选材问题造成过热器爆管案例分析

    选材档次偏低而设计温度高.造成许多管子长期超温过热

某发电厂2号锅炉累计运行9万余h，近几年多次发生高温过热器超温过热爆管现象，仅1998年高温过热器因超温过热爆管就有三次，全部发生在高温过热器出口西数第24排北数第1根管子上，位置在大包内联箱下。为找出高温过热器超温爆管原因，对高温过热器出口、入口蒸汽温度及烟温分布进行了全面测试。

一、概述

某发电厂4x300MW锅炉是东方锅炉厂设计制造的DG1000/7.o-I型亚临界、自然循环煤粉炉，采用直流式煤粉燃烧器四角切向然烧，每角6只一次风喷口相间布置8只二次风口，均匀配风，锅炉制粉系统采用球磨中间储仓式，乏气送粉。   

过热器按烟气流向可分为全大屏、后屏、高过、低过，高温过热器蛇形管布置在入口烟温约800℃区域，Φ51X8、12Cr1MoV与钢研102管各半，12Cr1MoV的管子主要布置在高温过热器入口段及出口段顶棚之上，s₁=171.45mm、s₈=100rnm，高温过热器的结构参见图3-4。

二、试验方案

1.试验测点布置

1999年2月利用2号锅炉小修的机会，进行了热电偶现场安装，在炉顶大包内装高温过热器管壁上加装热电偶，安装在高温过热器集箱前弯头的下方，测点主要集中在三通区域及爆破位置，测点安装位置为:高温过热器入口，东数第9排、第36排最外圈，西数第8排、第36排最外圈，共4点;高温过热器出口，东数第2排、第6排、第10排、第14排、第16排、第17排、第18排、第19排、第20排、第21排、第22排、第23排、第24排、第25排、第26排、第30排、第35排、第40(全部6根)排最外圈，出口母管1点，共24点;西数第2排、第6排、第10排、第14排、第16排、第17排、第18排、第19排、第20排、第21排、第22排、第23排、第24(全部6根)排、第25排、第26排、第30排、第35排、第40排最外圈，出口母管1点，共24点。

2.试验工况

试验共进行了6个工况，主汽温度545℃，机组电负荷分别为150MW、240MW、300MW，主汽温度550℃，机组电负荷分别为150MW、240MW、300MW，对高温过热器出、入口管壁温度及烟温偏差进行测试。

试验期间煤质特性见表3-6。

试验期间，飞灰含碳量为1.3%~1.7%，甲乙两侧空气预热器漏风率为10%-12%。

三、测试结果分析

1.高温过热器蒸汽温度分布规律

高温过热器出口东西两侧的三通区域蒸汽温度偏差较为明显，这主要是由于高温过热器入口联箱三通内压力分布与出口联箱汇流压力分布不一致所致，西侧的偏差更大一些(这和此处炉顶密封不严烟气泄漏有一定关系)，而总的来讲东侧超温的范围较大，这和燃烧工况有很大关系。四角切圆燃烧的锅炉炉膛出口烟气温度沿炉宽分布接近于“M”形，有两个高烟温区，从炉前看，通常由于旋转气流右侧(东)烟温比较高。

2.机组负荷及主汽温度对管壁温度的影响

按东方锅炉厂提供的12Cr1MoV管材允许壁温为556℃ ,这样根据试验炉外壁温即管内汽温超温的数量如表3-7所示。

    在各种负荷下主汽温度550℃时，超温的管子数量远大于主汽温度545℃时的数量，即使主汽温度545℃，仍有部分管子超温;超温部位主要集中于三通区域，从545℃到550℃主汽温度提高5℃，超温的管子数量约增加一倍。

    从图3-5可知高温过热器最外圈管内蒸汽温度随主汽温度的提高而增加，负荷在150~250MW时，主汽温度每升高1℃，外圈管壁平均温度升高1.5℃;当负荷超过270MW时，这种影响明显减少，主汽温度每升高1℃，外圈管平均温度升高0.5℃。机组负荷在240MW左右，主汽温度在550℃以上时，外圈管平均温度最高，超温的管子数量也最多(见表3-7、图3-6)。

3.同屏各管间温度分布

当机组负荷在240MW以上时，同屏各管内温度偏差加大，在150Mw负荷时，温度

偏差明显减小，见图3-6。这是由于总蒸汽流量变化后，联箱内沿圆周方向压力分布发生了变化，造成同屏各管流量发生了变化，在机组负荷240MW左右时，同屏各管流量偏差已达到最大。

    四、高温过热器爆管原因分析

    机组设计主汽温度为555℃，以往机组一直带300MW负荷在555℃运行，有20%-30%的管子长期处于超温状态，由于当时条件所限，选材档次偏低(炉外12Cr1MoV、炉内12Cr1MoWVTiB)而设计温度高，造成许多管子长期超温过热，是过热器爆管的主要原因。

    在机组带230~260MW负荷550℃运行时，高过管壁温度最高，流量偏差最大，超温的管子数量也最多，是最危险的工况。最近几年长期在这一负荷范围运行，加重了高温过热器的超温损坏。三通区域流量偏差较大，加上烟气侧存在传热偏差，使部分管子工作条件恶劣，这些管子爆管的可能性最大。

    为保证主再热汽温，长期采用大氧量(大风量)运行，受热面的传热状态偏离设计值，对流吸热量增加，高温过热器负荷较重，也是造成爆管的原因之一。