摘要：超临界直流锅炉由于各种原因，运行中受热面经常出现超温、爆管、经济性达不到设计要求、可靠性低等问题。本文以目前国产大容量B&WB-2090/25.4-M型“W火焰”超临界直流锅炉。介绍其结构、设计参数、燃料特性，着重阐述了影响超临界“W火焰”直流锅炉安全运行的因素，以及从设计、制造、运行等方面分析了提高直流锅炉可靠性的方法和思路。
关键词：直流锅炉；可靠性；探讨；主机规程
近几年来，火力发电机组正朝着超临界、超超临界的600MW、1000MW等级发展。新机组因设计、制造、调试、运行、检修中存在着诸多因素，造成机组连续运行天数，安全可靠性不高。随着国内电力需求负荷的下降，使超临界机组不能在高效区工作，超临界机组的优势并没有充分发挥出来。通常超临界机组均采用直流锅炉，而国内直流锅炉的运行技术、自动化水平还不太高，因此锅炉运行状况并不稳定，主机、辅机事故导致机组减出力或非计划停运时有发生。如何确保直流锅炉的安全可靠运行将是各超临界机组电厂工程技术人员认真研究的问题，也是长期从事电力生产设计、制造、运行的技术人员重点研究的课题。
1.习水二郎电厂一期工程2×660MW超临界机组锅炉特点
1.1技术特点
习水二郎电厂一期工程2×660MW超临界机组锅炉采用了北京巴布科克威尔克斯有限公司生产的燃煤锅炉，同步上脱硫、脱硝装置，锅炉出口NOx排放浓度≤700 mg/Nm3（脱硝装置前）。锅炉为超临界参数、垂直管圈水冷壁、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、单炉膛露天岛式布置的“W”火焰燃烧变压直流锅炉。锅炉型号：B&W B-2090/25.4-M。
燃烧设备采用双拱绝热炉膛、浓缩型EI-XCL低NOx双调风旋流燃烧器及OFA 喷口，燃烧器平行对称布置于炉膛下部的炉拱上，前、后各12只，共24只；在燃烧器的下部，与燃烧器相对应，前后墙各布置12个乏气喷口，共24只；与煤粉燃烧器对应同时配置了24只点火油枪，#1炉A、B、E磨煤机改造成气泡油枪，出力在0.3～0.8t/h可调，其余为机械雾化油枪，油枪耗油量根据雾化片大小分为0.5t/h、0.8t/h、1.1t/h；每个燃烧器下部均设有分级风管，每个分级风管与燃烧器喷口一一对应（即喷口），每台锅炉共有24个分级风喷口，前、后墙各12个。
1）具有较好的变压、备用和再启动性能
上部水冷壁和下部水冷壁均采用膜式全焊接结构，由钢管和扁钢制成。上炉膛深度9350mm，下炉膛深度17332mm，炉膛宽度 33275mm，总高57300mm（由前后水冷壁下集箱中心线到炉膛顶棚管中心线）。下部炉膛水冷壁管规格为φ35×6mm，管子材料为 SA213T12。前后水冷壁的两边各71根管子节距为41.25mm，通过变节距到69.1 mm，形成炉膛的切角结构，中间管子节距为55mm，侧墙水冷壁管节距为55mm。水冷壁节距为55mm处的扁钢规格为8×20mm，节距为69.1mm处的扁钢规格为8×34mm，扁钢材料为15CrMo；节距为41.25mm处的水冷壁用的是圆钢，其规格为φ6.25mm，材料为12Cr1MoV。下部炉膛水冷壁 19.577米标高以上全部采用了优化多头内螺纹管（OMLR），19.577米标高以下采用普通内螺纹管（MLR），避免了传热恶化的发生。
1.2结构特点
1）锅炉下部水冷壁采用螺旋管圈，上部水冷壁采用一次上升垂直管屏，二者之间用过渡集箱连接。螺旋管圈的同一管带中的各管子以相同方式从下到上绕过炉膛的角隅部分和中间部分，水冷壁吸热均匀，管间热偏差小，使得水冷壁出口的介质温度和金属温度非常均匀。
2）在螺旋管圈水冷壁部分采用可膨胀的带焊接式张力板垂直刚性梁系统，下部炉膛和冷灰斗的荷载传递给上部垂直水冷壁，保证锅炉炉膛自由向下膨胀。
3）布置于上炉膛的屏式过热器采用膜式管屏末端技术，使管屏平整防止结焦、挂渣。
4）省煤器为H型鳍片管省煤器，传热效率高，受热面管组布置紧凑，烟气侧和工质侧流动阻力小，耐磨损，防堵灰，部件的使用寿命长。
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2.锅炉整体布置
来自高加的给水首先进入省煤器进口集箱，然后经过省煤器水平管组和悬吊管进入省煤器出口集箱。水从省煤器出口集箱经外部两根连接管进入一根下降管，下降管在下部分为两根，通过供水管引入下部的水冷壁进口集箱，然后沿炉膛向上依次经过冷灰斗、锅炉下部垂直炉膛和位于炉膛中部的过渡集箱及中间混合集箱后，再进入上部垂直炉膛，由水冷壁出口集箱经连接管进入出口混合集箱，充分混合后进入锅炉前部的汽水分离器。
锅炉在最小直流负荷点（本生点）以下运行时，进入分离器的工质是汽水混合物，分离器处于湿态运行。分离出的水经贮水箱由炉水循环泵打回到省煤器入口集箱，形成水循环。汽水分离器分离出的蒸汽依次流过锅炉顶棚、水平烟道侧包墙、尾部烟道包墙、低温过热器、屏式过热器、后屏过热器和末级过热器。各级过热器之间共设二级（4个）减温器。
3 影响超临界直流锅炉安全运行的因素
3.1 设计、制造方面
1）锅炉燃烧系统设计不够完善
锅炉配6套制粉系统，为一次风机正压直吹式，配有两台动叶可调轴流式一次风机，两台离心式密封风机。每套系统由1台双进双出磨煤机、2台电子称重给煤机、2台煤粉动态分离器及相应的连接管道和控制风门组成。虽然炉膛中下部采用内螺旋管圈水冷壁，但这种差别还是存在的，从水冷壁中间点温度来看温度分布并不均匀，折焰角区域水冷壁容易出现超温现象，后墙水冷壁管热偏差严重，在机组启动、停止时容易出现类膜态沸腾。这些因素往往会造成锅炉受热面超温、磨损、热应力大而造成爆管停炉。
采用W型燃烧器虽使着火稳定性提高，某台磨工作失常，该区域燃烧器着火稳定性变差。煤质变化大时，锅炉易出现结渣，结渣部位多在喷燃器附近区域、炉膛出口屏式过热器区域和炉膛下部排渣口上部等区域。当锅炉受到扰动后，容易造成灭火。直流燃烧器一、二次风配风不合理，易使局部热负荷不均造成结焦，严重时炉膛掉焦灭火，影响机组安全。
2）锅炉存在制造缺陷
水冷壁在人孔门、燃烧器、风孔、手孔、看火孔、吹灰打焦孔、炉膛下部收缩段、折焰角、中间过渡联箱连接管等处应力未消除，管子表面有麻点、有凹凸、有碰伤痕迹，如处理不善将会成为运行中的泄漏点。水冷壁、过热器、再热器、省煤器管焊接质量不良，水冷壁、包墙过热器、顶棚过热器鳍片未焊好或漏焊，验收时检查不详细，这些区域往往是造成锅炉爆管的重要原因。
3）锅炉材质不能保证
国产超临界直流锅炉高温过热器、高温再热器、主蒸汽管、冷热段再热蒸汽管多采用T91/ P91、T92/ P92、TP304、TP347、TP321等钢材，目前国内市场类似假钢材太多，钢材质量问题已经给电厂的安全运行构成威胁。超临界直流锅炉使用的奥氏体钢材在高温高压下易使氧化皮脱落，严重影响了过热器、汽轮机的安全。
3.2 运行方面
1）人员技术素质低
超临界600MW机组电厂由于值班人员缺乏经验，结果使机组刚投产就发生严重的设备损坏事故。其实，发电厂是一个技术密集型企业，如果忽视对人员的培训和培养，操之过急和急于求成，结果往往事半功倍。只有加强培训工作，夯实人员基础水平，机组安全才能保证。
2）入厂、入炉煤质不符合要求
目前，国内煤碳市场的管理较为混乱，许多燃煤电厂燃烧劣质煤。烧烟煤的电厂却有大量的矸石入厂，使电站锅炉的运行外部环境变差。对于超临界直流锅炉，如果不加强入厂、入炉煤的管理，使锅炉工作在非设计煤种工况，对锅炉安全运行极为不利，某些电厂锅炉多次出现结焦、超温爆管、积灰腐蚀、空预器烧损、磨煤机着火爆炸等事故，与入炉、入厂煤质变化大有着相当大的关系。
4 结束语
从我电厂的运行情况、了解情况来看，“W”型直流锅炉运行中不论是主机部分还是配套的辅机部分，有设计、制造方面的问题，也有检修维护、运行方面的问题。如何处理好这些问题则需要广大工程技术人员的共同参与和不懈努力，那么，超临界直流炉的可靠性将会得到改善和提高，优越性将会得到体现。
参考文献：
[1] 范从振，锅炉设备原理 第二版[M].北京：中国电力出版社，1986
[2] 朱全利，600MW锅炉设备及系统[M]. 北京：中国电力出版社，2006
论文作者:周正
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/14
标签：锅炉论文; 炉膛论文; 水冷论文; 机组论文; 超临界论文; 省煤器论文; 电厂论文; 《电力设备》2018年第27期论文;