600MW超临界W火焰锅炉前墙水冷壁问题综合治理

600MW超临界W火焰锅炉前墙水冷壁问题综合治理

易仕强

(云南华电镇雄发电有限公司云南省昭通市657204)

摘要：云南华电镇雄发电有限公司#1、#2机组自投产以来，锅炉相继出现前墙上部水冷壁超温、前墙上部水冷壁鳍片拉裂及管排变形、前墙上部水冷壁管排振动大等重大设备问题，#1、#2机组多次因此被迫停运，安全生产形势严峻，经济损失巨大。针对这系列问题，通过从设计、结构、安装多方面进行优化治理，并取得了一定效果。

关键词：锅炉；水冷壁；优化治理；效果

0引言

云南华电镇雄发电有限公司两台锅炉是哈尔滨锅炉厂引进英国斗山巴布科克技术制造的集团公司首批600MW超临界W火焰锅炉。#1、#2机组分别于2012年1月、3月投产。投产后相继出现前墙上部水冷壁超温、前墙上部水冷壁鳍片拉裂及管排变形、前墙上部水冷壁管排振动大等重大设备问题，导致#1、#2机组多次被迫停运。

1设备简介

云南华电镇雄发电有限公司两台锅炉是哈尔滨锅炉厂引进英国斗山巴布科克技术制造的600MW超临界W火焰锅炉。锅炉型号HG-1900/25.4-WM10，为一次中间再热、超临界压力变压运行带内置式再循环泵启动系统的直流锅炉，单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、π型布置、露天布置。锅炉燃用无烟煤，采用W火焰燃烧方式，在前、后拱上共布置有24组狭缝式燃烧器，6台BBD4062（MGS4060A）双进双出磨煤机直吹式制粉系统。

2设备问题概况及原因分析

2.1前墙上部水冷壁超温

#1、#2锅炉在投产后均存在锅炉前墙水冷壁超温问题，前墙上部中间水冷壁超温情况最为严重，最高点温度达723.6℃（正常运行水冷壁温度＜500℃），且持续时间较长。通过试验分析为浓相煤粉气流刚度不足，前后墙火焰提前汇合，形成燃烧干扰区域且火焰过早进入上部炉膛，使得上、下炉膛热负荷分配存在不合理性；且锅炉运行期间燃烧不易调整，前墙上部水冷壁工质流量与热负荷不匹配，工质无法及时冷却水冷壁管子，导致管子出现超温现象。

2.2前墙上部水冷壁鳍片拉裂及管排变形

锅炉运行期间前墙上部水冷壁出现水冷壁鳍片拉裂、管排变形、炉墙漏风漏灰等严重威胁安全生产和机组稳定运行的问题。通过核对锅炉膨胀量、检查检修、查看膨胀是否受阻等发现水冷壁存在膨胀受阻及膨胀不均匀等现象，这些现象是导致前墙上部水冷壁鳍片拉裂及管排变形的主因。另外，前墙上部水冷壁超温也是造成鳍片拉裂及管排变形的叠加主因。

2.3前墙上部水冷壁管排振动大

锅炉运行期间前墙上部水冷壁管排振动较大，主要为角部连接振动及前墙上部水冷壁振动，其中前墙上部水冷壁振动幅度达20～30mm。通过观察和校核发现，锅炉刚性梁设计存在缺陷，刚性梁设计强度不够；刚性梁角部连接强度不够，设计上对刚性梁角部连接强度考虑不足，运行中对炉墙振动限制、约束力不够。

3设备优化治理方案

3.1前墙上部水冷壁超温治理

（1）锅炉煤粉分离器浓相出口管道增加可调缩孔。锅炉燃烧器煤粉分离器对称布置于前、后墙拱上，前、后墙各布置12只煤粉分离器，在煤粉分离器出口浓相管道上安装24只可调缩孔。增加可调缩孔利于运行中灵活进行燃烧调整，增强浓相煤粉气流刚度，增强前后墙火焰燃烧的独立性，降低前后墙火焰燃烧的干扰性，利于锅炉稳定燃烧。其次，可实现炉膛燃烧火焰中心下移，合理分配上、下炉膛热负荷，利于降低前墙上部水冷壁超温频率。

（2）提高前墙中部水冷壁管工质流量。为增加前墙上部水冷壁的工质流量，改善前墙上部水冷壁水动力特性。通过在水冷壁入、出口集箱连接管上安装节流短管，以提高前墙中部水冷壁管工质流量，减弱高热负荷对前墙上部中间水冷壁的影响。在42根省煤器下降管分配集箱至水冷壁入口集箱连接管、28根水冷壁出口集箱至折焰角下降管连接管上共安装70个节流短管。每根连接管安装节流短管后工质流量约减少1～2%，前墙中部水冷壁管的工质流量约增加20～25%。

3.2前墙上部水冷壁鳍片拉裂及管排变形治理

（1）膨胀受阻处理。锅炉运行期间由于管排受热及热偏差产生的膨胀量无法完全释放，管屏产生挤压、纵向受力不均匀等导致鳍片拉裂，对前墙上部水冷壁局部区域开止裂缝。前墙上部水冷壁增开5条止裂缝，其中前墙上部水冷壁中心点右侧布置3条，左侧布置2条。新开5条止裂缝降低水冷壁的热应力，吸收管排受热及热偏差产生的膨胀量，防止水冷壁鳍片拉裂。对前墙上部水冷壁裂缝区域开若干个膨胀缝，端部打止裂孔，然后在膨胀缝炉外侧加装密封盒，盒内填充耐火浇注料。

（2）燃烧分离器及煤粉管道吊挂梁安装位置优化。燃烧分离器及煤粉管道的吊挂梁原设计一端用吊杆吊在构架顶梁上，另一端生根在标高52米的水冷壁管排上。存在燃烧分离器及煤粉管道吊挂梁对水冷壁管排形成向下的拉力，为了减少燃烧分离器及煤粉管道的吊挂梁对前墙水冷壁膨胀的影响，同时减少燃烧分离器及煤粉管道吊挂载荷对水冷壁的弯矩，采取了将吊挂梁一端的生根点从水冷壁移到#3刚性梁上，并且将吊挂梁与刚性梁之间采用销轴式连接，使得#2、#3刚性梁增加37吨的附加载荷，同时对#2、#3刚性梁与水冷壁间进行加固。在受力梁#2刚性梁原装剪切块附近增加5个剪切块，且#2、#3刚性梁各增加10套U型夹。加强后的刚性梁能够承受新增加的37吨载荷，且强度有很大的余量。通过燃烧分离器及煤粉管道的吊挂梁生根点移位、优化，将原生根点处水冷壁的受力转移到整个前墙上部水冷壁上，大大减弱了燃烧分离器及煤粉管道的吊挂梁对原生根点区域水冷壁的影响，缓解了水冷壁局部变形程度。

3.3前墙上部水冷壁管排振动大治理

（1）锅炉前墙上部水冷壁增加三层小刚性梁，增强水冷壁管排刚度，改变锅炉振动固有频率，缓解炉墙振动。

（2）更换锅炉受热面刚性梁角部连接销轴，由Φ82×127更改为Φ84×127，共计88只，这样减小了角部连接的间隙，缓解了炉墙振动。

（3）增加刚性梁端部与工型梁连接处的焊缝高度，提高连接部位焊接强度。刚性梁端部与工型梁连接处增加5块δ=20mm肋板，以增加刚性梁端部与工型梁连接处的连接强度。

4治理效果评估

优化治理后锅炉前墙上部水冷壁鳍片拉裂、管排大幅度变形等突出问题基本稳定；前墙上部水冷壁超温频率及时长得到明显改善，水冷壁壁温得到有效控制，目前下部水冷壁壁温基本控制在390℃以下，上部水冷壁壁温基本控制在450℃以内，水冷壁管间壁温最大差值控制在50℃以内；水冷壁管排振动幅值明显减小，振幅值由优化前20～30mm减弱至目前的6～8mm。

5总结

通过对锅炉前墙水冷壁系列问题的优化治理，有利提高了水冷壁金属材质的使用寿命，大幅度削弱了水冷壁金属的疲劳应力，锅炉运行的安全稳定性得到大幅度改善。本次锅炉前墙水冷壁系列问题优化治理方案对于同类型机组解决W火焰锅炉水冷壁问题具有一定指导意义。

参考文献:

[1]周文台，程智海，金鑫，等.600MW超临界W火焰锅炉防超温燃烧调整试验研究[J].动力工程学报，2013，33（10）:753-758.

[2]冯强，魏同生，梁浩.600MW超临界“W”火焰锅炉启动过程中水冷壁超温原因分析[J].河北电力技术，2013，32（6）:48-49.