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2 209 t/ h锅炉爆管原因分析 董信光1,赵晴川1,徐雪元2 1 1 山东电力研究院 热能所,山东 济南 250002;21 上海锅炉厂,上海 200245 摘 要对德州电厂的Babcock产2 290 t/ h锅炉发生爆管的包复过热系统作了详细介绍,结合蒸汽动力计算 结果,对爆管事故进行研究分析,找出了原因,提出了几个解决方案。然后对每个方案作可靠性和可行性分 析,得出最佳解决方案。 关键词包复过热系统;爆管;最佳方案 中图分类号TK22 文献标识码B 文章编号10012952920040620039203 德州发电厂三期工程5号炉是德国BAB2 COCK生产,与GE660 MW汽轮发电机组相配套的 2 209 t/ h亚临界参数,自然循环汽包炉。该炉采 用单炉膛对冲燃烧,П型布置,一次中间再热,平 衡通风,固态连续排渣。在投产后不长的时间内, 尾部烟道包复过热器前侧墙就发生几次爆管事 故,给电厂安全运行带来极大隐患,对爆管区域宏 观观察发现,破口呈粗糙脆性断面的大张口,管壁 减薄不多,管子蠕胀也不明显,破口内壁有较厚的 氧化铁层。结合微观金相分析,初步确定爆管为 长时间过热超温所至。为进一步查清原因,临时 了加装烟温和管壁温度测点,发现爆管处烟气温 度并不超温,但侧墙的包复过热器有多根管子壁 温严重超温,因此有必要对包复过热系统的蒸汽 动力状况进行分析,找出根本原因,为消除这一隐 患,提出具体、 可行的解决方案。 1 包复系统结构简介 锅炉采用背靠背布置方式,炉膛和后包复之 间不设水平烟道,包复过热器流程如下从汽包顶 部有52根 1411315188管子引出饱和蒸汽进入 炉顶进口集箱,经炉顶管至包复后墙,在包复后墙 标高为65 950 mm处通过设在每根管子中的三通 分成两路,一路继续向下经过包复后墙下段进入 低温过热器进口联箱;另一路汇合至包复侧墙的 分配联箱,由分配联箱又将蒸汽分成两路,一路由 18根 1411315188管子引入包复前侧墙进口联 箱;另一路由14根 1411315188管子引入包复 后侧墙进口联箱,通过包复侧墙,蒸汽进入侧墙下 联箱,侧墙下联箱和后墙联箱低温过热器进口联 箱是连通的。具体结构如图1所示,排管规格及 材料见表1。 图1 包复系统流程 表1 管排规格及材料 名称规格/ mm数量材料 节距 / mm 饱和蒸汽引出管141131518852SA2106C 炉顶进口联箱273411531SA2106C 炉顶管63156158192SA2213T2120 三通481444818819192 包复后墙63156158192SA2213T2120 至侧墙分配联箱管子63156158192SA2106T2 侧墙分配联箱273411531SA2106C 前侧墙连接管141131518818SA2106C 后侧墙连接管141131518814SA2106C 前侧墙进口联箱273411532SA2106C 后侧墙进口联箱273411532SA2106C 前侧墙管子63156158144SA2213T2120 后侧墙管子63156158106SA2106T2120 侧墙出口联箱32318521372SA2106C 低过进口联箱40614691851SA2106C 2 包复系统蒸汽阻力及流量偏差 锅炉蒸汽阻力和流量偏差的计算基准 计算工况BMCR; 主蒸汽流量2 209 t/ h; 第32卷 第6期 2004年6月 华东电力 East china Electric Power Vol.32 No.6 Jun. 2004 汽包压力18168 MPa ; 过热蒸汽喷水量BMCR工况49 t/ h; 过热器包复系统中蒸汽流量2 209 - 49 2 160 t/ h 600 kg/ s; 包复侧墙蒸汽的压力、 温度 18175 MPa、 36212℃; 包复后墙三通流量分配4715 285 kg/ s进 入后墙管子,5215 流量进入包复侧墙;包复前后 侧墙按阻力平衡计算得出56 流量进入前侧墙, 44 的流量进入后侧墙。 蒸汽阻力经计算[1]结果见表2。 表2 蒸汽阻力计算结果 项 目数值 汽包至炉顶连接管蒸汽阻力ΔP1/ kPa 1615 炉顶管蒸汽阻力ΔP2/ kPa 12211 包复后墙蒸汽阻力ΔP3/ kPa 1616 三通至侧墙分配集箱阻力ΔP4/ kPa 617 前侧墙连接管阻力ΔP5/ kPa 1616 前侧墙蒸汽阻力ΔP6/ kPa 1313 后侧墙连接管阻力ΔP7/ kPa 2122 后侧墙蒸汽阻力ΔP8/ kPa 1418 从表2的蒸汽阻力看出,包复前侧墙的蒸汽 阻力最小,质量流速较低,平均每根管质量流速仅 为7315 kg/ min。由流量偏差计算可知,由于进口 联箱尺寸较大,轴向流速较小;而出口联箱尺寸较 小,轴向流速较大,造成流量偏差达223 。 3 包复前侧墙爆管原因分析 从以上蒸汽阻力和流量偏差计算看出,前侧 墙管子中流量分配受出口联箱的限制,因此分析 流量分配要从出口联箱着手。 两面侧墙共有250根管子,每面墙有125根 管子,前侧墙有72根,后侧墙有52根。根据侧墙 出口联箱各点静压计算模型[1][2]进行每根管子的 静压值计算绘出图2。从图2可看出,由于前后 侧墙出口联箱是连通的,根据计算结果沿联箱长 度方向从左至右 57 173 处静压等于平均静压 值,而此点正好位于第72排管子,同时表明1～64 排管子进出口压差均为负值,说明该区域管子无 法分配到蒸汽流量,管内无法建立正常流动。 根据强度计算可知,63156158 mm SA2 213T2管子在设计压力1917 MPa下的最大许用温 度为487℃。 为找出根本原因,假定单根管内蒸汽流量为 F 800 kg/ h对应蒸汽阻力为01565 kPa ,蒸汽 压力为P 18165 MPa ,蒸汽温度为TS 365℃, 烟气温度为TG 850℃,换热系数为Rt 615 kJ/ hm2 ℃,在以上条件下计算得出,管子中间点温 度为TM 412℃,管子外壁温度为T0 430℃。 根据以上假定计算,发现当包复过热器仅有 微小流量时,管壁温度仍远小于允许温度,说明对 于进口温度为微过热的包复过热器,只要管内有 一定流量的冷却介质时,就不会出现超温现象。 从而进一步证明了包复侧墙发生爆管是由于部分 管中无法得到冷却介质或介质不流动所致。 图2 包复侧墙静压差分布图 综上分析,包复侧墙爆管原因有以下两点 1包复侧墙管子质量流速过低,管系平均 流阻力较小,受热面抗偏差能力差。 2结构设计存在缺陷,出口联箱内径选用较 小,轴向流速过大,又采用一端引出的连接方式,联 箱左端静压过大,处于左端区域离联箱出口较远 的大部分前侧墙管子无法建立正常的流动。 4 解决方案 解决这一问题的思路 1在侧包复回路流量不变的前提下,提高 侧包复过热器中的蒸汽质量流速; 2在增加流量或流量不变的情况下,可增 大侧墙下联箱或改变与包复后墙出口联箱的连接 方式,将两联箱隔开,采用一定数量的管道连接。 方案1 BBP建议方案 将包复侧墙出口联 箱与后墙出口联箱通过左右6根连接管相连,以 降低侧包墙出口联箱中的轴向流动速度,降低出 口静压。利用联箱中现有的管接头,通过12根 114131715将两联箱连接,以降低包复侧墙静 压。但通过计算蒸汽阻力可以看出,连接管阻力 为11214 kPa为便于计算假设通过流量为50 , 蒸汽阻力还是过大,实际分得流量很小,大部分还 是通过轴向流动进入后墙包复出口联箱。可见此 方案不通。 40 总 390 华东电力2004 ,326 w w w . b z f x w . c o m 方案2将汽包出口18根饱和蒸汽管直接引入 包复前墙进口联箱,将原从侧墙分配联箱来的引入 管隔断,并且将出口联箱前后墙分开;利用前侧墙 联箱中现有的管接头,通过6根 16816 SA2106B 的管子连至后墙包复出口联箱,如图3所示。 图3 方案2结构修改图 由表3可以看出,在增加前侧包复管蒸汽流 量的同时,通过出口联箱分散引出降低了出口联 箱静压,可保证每根管子中的蒸汽产生流动,避免 了管壁超温,能够杜绝再次发生爆管事故。 方案3 增加前侧墙并联集箱,集箱尺寸为 3231852137 mm ,通过计算,出口集箱的轴向流 速降低,但受热面的质量流速也同时下降,并且12 21管内仍旧无压差,但若将并联集箱的内径扩 表3 方案2各部分蒸汽流量及阻力 项 目蒸汽流量/ th- 1蒸汽阻力/ kPa 汽包至前侧墙进口管道73817226127 前侧墙73817217164 前侧墙出口连接管道7381725917 进炉顶进口联箱管道1 42112816168 炉顶管1 42112856126 至后侧墙分配联箱4901341145 后侧墙分配联箱至进口联 箱 49013414181 后侧墙管子49013414127 包复后墙93019413193 后墙节流圈93019416161 大至 250 mm ,前侧墙平均压差为8106 kPa ,集箱 中的轴向流速为1013 m/ s ,联箱出口动压为7107 kPa ,1号管子的压差为 115 kPa ,1号管内介质流 量为1 356 kg/ h。但是此方案降低了受热面管内 的介质流速并且1号管内的流速余量较小,可靠 性不高。 5 结论 通过对3个方案的比较和分析,同时考虑到 施工和成本等多方面的因素,方案2能够较好的 解决问题,可靠性和操作性强,方案2可行。 参考文献 [1]林宗虎,徐通模.实用锅炉手册.化学工业出版社,200114 [2]范从振.锅炉原理.水利电力出版社.1986. 收稿日期2003212205 作者简介董信光19742 , 男,工程师,硕士研究生,从事电站锅炉 燃烧性能测试研究工作。 电力简讯徐航副总经理提出应对2004年迎峰度夏的主要措施 针对今夏华东电网用电紧缺的严峻形势,华东电网有限公司徐航副总经理提出一系列主要应对措施 1 坚持 “安 全第一”,把保证电网安全稳定运行作为首要任务。在国网公司与网、 省市电力公司签订的安全目标的基础上,华东电 网公司结合华东实际情况,增设了安全目标,并提出逐季、 逐月发布各类事故控制指标和安全工作要点,力争每月、 每季 各类事故发生率比上年同期降低。2不断改进负荷预测水平,加强需求侧管理。华东电网公司和四省一市电力公司 坚持做好年、 季、 月、 周、 日的负荷预测工作,努力提高负荷预测的准确性。推行有华东特色的需求侧管理。3积极组 织区域内外双边交易,最大限度优化配置现有的电力资源。在国家电网公司的组织和协调下,华东电网公司和四省一市 电力公司已落实三峡、 华中、 四川年度送电电量234.9亿kWh。安徽与有关省市的年度电量交易合同已签订,福建省 送电合同也已敲定。4全面落实新建输变电设备投运和一批重点电网技术改造任务。2004年迎峰度夏前,华东电网 500 kV输变电将投运线路1 367 km、 变电容量1300万kVA。5认真落实输变电设备检修计划,消除设备缺陷。坚持输 变电设备管理以缺陷管理为中心,实施状态评估,不断提高设备检修和运行管理水平。6精心安排运行方式。在安排 今年年度运行方式时,对电网运行中存在的薄弱环节都作了深入分析,按照邵世伟总经理提出的 “不仅要心里有数,而且 要手中有物” 的要求,在安排电网发用电平衡和系统运行方式时,坚持安全第一,并适当留有余地。7建立完善电网重 特大事故应急处理体系,加强备用管理,确保有备无患。已组织有关部门研究建立一套华东电网重特大事故应急处理体 系,确保电网在发生重特大事故等突发事件时,做到指挥不乱、 秩序不散、 处变不惊、 有条不紊。8认真做好迎峰度夏 安全检查和技术监督。 摘自2004年6月3日 华东电力报 董信光,等 2 209 t/ h锅炉爆管原因分析 41 总 391