超临界W火焰锅炉水冷壁变形、拉裂问题分析

1、超超临界临界W W火焰锅炉火焰锅炉水冷壁变形、水冷壁变形、拉裂问题分析拉裂问题分析一、亚临界和超（超）临界机组的定义一、亚临界和超（超）临界机组的定义水的临界压力：22.12MPa，临界温度：374.15；在这个压力和温度时，水和蒸汽转化汽化潜热等于零，不存在两相区，即水变成蒸汽是连续的，并以单相形式进行，就叫水的临界点，炉内工质压力低于这个压力就叫亚临界锅炉，大于这个压力就是超临界锅炉，目前,国内将工质压力大于26MPa称为超超临界锅炉,又称高效超临界锅炉。(1)超临界锅炉无汽包，工质一次通过各受热面，各受热面之间无固定的界限，随着锅炉负荷和工况的变动而变动。（2）超临界锅炉采用小直径蒸发管

2、，水冷壁管内流动为强制流动，提高了管内汽水混合物的流速。（3）超临界锅炉没有汽包，不能进行锅内水处理，给水带来的盐分出一部分被蒸汽带走外，其余将沉积在受热面上影响传热，因此，超临界锅炉给水品质要求高。（4）超临界锅炉蓄热能力较低，当负荷变化时，依靠自身锅水和金属蓄热或放热来减缓汽压波动的能力较低。二、超临界锅炉的特点二、超临界锅炉的特点三、超临界锅炉常见的拉裂现象三、超临界锅炉常见的拉裂现象研究发现各个超临界电厂均出现过不同程度的水冷壁拉裂泄露问题区域相似，都集中于炉膛前墙中部水冷壁。标高40-50m的区域。图一、金竹山电厂，投产3个月后，在前墙标高41米处水冷壁管弯曲折裂爆破图二、珙县电厂，

3、投产半年后，炉膛前墙标高45m中部区域开始出现水冷壁泄露、变形情况图三、镇雄电厂，前墙中部，标高47-65m区域，水冷壁鳍片变形拉裂，51m 处发生泄露对比发现上述几个电厂均为超临界600MW及以上“W”火焰锅炉，且水冷壁爆管、拉裂现象均出现在锅炉升降负荷期间。四、超临界锅炉常见的拉裂区域及拉裂原因分析四、超临界锅炉常见的拉裂区域及拉裂原因分析4.1拉裂原因分析（1）水冷壁壁温偏差问题A.W火焰锅炉燃烧器单列布置，炉膛很宽，低负荷或冷态点火时磨煤机运行数量少，因此从燃料输入热量方面看，极容易出现热负荷不均的现象；B.超临界W火焰锅炉水冷壁内的水在管内某处被完全汽化，管壁温度因吸热量不同而不同，

4、吸热多的管子出口温度高，水冷壁出口存在50-80的偏差，如果炉内燃烧影响热负荷偏差过大，则水冷壁出口温差也将更高；C.垂直管圈的布置形式无法使水冷壁均匀吸热，增加了壁温偏差的幅度。(2)水冷壁超温问题当上部水冷壁管材超过500后，材料性能显著下降、许用应力急剧下降，容易被拉裂。温度420 430 440450 460470480490500510520530540550560570580 590 600许用应力MPa132 131 130128 12612512412111811098867771655750超温后许用应力下降幅度（与报警温度501比较）10.93 0.83 0.73 0.65

5、 0.60 0.55 0.48 0.42 图四、温度与许用应力对照表(3)水冷壁材质、安装工艺问题A.部分水冷壁管与设计不符；B.水冷壁材质主要为15CrMoG，部分水冷壁Cr、Mo成分不够；C.水冷壁在安装过程中与鳍片焊接不到位。(4)异物在水冷壁集箱出、入口和截流孔圈处堵塞问题新安装的机组，通过酸洗、吹管达到清除管内焊渣、氧化皮等滞留异物，若清理不彻底，仍有异物滞留管内，机组正常运行后，堵塞异物的水冷壁管内工质通流减少，传热恶化，导致管壁超温，恶劣情况下将发生爆管。综上分析：由于水冷壁超温，膨胀量比正常时多出了150-200 mm，且在锅炉升降负荷时，如果输入炉内热量不均，水冷壁管间的正流

6、量特性不足以补偿热偏差带来的影响，将导致水冷壁出口壁温偏差加大，随之将引起鳍片温度应力超标，累计到一定程度后就会发生拉裂现象。同时由于水冷壁在材质、设计、安装中存在的问题与管内可能存在的异物，进一步增加了水冷壁变形、拉裂现象出现的可能性。图五、水冷壁温度与膨胀量关系图4.2拉裂区域分析（1）烟气流向决定了锅炉前墙中部位置易超温前墙火焰压后墙火焰，烟气呈C形 后墙火焰压前墙火焰，烟气呈S形 互 换炉膛中部氧量低、燃烧最强图六、烟气走向（1）W火焰锅炉主燃烧室布置大量卫燃带“W”火焰锅炉的主燃烧室内布置大量卫燃带， 使该区域水冷壁吸热大幅度减少 ，使工质在大比热区避开吸热最强的主燃烧区域。图七、卫

7、燃带分布示意综上所述：超临界锅炉因烟气走向决定了水冷壁拉裂现象一般出现在前墙中部区域，因卫燃带的存在而很少出现在炉膛下部主燃区。五、几种防止水冷壁变形、拉裂的办法五、几种防止水冷壁变形、拉裂的办法5.1增加水冷壁壁温测点及壁温报警研究表明在锅炉运行过程中控制炉膛水冷壁的管壁不超温并将沿宽度方向的汽温偏差控制在合理范围内，是防止水冷壁开裂的最有效的措施。因此，在运行中密切监视水冷壁壁温，出现超温或温差过大时及时采取措施进行调整能够有效避免水冷壁拉裂。5.2增设热应力释放缝研究表明超临界锅炉水冷壁拉裂区域集中在前墙中部，因此，在该区域增设应力释放缝，将扁钢割开以释放应力，是防止水冷壁管因撕裂而泄露最直接、有效的措施之一。5.3增设卫燃带在全面掌握锅炉各种负荷下壁温和燃烧情况的同时，针对锅炉易出现高温区域的部分水冷壁管子，增设一定量的卫燃带，以减少该区域的吸热量，降低该部分水冷壁管子出口的蒸汽温度，从而降低整个水冷壁区域的最高温度水平，减少水冷壁的温度偏差，减小热应力。5.4防止空预器堵塞研究表明锅炉在升降负荷时，