1、国产 300MW 机组 UP 型直流炉改造为控制循环汽包炉的研究与实践画产瓣槲缬墼氲虢蓬弼捶制藏透炉访毹萄卖簇摘要:水动力工朱跃良,郑民牛,许琦,钱新任,孙建(谏壁发电厂,江苏镇江 2l2006)叙述谏壁发电厂 UP 型直流炉改造概况,介绍改造中几个关键问题的处理,包括I况的安全性,燃烧器性能,受热面的优化改造等,总结改造获得的成果和经验教问题的分析和处理,为同类火电机组改造提供借鉴.关键词:300MWUP 型直流炉;控制循环汽包炉;改造中图分类号:TK229.5 文献标识码:B 文章编号:1004-9649(2003)矗|1UP 型直流炉改造简况1.1 背景国产 300MW 机组 UP 型直
2、流炉(双炉膛和单炉膛改进型)全国共计 21 台,均系上海锅炉厂 20 世纪70 年代早期产品,其中,谏壁发电厂有 4 台双炉膛UP 型锅炉.由于受当时技术条件限制,运行中暴露出水冷壁爆漏频繁,调峰能力低两大致命弱点.为适应电力改革形势需要,提高机组竞争能力,必须对该炉型进行彻底改造.经大量科学论证,谏壁发电厂决定将该型直流炉改为控制循环汽包炉.改造设计,制造由上海锅炉厂承担,改造技术采用美国 CE 公司的 CC 控制循环汽包炉技术.为达到改造效果显着,投入资金合理,工作量最小的目的,确定改造基本原则为:“2 个不变 3 个不动“( 即炉膛出口烟温不变 ,锅炉出口参数不变,锅炉框架不动,尾部受热
3、面不动,外围辅助系统不动).1.2 改造方案(1)炉型由直流炉改为控制循环汽包炉,主要是对炉膛水循环系统进行改造.(2)燃烧方式仍采用四角切圆燃烧,燃烧器采用水平浓淡加侧二次风燃烧技术,能防止高温腐蚀,提高低负荷稳燃能力.(3)新增设汽包布置于炉前顶部 C 排接高柱与炉 Kl 柱问,采用悬吊方式.(4) 增设前屏过热器,取消双面水冷壁,保证改造前后炉膛吸热平衡.(5)结合汽轮机通流部分改造,增加再热器受热面积,以适应机组长期调峰运行需要.(6) 折焰角及水平烟道包复部分水冷壁的结构特点:后墙水冷壁在折焰角及水平烟道处分 3 个部分,第 1 部分作为后墙悬吊管;第 2 部分管子延伸至悬后作为垂帘
4、管引出;第 3 部分作为水平烟道前半部包墙管.(7) 增设锅炉膨胀中心和导向装置,保证锅炉有序,顺畅地膨胀.1.3 改造后性能和经济效益(1)锅炉最大出力达 1025t/h,主蒸汽,再热蒸汽温度达到设计值 540oC(减温水量适中);锅炉整体膨胀顺畅,处于有序受控状态;锅炉燃烧良好,燃烧区域热负荷分布均匀,喷口不结焦,燃烧器区域贴壁氧量均在 2%以上,高温腐蚀得到有效抑制;锅炉调峰达到 40%BMCR(锅炉最大连续出力 );排烟温度下降了 1520oC,锅炉效率提高约 2%.改造后“四管“ 爆漏基本杜绝,锅炉的可靠性 ,经济性和调峰性能得到大幅度提高,获得了圆满成功.(2)改造后取得了良好的经
5、济效益,投入产出比为 l:5.46.(3)2O0O年 l1 月国家电力公司对改造工程进行鉴定,认为:将直流炉改造为汽包炉属国内外首创;改造的技术水平达到国际先进水平;改造的成功为国内同类型锅炉改造走出一条新路,提供了有益借鉴.表 1 为谏壁电厂 7 号炉改造后性能试验数据汇总.2 改造关键点2.1 热力参数接口的准确性直流炉和汽包炉属 2 种特性完全不同的炉型,改造前后热力参数的准确衔接是关键问题之一.2.1.1 校核炉膛吸热平衡(1)改造前后顶棚过热器进口温度,焓值基本收稿日期:2002-l0-20;修回日期:2003-0l-19作者简介:朱跃良(1955-),男 ,江苏武进人,工程师,从事
6、火电厂节能和环保开发工作 .E-mail:200,3 年第 6 期中国电力第 86 卷表 1 谏壁发电厂 7 号炉改造后性能试验数据汇总一致,保证了顶棚以后的受热面在改造后吸热量不变.(2)改造前炉膛总吸热量为 7511.5kJ/kg,改造后炉膛总吸热量为 7426.8kJ/kg,两者相差 1.1%;炉膛出口烟温改造前为 1216oC,改造后为 l205oC,证实炉膛改造前后吸热量平衡.(3)改造前后的后屏进口汽温变化很小,也说明炉膛吸热平衡.改造后顶棚进口温度,焓值和炉膛出口烟温基本保持不变,保证了炉膛吸热量平衡,进而保证了热力参数很好地衔接.2.1.2 用热力参数比较法分析热力计算的准确性
7、理论设计是否准确的评判和检验主要看实际运行参数.通过对直流炉原设计,实际运行和改造设计3 方面数据比较分析,尤其对高温过热器,高温再热器的进出口烟温,汽温,吸热量和工质温升比较等,证实改造的热力计算准确可信.东南大学和西安热工研究院采用不同计算方法得出的炉膛出口烟温与上海锅炉厂改造设计的计算温度十分接近,进一步证实改造设计热力计算的准确陛.2.2 锅炉水动力工况的安全性鉴于改造锅炉的 5cA 炉膛结构,燃烧器前后墙布置的特殊性,造成热负荷分配不均匀性,尤其是燃烧器区域炉内温度分布呈所谓“冷热角“ 的定义与 CE公司技术的定义恰恰相反.为确保改造后锅炉水动力绝对安全,在水循环计算中以谏壁发电厂定
8、义的“冷热角“ 热负荷分布曲线进行设计,用 CE 定义下的“ 冷热角 “热负荷分布曲线(相反) 进行校核.结果表明:影响水动力的 3 项关键性指标,即大于允许最小质量流速,水冷壁管最大出口含汽率,光管不产生膜态沸腾的含汽率最小余量均在规定标准范围,且有足够裕量,水动力安全可靠.2.3 燃烧器的良好性能改造后的燃烧器采用哈尔滨工业大学与上海锅炉厂合作研制的水平浓淡加侧二次风的技术,克服了原燃烧器存在的弊病.新燃烧器增强一次风气流刚性,避免气流分离;采取“风包煤“ 方式,提高煤粉低负荷着火能力,有效抑止水冷壁高温腐蚀;浓淡分离可调性可适应煤种变化;采用水冷套结构,防止喷嘴结焦烧坏;一次风管和浓淡分
9、离内采用耐磨耐温陶瓷片以防磨.2.4 取消双面水冷壁取消双面水冷壁,可避免双面水冷壁与膜式水冷壁间的摩擦,便于解决炉膛密封,漏灰问题.为搞清取消 5cA 面水冷壁后对炉膛燃烧和燃烧器区域热负荷变化的影响,经上海锅炉厂的冷态空模试验和西安热工研究院的炉内过程三维燃烧传热计算,证实取消双面水冷壁后,2 个炉膛保持独立燃烧切圆,空气动力场有所改善,燃烧器区域壁面附近的最高温度在 1477以下,对水冷壁的安全运行不会构成威胁.2.5 包复系统的简化改造改造前包复系统复杂,系统阻力大,在改造设计时会导致汽包压力提高,对汽包强度及炉水泵工作条件不利.经计算分析,对包复系统进行了简化改造,将原 2 下 2
10、上系统改为 3 个平行回路,使炉顶进口至低温过热器进口管道前的蒸汽阻力由原 0.62MPa 降至 0.37MPa.改造后各段蒸汽量根据阻力平衡来分配,各段均有足够的重量流速,且包复各段的蒸汽温度都非常接近,是微过热区,包复工作状态十分安全.为慎重起见,请上海交通大学对包复系统改造后的流量分配和汽温工况进行了复核,证实上海锅炉厂改造设计计算比较精确.2.6 确保过热器,再热器受热面的安全改造中前屏,后屏,高温过热器和高温再热器均重新进行设计,低温再热器比原来增加了受热面积.新设计的高温过热器,高温再热器炉内绝大部分采用 T9.材料,炉外采用 12CrlMoV.在上海锅炉厂设计基础上,为进一步搞清
11、改造后上述受热面的壁温工况,经有关专家进行复核计算,前屏,后屏,高温过热器和低温再热器均在安全范围内,高温再热器(7 根套 )由于屏间和同屏热偏差较大,偏差屏的外圈管(1 号管)炉外出口汽温已大大超过炉外管钢材(12CrlMoV)的限值.上海锅炉厂及时将炉内外圈管进口温度低的一段 1“9.材料与炉外的12CrlMoV 进行对调,妥善解决了高温再热器外圈管炉外超温问题.2.7 合理设计再热器受热面积考虑到机组改造后将长期调峰,再热汽温随负荷变动很大,为兼顾高低负荷机组整体经济效益,即低负荷能维持较高的再热蒸汽温度,高负荷时再热器减温水适中,适当增加了再热器受热面积.运行后,高负荷(305320M
12、W)时,再热汽温 545,减温水量 710t/h;低负荷(150MW) 时,再热汽温可达536(无减温水), 甚至 112MW 负荷时再热汽温仍可达 522.2.8 改造省煤器.进一步提高锅炉可靠性和经济性原直流炉排烟温度偏高设计值很多,夏季高达170l80,兼顾到原省煤器运行已达十几年,磨损已向纵深发展,亟需更换.因此在比较省煤器各种型式的优缺点后,选择了将原光管省煤器改为螺旋翅片省煤器的方案.改造后,省煤器磨损得到抑制,锅炉排烟温度从 180降为 130,锅炉效率提高约 3个百分点,获得了可观的经济效益.2.9 炉顶密封和炉墙保温改进与完善原直流炉无膨胀中心,炉顶密封设计要求低,炉墙漏风,
13、炉顶漏灰严重,对锅炉经济性和文明生产影响较大.改造时,结合屏式过热器,高温过热器,高温再热器的改造设计,炉顶管由密排光管改成分段鳍片管,所有受热面穿顶管均增设密封罩,确保一次金属密封状态良好.炉墙方面,对保温的厚度和材料选4“1E 了优化设计,并加强了施工质量的监督验收 .锅炉投运后,炉顶密封性能和炉墙保温性能均处于良好状态3 应注意的问题3.1 过热器的热偏差要从根本上解决7 号炉高温过热器由于材质老化,在锅炉改造前已决定更换并制造,炉内采用 T9.钢,炉外部分为12CrlMoV.由于高温过热器结构未进行改变,改造后,高温过热器热偏差大的现象依然存在,运行中炉外偏差管壁温达 590以上,使改
14、造投产后约 2 年时,发生高温过热器炉外管弯头爆漏.为从根本上解决 7 号炉高温过热器热偏差,在上海交通大学帮助下制定了改造方案,将原两侧主蒸汽管道的引出方向由原 Z 形改向为 u 形,使燃烧偏差与流量偏差相互抵消.改进后,高温过热器偏差管最高壁温下降20以上,主蒸汽温度 545时,高温过热器最高壁温(炉外 )在 565以下,保证了炉外管(12CrlMoV)安全运行,同时也使炉内管(T9.)有了更多的安全裕度,从根本上杜绝了高温过热器超温爆管.3.2 减温水量要留有一定调节余地8 号炉改造设计时主蒸汽减温水量偏小,高负荷情况下,当水平烟道吹灰器停运时,减温水量几乎为 0,反映出过热器受热面积略
15、嫌不足.为此在 9 号炉改造中,将前屏过热器向下延长 600mm,增加过热器受热面积,使主蒸汽减温水有了调节余地.3.3 水冷壁垂帘管膨胀拉裂和弯头磨损锅炉改造投运后不久,由于施工管理中存在不足,将本不该焊接的鳍片膨胀缝焊上,发生水冷壁垂帘管膨胀不畅,拉裂泄漏;另由于设计中考虑不周,未考虑垂帘管下弯头处烟气流速较高,未采取必要的防磨措施,使下弯头磨损较严重.上述问题在机组I 临检时都得到了根治.3.4 高温过热器管排与水冷壁出口集箱引出导汽管膨胀量不够由于是改造锅炉,系统,管道的新老接口非常复杂,稍不注意就会出现管子间,吊杆间,管子与吊杆间相碰.如 7 号炉高温过热器管排两侧与侧水冷壁出口集箱
16、引出管相 x,l-膨胀量不够,运行中使 2 次将高温过热器管子焊口顶裂泄漏,被迫采用引出管更换材质,管径缩小和将高温过热器管座烘弯的办法加以解决.3.5 燃烧器防磨问题燃烧器采用浓淡分离技术后,浓淡分离器和燃烧器一次风管包括中间隔板的防磨问题至关重要.7号炉未采取特殊的防磨措施,运行 1 年后一次风管浓侧钢板磨损,中间隔板定位销磨断后倾斜,被迫重焊定位块固定.8 号炉燃烧器采用单面贴耐磨瓷片,也发生了燃烧器中间隔板损坏,被迫在 2o02 年机组检修中将所有一次风管全部返修,进行双面贴瓷片.2003 年第 6 期中国电力第 36 卷9 号炉燃烧器设计时采用双面贴瓷的办法,至今运行正常.可见燃烧器
17、的防磨措施一定要可靠,并一步到位.3.6 未改造部分的整治工作未改造部分的受热面和其它受压件留下的隐患,将会影响改造后锅炉整体可靠性.7 号炉原有空气管焊口泄漏,8 号炉未改造的包复孔门处管子和进口集箱弯头管发生泄漏,9 号炉取消包复防爆门和部分人孔门,并对剩余人孔门处进行结构改进,对进口集箱弯头管更换,取得了明显效果,锅炉改造后连续安全运行 300 天以上.3_7 对降排 NO 应提高标准国家环保要求日益提高,N 降排工作应结合锅炉改造一并考虑.7 号炉改造未考虑 N 排放要求,排量较高;8,9 号炉改造时予以重视,增设了燃尽风,NO 基本控制在 650mr,/Ill 以下.1O 号炉改造将
18、参照兄弟电厂的经验进一步改进,NO 将降至500mr,/131 以下.参考文献:1范从振.锅炉原理 M.北京 :中国电力出版社,1998.2杨世铭,陶文铨 .传热学M. 北京:高等教育出版社,1999.3谏壁发电厂 7 号炉技改前后试验报告R.江苏省电力试验研究所.1999.4谏壁发电厂 7 号炉改造可行性论证R.上海锅炉厂有限公司,1997.5谏壁发电厂 7 号炉改造初步设计R.上海锅炉厂有限公司,1997.(责任编辑孙家振)Studyandpracticeofconversionofhomemade300MWUPtypeonce-throughboilertodrumtypecontrol
19、ledcirculationboilerZHUYueliang,ZHENGMinniu,XUQi,QIANXinren,SUNJian(JianbiPowerHant,Zhenjiang212006,China)Abstract:Thispaperbriefstheretrofittingsituationof300MWUPtypeoncethroughboilerinJiangsuJianbiPowerPlantandthehandlingofseveralkeyproblemsduringretrofitting,includingthelinkingupofthermodynamicpa
20、rameters,safetyoffluidflowworkingcondition,burnerperformance,andoptimizedretrofitofheatingsurfaceetc,sumsuptheretrofitachievementandexperiencegainedaswellastheanalysisandhandlingofproblemsoccurringduringretrofit,affordingthereferencefortheretrofitofsametypeboiler.Keywords:300MWUPtypeoncethroughboiler;controlledcirculationboiler,retrofit_隰电宠下期要目蟊圈电厂煤粉锅炉低 N 燃烧的研究300MW 机组斜流式循环水泵三维流场计算DG2609.81 型循环流化床锅炉结构特点与调试300MW 机组汽动给水泵组调速特性试验研究670t/h 锅炉燃烧系统改造电厂锅炉化学清洗需注意的几个问题誓国臣基于混沌神经网络模型的电力系统混沌预测与控制国际标准与电网调度自动化一种实用的高压输电线路双端电气量故障测距新算法雹日一直升机巡检华北电网超高压输电线路誓觋日翟囝基于阶梯式广义预测控制的主蒸汽温度控制系统火电厂优化技术发展趋势
