过热器再热器金属安全

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,过热器、再热器金属安全,1,1、过热器的爆漏及其原因,在电厂运行过程中，水冷壁、过热器、再热器和省煤器的爆漏事故在全厂事故及非计划停运中占有很大的比重，是影响机组安全稳定运行的主要原因之一。,过热器和再热器的爆漏既有设计方面的原因，又有制造、安装、检修及运行等方面的原因。概括地说，都是因为管子的实际运行条件偏离设计条件而引起的。,制造、安装及检修方面的因素，主要表现于钢材质量差、错用钢材、焊接质量差、异物堵塞管子等；设计方面的因素，主要是设计裕度不足，未充分考虑热偏差；计算中对煤灰的沾污性估计过高，过热器、再热器面积设计过大，以及炉膛结构不合理等，其中大型锅炉切圆燃烧方式的烟气偏流问题是一个最普遍的原因。,运行方面的因素包括蒸汽品质控制不良，造成管内结垢、壁温升高或汽侧产生氧腐蚀使壁厚减薄；煤质变差，使炉膛出口温度升高；燃烧调整不当，如煤粉过粗，升负荷过快，火焰中心位置偏高；长期低负荷运行等。,高温腐蚀和磨损均会使管子减薄引起爆管，它们是既与运行控制有关又与设计方面有关的因素。,2,从失效机理上区分,，过热器、再热器的爆漏主要是由短期过热、长期蠕变破裂、高温氧化、气体腐蚀(钒腐蚀、氢腐蚀)、金相组织变化(球化、石墨化、碳化物析出)、磨损等引起的，,其中几率最高的因素是金属过热。金属在超过其额定温度运行时，有短期过热爆管和长期超温爆管两种情况,。短期过热是指由于运行条件(如工质温度和换热状况)异常变化时，壁温急剧升高所引起的过热破坏。当发生此类问题时，尽管爆破前壁温很高，但在这一温度下短时就发生了破坏，因此管子内金相组织无大变化，外壁也还没有产生氧化皮；同时由于爆破后金属是从高温下急速冷却的，破口处金相组织的特点是有淬硬组织或加部分铁素体。,受热面长期过热是指由于热偏差、工质流量偏差，或积垢、堵塞、错用材料等原因，管内工质换热较差，金属长期处于幅度不很大的超温状况下运行，由于长期的蠕变而发生的破裂现象。,可根据破口形状、管子胀粗、氧化皮等情况判断是否长期过热。长期过热引起破坏时，破口断面较粗糙，有一层疏松的氧化皮，管子有较明显的胀粗，组织上碳化物明显呈球形。,过热器、再热器管子流通面积阻塞，如弯头过扁，管内焊瘤、遗物，进出口集箱有杂物堵塞管口等，由于阻塞的程度不同，既可以是引起短期过热的原因，也可能引起长期过热。,3,2、影响过热器壁温的因素,管子壁温将随工质温度tg和壁面热负荷q的升高而上升，随蒸汽流速的增大(2增大)而减小。,而q的大小主要取决于烟气温度和烟气流速，烟温越高，壁面传热温差越大，q值越大；烟速越高，烟气侧1越大，q值越大，以上因素都与锅炉负荷有关。,吸热不均的影响,：q表示偏差管的吸热偏离平均值的程度，q越大，偏差管的热负荷qp越大，工质温度越高；q与烟气流速和烟气温度的关系为正向关系。,对于强制流动的过热器、再热器，吸热不均还要引起流量不均，壁面热流大的管子蒸汽比体积大，G小，相应蒸汽流量低，工质温度升高。,流量不均的影响：,G表示偏差管的流量偏离平均值的程度，G越大，偏差管的蒸汽流量G越大，工质温度越低；G与管子结构、联箱静压分布、管内阻塞情况、壁面热负荷等因素有关。,结构不均的影响：,H表示偏差管的换热面积偏离平均管的程度，如屏的最外圈管，H有时可达到1.3左右。H取决于设计条件。对已投运的锅炉，分析运行条件改变对tg的影响应考虑各管子的表面积，即H的差异。,综上所述，对于平行工作的过热器管，总的(平均)出口温度越高，壁温就越高；q越大、G越小，管子壁温也就越高，实际上，由过热汽温和再热汽温整体超温引起管子破坏的情况较少，而大量的是由于个别管子偏离平均工况造成的，,过热器(再热器)中最危险的管子就是那些传热最强(q最大)同时流动又最弱(G最小)的管子。,4,3、大型锅炉过热器、再热器超温问题,过热器、再热器的超温爆破问题是我国电站锅炉存在的带有普遍性的问题，大容量锅炉尤为突出。管壁过热现象，无论在四角切向燃烧、前后墙对冲燃烧锅炉都不同程度地存在。,1烟温总体偏高,导致烟温偏高的原因可从两个方面分析：,一是炉膛出口烟温总体高于设计值，二是局部烟温偏高，前者与煤的结渣性能关系较大，炉内结渣，即使不甚严重也会导致炉膛出口烟温升高。,此外，,煤的燃尽性能也会影响炉膛出口的烟温。燃尽性较差的煤，在燃烧组织不好或煤粉过粗时，火焰甚至会拖到过热器区。后者则主要由烟气偏流引起。,2烟气偏流和工质流量不均,这是目前大型煤粉锅炉产生过热爆管的最常见的原因。,沿炉膛宽度和高度产生烟气流量偏差、烟温偏差从而引起吸热不均；蒸汽引入引出过热器方式不妥产生流量不均，二者在危险管上相叠加，最终使金属超温而导致爆管。,沿炉膛宽度的烟量偏差、烟温的偏差引起烟气流量偏差。随烟气继续流动进行辐射和对流换热，烟量大(热容大)因而温降小，故对流受热面的出口烟温也高；而烟量小(热容小)侧烟温降大，故对流受热面的出口烟温更低。这样又由于流量偏差进一步引起烟温偏差。随着锅炉容量的增大，引起更大的烟温偏差。,5,沿炉膛高度的烟温偏差则是由于烟气在炉膛出口转向后历经的行程不同，下部近，上部远；过热器、再热器下部与折焰角上边所形成的烟气走廊则是直接的烟气短路，故产生下面高上面低的烟温偏差。随着负荷的增大，烟气流动较均匀，上、下烟温差减小。,有的锅炉在炉膛出口即已出现较明显的左右烟温偏差，且其方向与烟气偏流形成的温度偏差相一致，因而加剧了对流过热器区域的烟温偏差。,过热器的流量不均主要取决于管屏的结构和进、出口集箱的蒸汽引导方式。,6,3控制升负荷速率,升负荷速率偏高也是过热器、再热器超温爆管的原因之一。由于升负荷过程中，为达到相同的产汽负荷，投入的燃料量总是过剩的，因此各级过热器的管壁温度要高于稳定后的数值。这个过程起初壁温逐渐升高，待达到最高值后又逐渐降低，最后又稳定下来。升负荷速率越高，升负荷过程的壁温峰值也就越大。,从壁温安全来看，低负荷时压力也低，工质汽化潜热大，相同热量输入下产汽量更少，因此初始负荷低时，允许的升负荷速率也低，即壁温峰值超出稳定值更大些；初始负荷高时，允许的升负荷速率也高。,7,4、防止过热器、再热器爆管的措施,针对大型锅炉的过热器、再热器爆管问题，国内进行了大量的试验研究、燃烧调整和技术改造的工作，其中一些主要的措施如下。,(1)燃烧调整,燃烧调整主要是改善烟气偏流状况，其次，运行中控制好负荷变动速度也十分重要。,1升负荷率的控制,如前所述，为抑制升负荷时的过热器壁温升高，锅炉升负荷时不可过快。增负荷需投新磨煤机时，应尽可能事先将升负荷速度减缓或者暂停升负荷再投用一台新磨煤机。如果在升负荷速率较快情况下投磨，则会导致过热器或再热器金属壁温的瞬间升高。同时，煤量的增加亦应较为缓慢。,2炉内送风量的调整,在相同负荷下适当减小炉膛出口的过量空气系数，炉膛出口烟温基本不变，但烟气流量减少，过热器烟侧放热减弱，壁温降低。减少二次风量对烟温和壁温的分布基本没有影响。,8,3煤粉细度控制,适当减小煤粉细度可使炉内燃烧提前结束，因而不仅可以降低炉膛出口烟温，而且可减小炉膛出口烟温偏差。,4一次风速调节,当一次风速超过一定数值以后，随一次风速的提高，炉膛出口烟气偏流和烟温偏差明显增大。因此，燃烧调整时应对一次风速加以控制。有关试验表明，该项影响可使烟温偏差变化70100 。,(2)汽温与壁温监督,为,保证过热器和再热器的金属安全，大型锅炉的各级过热器出口(如后屏出口、立式过热器出口等)均安装了炉外壁温测点。由于管外换热很弱，所以就以这些测点的温度代表相应管子的工质出口温度。运行中除必须监视左、右侧主蒸汽温度(再热器温)整体不超温外，还应监视各管子的热偏差，按照调整好的出口温度报警值进行监督。,炉外壁温与管子金属的最危险点壁温并不相同，但其间有一定的关系。进行专门的燃烧调整试验可确定这个关系的具体规律，以便根据控制危险点壁温在相应材质的极限使用壁温下的原则，来确定炉外壁温的调整控制值和运行操作方式。,9,试验时，在危险管或易爆管的选定部位(通常在管屏的前弯点或后弯点附近)安装壁温测点和炉外测点，也可借用原有炉外测点设计安装相应管子的炉内测点。在锅炉变负荷、启停过程及其他运行工况下测量这些测点的温度，记录其对应关系，即可得到超温点的实际温度分布情况和变化特性。主要是通过调节各层燃烧器之间的一、二次风速及风量配比，投粉量分配、煤粉细度等，有目的地将炉内管子壁温降低到极限使用温度以下，并确定对炉外壁温相应的控制值，运行人员应按此控制值监视炉外壁温测点，即可保证炉内管子不超温爆管。,汽温与壁温监督中还应注意屏式过热器的低负荷汽温特性。测试表明，近代锅炉的分割屏和后屏一般都表现出较强的辐射吸热特性，即在低负荷下单位工质的焓增量比高负荷时的值要高。也就是说，若烟温偏差较大，低负荷下后屏管子则更容易超温。运行中应注意对它们的监督，并根据超温情况合理分配减温水量。适当增加一级减温水量，减小二级减温水量，在维持过热器出口不超温的前提下，同时确保大屏或后屏不超温。,10,(3)其他措施,1)设计上，在保证受热面膨胀的前提下尽量减少受热面与烟道的间隙，避免形成烟气走廊，加重烟速偏差；通过割管或封堵，提高管内蒸汽的质量流速，并减小流量偏差。,2)将容易爆管部位的受热面材料升级，用T91、TB304等更高档的耐热合金钢取代或部分取代原有合金钢材料。,3)从上述烟速烟温偏差的成因分析可知，辐射受热面和对流受热面(即后屏过热器与末级过热器)之间加混合联箱，采用平行连接，而对流受热面间采用左右交叉连接，有利于削弱汽温偏差。,4)在分配联箱内吸热量小的一侧管子入口加装节流孔板，增大吸热量大的一侧的蒸汽流量，使吸热不均与流动不均的影响正反抵消，降低壁温。,5)日常运行中严格控制蒸汽品质，防止管内结垢使壁温升高。,11,