600mw超临界锅炉四管泄露运行检修问题分析本科学位论文.docx
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600mw超临界锅炉四管泄露运行检修问题分析本科学位论文
分类号
安徽电气工程学院
毕业设计（论文）
题目600MW超临界锅炉四管泄露运行检修问题分析
系部 动力工程系 专业 火电厂集控运行
姓名 班级 12集控
指导教师 职称 教授
论文报告提交日期 2015年5月
安徽电气工程学院
摘要
随着电力形势的发展，超临界发电机组以其经济性、可靠性、运行灵活性，成为我国电力生产技术的发展趋势。
论文回顾超临界机组发展历史，分析其发展的现实意义、经济效益和环境效益，指出我国发展超临界机组需解决的关键问题，分析我国超临界发电技术的发展前景，介绍我国超临界机组的发展现况及分布情况。
就超临界锅炉在国内的相继投产后运行中暴露出来的四管泄漏问题进行深入的分析，对国内超临界机组自投产以来四管泄漏事例现象原因进行了介绍，从设计安装、检修、运行等方面提出了解决问题的方法及主要检修策略。
关键词：
超临界锅炉；运行问题；四管泄露；检修
目录
第一章：
超临界锅炉技术概述及发展状况分析
第一节超临界机组技术分析及我国发展超临界机组需解决的关键技术
第二节我国超临界锅炉发展概况及发展前景
第三节600MW超临界锅炉与亚临界机组比较
第4节我国超临界机组分布状况
第二章我国超临界锅炉运行中存在的主要问题
第一节机组运行主要问题概述
第二节机组运行问题统计表
第三章超临界锅炉四管泄露问题概述
第一节四管泄露问题产生的主要原因
第二节四管泄露问题检修及预防的主要措施
第三节四管泄露问题案例分析
结束语
参考文献
附表
第一章超临界锅炉技术概述及发展状况分析
我国是以煤炭作为发电主要燃料。
燃煤电站的突出问题是：
机组效率低，供电煤耗高。
高效超临界技术基本思想：
提高发电效率，减少燃料消耗，降低比电价并减少有害物质的排放。
根据相关资料，我国已探明的煤炭储量约为一万亿吨，人均拥有煤储量在世界上属中等水平。
但可采量及开采能力受一定条件的限制，我国的煤炭供需矛盾仍很突出，并将随火电的发展而进一步扩大。
此外，煤炭产地与高用电负荷地区相分隔，导致煤炭的运输一直是制约电力工业发展的重要因素。
因此在建设中加速采用国际上先进的超临界机组，对节约能源、减少污染无疑具有非常重要的意义。
第一节超临界机组技术分析及我国发展超临界机组需解决的关键技术
一、超临界机组技术分析
工程热力学将水的临界状态点参数定义为:
压力22.115MPa,温度374.15℃。
当水的状态参数达到临界点时，在饱和水与饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的两相区存在。
与较低参数的状态不同，这时水的传热和流动特性等会存在显著的变化。
当蒸汽参数值大于上述临界状态点的压力和温度值时，则称其为超临界参数。
对于火力发电机组，当机组做功介质蒸汽的工作压力大于水的临界状态点压力时，称之为超临界机组。
超临界机组一般可分为两个层次:
一个是常规超临界机组（ConventionalSupercritical），其主蒸汽压力一般为24.2MPa，主蒸汽和再热蒸汽温度为540～560℃;另一个是高效超临界机组（HighEfficiencySupercriticalCycle），通常也称为超超临界机组（UltraSupercritical）或者高参数超临界机组（AdvancedSupercritical），其主蒸汽压力为28.5～30.5MPa，主蒸汽和再热蒸汽温度为580～600℃。
新一代超临界锅炉的技术进步主要表现在:
水冷壁、启动系统、燃烧技术、低污染排放、金属材料、消除热偏差等方面。
下面主要针对国内目前采用的几种超临界锅炉技术进行分析。
1水冷壁
水冷壁无一例外地采用膜式壁结构。
除了俄罗斯进口的几台机组，目前引进的超临界机组锅炉为了实现变压运行，在炉膛下辐射区全部采用了螺旋管圈水冷壁结构，在炉膛上辐射区的低热强度区域全部采用垂直管屏结构。
但在具体结构上还是有较大的变化。
表1列出了不同的螺旋管圈水冷壁结构和工作参数。
表1螺旋管圈水冷壁结构
供货单位
管径/mm
节距/mm
螺旋管数/
螺旋倾角/℃
盘旋圈数
质量流速/kg·（m2·s）-1
材料
管型
北京巴威有限公司
Φ35X6
50
598
23.58
1
2412
723.6
15CrMoG
SA-213T12
内螺纹
光管
三井巴布科克有限公司
Φ38X6.35
51.1
492
1
2150
SA-213T12
内螺纹
光管
上海锅炉厂有限公司
Φ38.1X6.35
54
326
13.95
1.61
3085
1047
SA-213T12
光管
1.1螺旋管圈水冷壁采用内螺纹管
新一代超临界锅炉技术的重要变化是螺旋管圈水冷壁采用内螺纹管和增大螺旋管圈倾角且增加管屏宽度。
在高热流密度区域采用内螺纹管，可以降低水冷壁安全运行所需的最低质量流速。
从压降损失来看，由于内螺纹管增加的阻力被降低质量流速所抵消，水冷壁的压降损失仍然维持在1.83MPa左右。
从防止传热恶化来看，采用内螺纹管可以避免锅炉在亚临界压力运行下的膜态沸腾，推迟或避免超临界压力下类膜态沸腾的发生。
除灰斗区域以外，所有螺旋管圈水冷壁区域内都使用内螺纹管。
增大螺旋管圈倾角，有利于避免汽水流速较低时的汽水分层问题。
降低质量流速，就要增加管屏宽度，两者对减轻热偏差都不利。
但在高热强度区域采用耐温能力较高的合金管15CrMoG，同时采用热偏差较小的旋流式燃烧器对冲布置方式以及用内螺纹管的多项措施并举，以保证安全裕度。
不使用内螺纹管时，水冷壁的质量流速必须提高，以避免发生膜态沸腾和类膜态沸腾。
因此应使并列工作的管子根数减少，管屏宽度减小，螺旋角度相应降低，盘旋圈数略有增加。
1.2垂直管屏内螺纹管水冷壁
垂直管屏内螺纹管水冷壁变压运行技术已经成熟，日本已经有采用这种技术的1000MW超临界锅炉投入运行，国内浙江玉环电厂1000MW超临界锅炉采用这一技术。
垂直管屏的优势是结构简单，易于制造和悬吊，安装现场的焊接工作量小;运行中灰渣容易脱落，积灰结渣减少;水冷壁吸热变化时，管内流量变化较小;垂直管屏内螺纹管水冷壁技术可以降低质量流速，新一代超临界锅炉水冷壁的质量流速已经降低到2150kg/（㎡·s），国内亚临界锅炉的运行证明这种水冷壁在质量流速为1000kg/（㎡·s）就足以避免在亚临界压力运行下的膜态沸腾。
可见，也可推迟或避免超临界压力下类膜态沸腾发生的问题。
内螺纹管的批量生产已经国产化，完全有条件实现这种技术。
2启动系统
启动系统主要采用带大气式扩容器或带循环泵的2种形式。
2.1带大气式扩容器的启动系统
这种形式的启动系统比较简单（图1），设备投资较低，运行操作和控制也比较简易，但低负荷调节性能较差。
由于水冷壁的流量比较低，为了保证水冷壁在低负荷运行时的安全性，防止水冷壁发生传热恶化的最低质量流速要求值较高，因而高负荷时质量流速过高。
国内石洞口电厂超临界锅炉采用带扩容器的启动系统，水冷壁为光管，最低质量流速设计值为980kg/（㎡·s）,MCR时达到2800kg/（㎡·s），水冷壁阻力达到1.84Mpa。
图1带扩容器的启动系统
2.2带循环泵的启动系统
这种形式的启动系统略微复杂（图2），主要是增加了设备投资，但低负荷时的运行调节灵活性增强。
因为在低负荷时水冷壁中有循环流量通过，因此易于保持低负荷时有足够的流量并达到水冷壁冷却要求的质量流速，高负荷时的质量流速就不至于过高。
例如，表1中带循环泵的启动系统的锅炉水冷壁最低质量流速为723kg/（㎡·s），最大质量流速为2150kg/（㎡·s）～2412kg/（㎡·s）。
图2带循环泵的启动系统
当然最大的质量流速降低不只与启动系统有关，同时也和采用内螺纹管、螺旋管倾角增大和采用多种减小热偏差的措施有关。
但起决定作用的还是采用带有循环泵启动系统和内螺纹管。
3燃烧技术及低污染排放
新一代超临界锅炉对燃烧技术提出了更高的要求，主要体现在所要求的燃烧设备既能满足低负荷下不投油稳定燃烧（当燃用烟煤、30%负荷）的要求，又要求降低NO*的生成量，同时还要求降低燃烧器区域水冷壁的局部热强度。
本文简要叙述主要的技术方向。
即燃烧配风一般采用多级布风方式（燃烧器本身三级、燃烧器上部两级配风），火焰燃烧经过过量空气系数<1的着火区和氧化氮还原区，最后才经过过量空气系数>1的燃尽区实现完全燃烧。
而新技术的主要特点是实现在火焰内脱氮和炉内脱氮。
同时采用小功率旋流式燃烧器对冲布置或浓淡浓新型直流式燃烧器四角布置，在大型锅炉上还采用单炉膛双切圆的辐射和对流互补热偏差的综合性技术。
4金属材料
超临界机组的主要技术特征是随着蒸汽参数的大幅度提高，锅炉、汽轮机、蒸汽管道、高压加热器等需要采用新材料，以提高耐高温、抗蠕变能力和承受超临界压力的强度，并减小壁厚，提高机组对快速负荷变化的适应能力。
蒸汽参数越高，也需要采用高性能的金属材料，造价也高。
5消除热偏差技术
5.1采用小功率旋流式燃烧器对冲燃烧方式
引进技术国产化600MW超临界锅炉采用对冲燃烧方式。
国内运行实践表明，其独特优点是可以减小烟气侧的热偏差。
热偏差为1.02～1.04。
同时，为了进一步消除蒸汽侧和烟气侧的热偏差，还采取以下措施:
（1）采用小容量的旋流式燃烧器，沿炉膛宽度均匀、对称布置，再通过燃烧调整实现单只燃烧器的风粉均匀分配，使炉膛出口烟气流量和温度偏差都较小;
（2）各级过热器以及各级再热器之间集箱间的连接采用大口径管道左右交叉;
（3）保持各受热面管排相同的横向节距;
（4）合理选择各集箱内径，在进口集箱设计节流孔;
（5）屏式过热器管间长度一致，使受热偏差、结构偏差和流量偏差减小。
5.2对流与辐射互补抵消热偏差的双切圆燃烧方式（见图3）
图3对流与辐射互补的双切圆燃烧方式
2个相对独立的反向切圆燃烧方式，将对流热偏差与整体单一火焰辐射系统的辐射热偏差相互补偿或抵消，使热偏差尽可能减小。
新一代超临界机组锅炉技术发生了重要变化，主要表现在锅炉水冷壁、燃烧技术、启动系统、金属材料等，其中水冷壁技术和燃烧技术处于优先水平。
采用引进技术国产化超临界机组，可以弥补国内超临界机组技术单纯依靠进口设备造成的价格过高，又及时引人新技术以缩短国内超临界技术与世界先进技术的差距。
在实现国产化后，还需要研究适合中国煤质多变的燃烧技术和系统优化设计以及运行调节技术。
二．我国发展超临界机组需解决的关键技术
对照国外超临界技术发展的经验，结合我国目前的实际情况，可列出我国发展超临界机组需解决的关键技术如下:
（1）超临界机组系列选型及系统配置的研究:
包括超临界机组锅炉、汽轮机、发电机、主要辅机等系列选型，超临界机组热力系统优化设计，超临界机组汽机旁路系统选型;
（2）大型超临界锅炉关键技术研究:
包括超临界锅炉炉型及燃烧系统配置方式，关键受压部件结构优化设计和寿命管理;
（3）大型超临界汽轮机关键技术研究:
包括超临界机组转子动力特性，固体颗粒冲蚀特性和防护措施，末级长叶片振动应力和疲劳寿命，高温高压部件温度场、应力场和蠕变疲劳寿命;
（4）大型超临界单轴900MW（百万千瓦级）机组汽轮发电机关键技术研究:
包括发电机转子装配结构件应力水平、配合要求及材料选择，发电机转子通风选择，励磁方式，轴系、振动及汽轮机、发电机联接的分析，定、转子绝缘结构;
（5）超临界机组材料的国产化研究:
包括超临界汽轮机高温材料和锻件材料，超临界锅炉过热器、再热器材料，国产P91钢管性能试验及管件开发;
（6）超临界机组自
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