和再熱器受熱面管屏大量采用 U 形管并聯結構，因而，在同一管屏中并聯各管圈的長度、彎頭的角度及其彎曲半徑必然不同，此外，近年來在設計中還引入了外圈管增大管徑和同一根管子沿長度采用不同管徑或管材并接而成的結構。因此，即使是對于從集箱同一截面上引出或引入的管排，并聯各管因長度、彎頭、管子內徑和管材不同引起的阻力系數的差異，會使其流量也各不相同。 熱效流動引起的流量分配不均勻性熱效流量偏差是指由于管圈的吸熱量差異引起的各管圈的流量不同的現象。在實際運行過程中，由于沿寬度及同屏熱力不均勻性的存在必然導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。第 2 章 過熱器系統的熱偏差理論分析 9 東北電力大學本科畢業論文 10 第 3 章 受熱面超溫爆管原因及預防措施綜述 設計原因造成受熱面超溫、爆管原因綜述 熱力計算結果與實際不符 熱力計算不準的焦點在于爐膛的傳熱計算 [43]，即如何從理論計算上較合理的確定爐膛出口煙溫和屏式過熱器的傳熱系數缺乏經驗，致使過熱器受熱面的面積布置不夠恰當，造成一、二次汽溫偏離設計值或受熱面超溫。國內各鍋爐廠以往均采用蘇聯 1957 年和 1973 年熱力計算標準設計鍋爐，由于該標準未考慮爐膛幾何尺寸對爐內傳熱的影響，故計算與實際出入較大，算出的爐膛出口煙溫比實測值高 70~100℃。若煤種基本符合設計范圍，則運行中汽溫偏低，如黃島電廠SG50412 型鍋爐和龍口電廠 WG670/ 1402 型鍋爐汽溫偏低，主要是熱力計算與實際不符引起的。 爐膜選型不當我國大容量鍋爐的早期產品，除計算方法上存在問題外，缺乏根據燃料特性選擇爐膛尺寸的可靠依據，使設計出的爐膛不能適應煤種多變的運行條件。還有，爐膛高度偏高，引起汽溫偏低，如黃島電廠 SG50412 型鍋爐和龍口電廠 WG670/1402 型鍋爐汽溫偏低與爐膛高度偏高有關。相反爐膛高度偏低則引起超溫，如重慶電廠 DG670/1408 型鍋爐因爐膛設計過矮，引起高溫過熱器和熱段再熱器超溫，尤其是在啟動階段更為明顯。而當燃用灰熔點稍低的煤種時，該問題尤其突出，此時可能造成爐膛結焦，使過熱器超溫甚至爆管 [44]，如南京電廠和萊蕪電廠 SG50416 型鍋爐均存在這個問題。爐膛選型不當在個別進口機組上也存在，如元寶山電廠配 600MW 機組鍋爐的過熱器超溫也與該爐的爐膛高度偏低有關。 過熱器系統結構設計及受熱面布置不合理 調研結果表明，對于大容量電站鍋爐，過熱器結構設計及受熱面布置不合理，是導第 3 章 受熱面超溫爆管原因及預防措施綜述 11 致一、二次汽溫偏離設計值或受熱面超溫爆管的主要原因之一。其不合理性體現在以下幾個方面：、引出方式布置不當，使蒸汽在集箱中流動時靜壓變化過大而造成較大的流量偏差。，因進口集箱與引入管的三通處形成局部渦流，使得該渦流區附近管組的流量較小，從而引起較大的流量偏差。這一問題主要存在于按美國 CE 公司技術設計的鍋爐中，如寶鋼自備電廠、華能福州和大連電廠配350MW 機組鍋爐，石橫電廠配 300MW 機組鍋爐以及平塢電廠配 600MW 機組鍋爐再熱器超溫均與此有關。 (片) 并聯各管的結構(如管長、內徑、彎頭數)差異，引起各管的阻力系數相差較大，造成較大的同屏(片)流量偏差、結構偏差和熱偏差，如陡河電廠日立 8 5 t/h 鍋爐高溫過熱器超溫就是如此。 ，或者未進行左右交叉，這樣使得前后級的熱偏差相互疊加。 引進美國 CE 公司技術設計的配 300MW 和 600MW 機組的控制循環鍋爐屏再與末再之間不設中間混合集箱，屏再的各種偏差被帶到末級去，導致末級再熱器產生過大的熱偏差，如石橫電廠 5 號爐和平瑤電廠 1 號爐末級再熱器超溫均與此有關。 在實際運行過程中，上述結構設計和布置的不合理性往 往是幾種方式同時存在，這樣加劇了受熱面超溫爆管的發生。 壁溫計算方法不完善，導致材質選用不當 從原理上講，在對過熱器和再熱器受熱面作壁溫校核時，應保證偏差管在最危險點的壁溫也不超過所用材質的許用溫度。而在實際設計中，由于對各種偏差的綜合影響往往未能充分計及，導致校核點計算壁溫比實際運行低，或者校核點的選擇不合理，這樣選用的材質就可能難以滿足實際運行的要求，或高等級鋼材未能充分利用。如淮北電廠5 號爐后屏超溫的原因之一就是在后屏壁溫計算中，沒有將前屏造成的熱偏差考慮進去，從而影響了管材的正確使用。 制造工藝、安裝及檢修質量對受熱面超溫、爆管的影響 從實際運行狀況來看，由于制造廠工東北電力大學本科畢業論文 12 藝問題、現場安裝及電廠檢修質量等原因而造成的過熱器和再熱器受熱面超溫爆管與泄漏事故也頗為常見。其主要問題包括以下幾個方面。 聯箱中間隔板焊接問題 聯箱中間隔板在裝隔板時沒有按設計要求加以滿焊，引起聯箱中蒸汽短路，導致部 5 號爐后屏聯箱內的隔板與聯箱內壁間隙原設計為lmm，隔板裝好后再滿焊，以防止蒸汽短路。而實際上總間隙達 4~5mm，漏流間隙占通流截面的 %~%，即約有 10%的蒸汽短路，因而加劇了該爐后屏的超溫。 聯箱管座角焊縫問題 據調查，由于角焊縫未焊透等質量問題引起的泄漏或爆管事故也相當普遍。如神頭第一電廠 5 號爐(捷克 650t/h 亞臨界直流鍋爐)包墻過熱器出口聯箱至混合聯箱之間導汽管曾在水壓試驗突然斷裂飛脫，主要原因是導汽管與聯箱連接的管角焊縫存在焊接冷裂紋。此外，黃埔電廠與洛河電廠 4 臺亞臨界 UP 型直流鍋爐的水冷壁和過熱器系統也存在這一問題而影響鍋爐的可靠運行。 異種鋼管的焊接問題 在過熱器和再熱器受熱面中，常采用奧氏體鋼材的零件作為管卡和夾板，也有用奧氏體管作為受熱面以提高安全裕度。奧氏體鋼與珠光體鋼焊接時，由于膨脹系數相差懸殊，己發生過數次受熱面管子撕裂事故。如馬頭電廠 7 號爐( DG670/140 5)高溫過熱器曾發生三次聯箱管座( 12Cr1MoV)和管子(鋼研 102)焊口裂紋泄漏事故，原因是異種接頭存在過大的焊接殘余應力。此外，一種鋼管焊接時往往有接頭兩邊壁厚不等的問題，不同壁厚主蒸汽管的焊接接頭損壞事故也多次發生，一些廠家認為在這種情況下應考慮采用短節，以保證焊接接頭兩側及其熱影響區范圍內壁厚不變。 普通焊口質量問題 鍋爐的受熱面絕大多數是受壓元件，尤其是過熱器和再熱器系統，其管內工質的溫度和壓力均很高，工作狀況較差，此時對于焊口質量的要求就尤為嚴格。但在實際運行第 3 章 受熱面超溫爆管原因及預防措施綜述 13 中，由于制造廠焊口、安裝焊口和電廠檢修焊口質量不合格(如焊口毛刺、砂眼等)而引起的爆管、泄漏事故相當普遍，其后果也相當嚴重。 如朝陽電廠曾對 1 號爐(HG670/1401) 屏式過熱器的某一屏進行通球試驗。該屏共 29根管子，結果直徑為 80%的球不能通過的有 11 根，直徑為 70%的球不能通過的有 8 根，65%不能通過的有 4 根。按規程要求 85%的球應能通過，證明焊口質量不符合標準，因此發生多次爆管。 管子彎頭橢圓度和管壁減薄問題 GB922288 水管鍋爐受壓元件強度計算標準規定了彎頭的橢圓度，同時考慮了彎管減薄所需的附加厚度。該標準規定，對彎管半徑 R4D 的彎頭，彎管橢圓度不大于 8%。但實測數據往往大于此值，最大達 21%，有相當一部分彎頭的橢圓度在 9%12%之間。 另外，實測數據表明，有不少管子彎頭的減薄量達 23%~28%，小于直管的最小需要壁厚。因此，希望對彎管工藝加以適當的改進，以降低橢圓度和彎管減薄量，或者增加彎頭的壁厚。 異物堵塞管路 在過熱器的爆管事故中，由于管內存在制造、安裝或檢修遺留物引起的事故也占相當的比例。 管材質量問題 由于管材本身的質量不合格造成的爆破事故不像前述幾個問題那么普遍，但在運行中也確實存在。如荊門電廠 4 號爐(HG760/1408 )的高溫過熱器和黃埔電廠配 300MW 機組直流鍋爐的前屏過熱器都曾因受熱面管本身的材質缺陷而爆管。為此，在制造廠制造加工和電廠檢修時應注意嚴格檢查管材的質量，加以避免。 調溫裝置設計不合理或不能正常工作引起的受熱面超溫爆管的分析 為確保鍋爐的安全、經濟運行，除設計計算應力求準確外，汽溫調節也是很重要的一環。大容量電站鍋爐的汽溫調節方式較多，在實際運行中，由于調溫裝置原因帶來的東北電力大學本科畢業論文 14 問題也較多，據有關部門調查，配 200MW 機組的鍋爐 80%以上的再熱蒸汽調溫裝置不能正常使用。 減溫水系統設計不合理 某些鍋爐在噴水減溫系統設計中，往往用一只噴水調節閥來調節一級噴水的總量，然后將噴水分別左右兩個回路，這時，當左右側的燃燒工況或汽溫有較大偏差時，就無法用調整左右側噴水量來平衡兩側的汽溫。 噴水減溫器容量不合適 噴水式減溫器一般設計噴水量約為鍋爐額定蒸發量的 3%~5%，但配 200MW 機組的鍋爐由于其汽溫偏離設計值問題比較突出，許多電廠均發現噴水減溫器容量不夠。如：邢臺電廠、沙角 A 電廠和通遼電廠等都將原減溫水管口放大，以滿足調溫需要 。對再熱蒸汽，由于大量噴水對機組運行的經濟性影響較大，故設計時再熱蒸汽的微量噴水一般都很小，或不用噴水。然而，在實際運行中，因再熱器超溫，有些電廠不得不用加大噴水量來解決。 文氏管式噴水減溫器端部隔板漏流及局部渦流文氏管式噴水減溫器雖然結構緊湊，但它有一個根本性的缺點，就是為了安裝及熱膨脹，保護套管外的環形擋圈與減溫器集箱之間留有約 5mm 的間隙。于是，部分從前級過熱器出來的蒸汽就不能通過文氏管噴水部分而直接通過這個間隙流向下級過熱器的第1~4 排管子。若該級減溫器噴水量較大，則末級減溫的這部分漏流蒸汽直接進入下級過熱器的 1~4 排管子，使得這幾排管子的進口汽溫升高，造成很大的流量偏差和超溫現象。另外，當文氏管式減溫器中保護套管出口到下級過熱器進口第 2 排管子的距離太小時，有可能使這幾排管子處于保護套管出口汽流突然擴大的局部渦流影響區之內，使這些管排的進口壓力降低，蒸汽流量減小。 由文氏管式減溫器漏流和渦流引起的汽溫偏差和超溫爆管現象已在不少電廠出現，如青山熱電廠 11 號爐（DG670/1403） 、荊門電廠 4 號爐(HG670/1408) 和望亭電廠 12， 13 號爐(SG100/170555/555)高溫過熱器部分管子超溫爆管均是由上述原因引起的。對于這兩個問題主要應通過改進減溫器的結構來解決。設計中可使保護套出口到第一排管子第 3 章 受熱面超溫爆管原因及預防措施綜述 15 的距離大于 1。5~2 倍集箱直徑，在運行中應盡可能減小末級噴水量，末級噴水量只要維持在足夠用來調節出口汽溫即可。 噴水減溫器調節閥調節性能問題 噴水減溫器的噴水調節閥的調節性能也是影響減溫系統調溫效果的因素之一。調研結果表明，許多國產閥門的調節性能比較差，且漏流嚴重，這在一定程度上影響了機組的可靠性和經濟性。 再熱器調節受熱面 所謂再熱器調節受熱面是指用改變通過的蒸汽量來改變再熱蒸汽的吸熱量，從而達到調節再熱汽溫的一種附加受熱面。蘇制 E II 670/ 140 型鍋爐的再熱汽溫的調節就是利用這一裝置實現的。但是由于運行時蒸汽的重量流速低于設計值，而鍋爐負荷則高于設計值，因而馬頭電廠 5， 6 號爐都曾發生再熱器調節受熱面管子過熱超溫事故，后經減少調節受熱面面積和流通截面積，才解決了過熱問題。 擋板調溫裝置從調研情況看，采用煙氣擋板調溫裝置的鍋爐再熱蒸汽溫度問題要好于采用汽—汽熱交換器的鍋爐。擋板調溫可改變煙氣量的分配，較適合純對流傳熱的再熱蒸汽調溫，但在煙氣擋板的實際應用中也存在一些問題：，有的電廠出現銹死現象； ，擋板的最佳工作點也不易控制，運行人員操作不便，往往只要主蒸汽溫度滿足就不再調節。有些電廠還反映用調節擋板時，汽溫變化滯后較為嚴重。 煙氣再循環