490t循环流化床锅炉屏式再热器集箱管座裂纹分析及解决方案

490t循环流化床锅炉屏式再热器集箱管座裂纹分析及解决方案

吴胜波1 ,王明全1  ,温宇馨2 

（1.贵州华电毕节热电有限公司，贵州毕节 551713；2.乌江水电开发有限责任公司，贵州贵阳 550000）

摘要：介绍贵州华电毕节热电有限公司循环流化床锅炉屏式再热器出口集箱短管结构特点和发现裂纹的经过，并对该结构特点进行分析，查找裂纹原因，提出改进方案并实施。改造方案已在贵州华电毕节热电锅炉上实施,取得了明显的效果。

关键词   循环流化床锅炉 集箱  裂纹  分析  改进

Abstract: It is newborn thing about burning technique of Circulating Fluidized Bed. By analyzing and researching the frame of Short Tube Header of platen reboiler outlet in the Circulating Fluidized Bed Boiler ( CFBB), on which analysis of the structural features through the cracks was given. Improving scheme proposed and implementing. Rehabilitation programs are implemented. Which is carried out on boiler unit1 of Guizhou Bijie Cogeneration Co. Ltd, with respect to any procedure to check and ensure the fulfillment of measures made, which achieved significant results.

Keywords: CFBB; header;  crack;  analysis;  improvement

1锅炉参数简介

贵州华电毕节热电有限公司是中国华电集团建设的贵州首家大型循环流化床机组和热电联产企业，2台150MW供热机组配2台东方锅炉（集团）有限公司生产的DG490/13.73-2Ⅱ型循环流化床锅炉，1号机组和2号机组分别于2009年2月和7月投入商业运营。

锅炉锅炉主要参数如下：

额定蒸发量：490t/h

过热器出口蒸汽温度：540℃

过热器出口蒸汽压力：13.73Mpa

再热器入口蒸汽压力：2.836Mpa

再热器出口蒸汽压力：2.666Mpa

再热器入口蒸汽温度：333 ℃

再热器入口蒸汽温度：540 ℃

给水温度：254.8℃

排烟温度：135℃

该公司1号炉运行中屏式再热器A侧出口集箱短管出现裂纹，成为威胁安全生产的一大隐患，通过现场查看、参数分析、资料查询，对屏式再热器出口集箱短管发生裂纹原因作如下分析。

2屏式再热器出口集箱短管结构及强度校核

2.1 器出口集箱短管结构:

计算壁温:

计算压力：

毕节热电公司锅炉屏式再热器为再热蒸汽系统高温再热器，屏式再热器出口集箱短管材质为12Cr1MoVG，短管筒身规格为￠508×20，设计壁温为550℃，设计压力为3.07Mpa，上下对称装设有空气管及疏水管管桩，发生裂纹部位为空气管管桩处蒸汽流动方向100mm范围。

图一  屏式再热器出口集箱短管

2.2 屏再出口集箱强度校核:

根据GB9222-2008《水管锅炉受压元件强度计算》对1号炉A侧屏再出口集箱进行强度校核：

筒身规格：

计算壁温:

计算压力：

材质:

许用应力:

焊缝减弱系数:    （）

相邻疏水、空气管管桩两孔的节距为243mm，大于式的计算值，不按孔桥计算。

理论计算壁厚：

附加壁厚：

集箱最小需用壁厚：

结论：屏再出口集箱短管实际厚度20mm，集箱最小需用壁厚为14.348mm，，强度满足要求,可排除强度低造成裂纹因素。

31号炉屏式再热器A侧出口集箱短管裂纹原因分析

1号炉屏式再热器A侧出口集箱短管裂纹在靠流动方向空气管管桩周围100mm范围，有两条明显裂纹，在现场观察时，裂纹处有间歇性漏汽现象，周期约为8～12分钟，如图二、图三所示。

图二1号炉屏式再热器A侧出口集箱短管裂纹（喷湿蒸汽时）

图二1号炉屏式再热器A侧出口集箱短管裂纹（未喷湿蒸汽时）

屏再出口集箱排空气管为A、B侧并联，管桩至阀门之间管子长度有29m，且未包保温，阀门与集箱高差为4.534m（集箱标高：44.266m，空气门标高48.8m）。根据参数分析，运行中再热蒸汽压力为2.46MPa，出口汽温为535℃，具有较高过热度，裂纹泄漏部位不应有喷出湿蒸汽的现象。经观察判断,屏再出口集箱短管裂纹处喷湿蒸汽原因为排空气管内有凝结水间歇性回流，分析如下：

运行中，再热蒸汽在空气管内受外界环境温度影响，放热成为凝结水，当锅炉负荷升高时，集箱内压力大于空气管内压力，会使空气管内增加更多凝结水；当锅炉负荷降低时，集箱内压力小于或等于空气管内压力，空气管内的凝结水就会沿着空气管回流到集箱，较冷的冷凝水急剧冷却靠近管桩部位的高温管壁，在运行中周期性发生。

在现场观察时，发现空气管内的凝结水回流周期约为8～12分钟，用红外测温仪测量，凝结水回流时管桩范围内管壁温度不到一分钟时间急剧降到饱和温度下223℃，回流结束后不到一分钟急剧升到正常壁温535℃。按此回流频度计算，每天管桩范围内管壁温度将发生100余次急剧大温差的变化，在此期间管桩处管壁受到交变轴向热应力作用下疲劳，在这种变化长期作用下管壁最终产生热裂纹，随时间的增加热疲劳裂纹进一步扩散。

另外，空气管内的凝结水就会沿着空气管回流时，在裂纹内外、两侧产生较大温差，导致裂纹部位膨胀不一致形成短期微小张口，所以在裂纹处看见明显间歇性湿蒸汽喷出。当空气管内的凝结水回流结束后，管壁温度均匀，各处膨胀量一致，裂纹不存在微小张口，几乎不漏出蒸汽。

在现场分析过程中，为证实以上判断，将屏再集箱空气门稍开，观察屏再集箱短管裂纹处不再有喷湿蒸汽现象，说明空气管内凝结水已从空气门处排出，不再回流到集箱。

4解决方案

上述分析中已经证明了引起再热器集汽集箱空气管座裂纹的根本原因是：由于散热而在空气管形成的冷凝水，冷凝水间歇性地流入集箱冷却高温管壁，使局部管壁温度变化幅度较大而产生热疲劳裂纹。因此制定以下改造方案。

（1）更换屏再出口集箱短管。

（2）减少屏再出口集箱排空气管桩至排空门之间管子长度至50000mm，并严格做好保温。

（3）将排空门安装位置降低到标高44266mm以下，即不高于集箱标高。

从而避免冷凝水的产生及回流,彻底消除热疲劳裂纹产生的根源，改造方案已在毕节热电锅炉上实施,取得了明显的效果，此问题应在新投产机组上引起重视，以上解决问题的思路同样适合于解决再热蒸汽及主汽主管上开口的压力表管管座、疏水管管座，空气管管座的热疲劳裂纹的问题。

参考文献

[1] DG490/13.73-2Ⅱ型循环流化床锅炉说明书------------------东方锅炉（集团）有限公司

[2] DG490/13.73-2Ⅱ型循环流化床锅炉热力计算书--------------东方锅炉（集团）有限公司

作者简介

吴胜波  工程师  热能动力工程  大学本科  贵州华电毕节热电有限公司