亚临界锅炉水冷壁超温原因及对策

盛　民，杨德良，吕　震

（1华能济南黄台发电有限公司，山东　济南250103；2济南金萃冶金技术有限公司，山东　济南250109）



亚临界锅炉水冷壁超温原因及对策

盛民1，杨德良2，吕震2

（1华能济南黄台发电有限公司，山东济南250103；2济南金萃冶金技术有限公司，山东济南250109）

摘要：亚临界锅炉水冷壁在运行过程中由于水冷壁结焦、煤水比例失调、温度场分布不均匀等原因造成超温，对超温区域的水冷壁管外表面火焰超音速喷涂陶瓷热障涂层，降低水冷壁管的表面吸热，从而解决了水冷壁管超温问题。

关键词：亚临界锅炉；陶瓷热障涂层；水冷壁管；温度

1　前　言

燃煤发电是通过产生高温高压的水蒸气来推动汽轮机发电的，蒸汽的温度和压力越高，发电的效率就越高，我国已广泛应用高效清洁的亚临界甚至是超临界燃煤发电技术，该技术的推广应用不仅提高了发电效率,而且对于节约资源消耗、保护环境、实现可持续发展具有重要意义［1］。但是由于锅炉运行参数的提高，造成部分水冷壁管局部超温，影响了机组的安全运行，制约了生产。

华能济南黄台发电有限公司9#锅炉两侧墙垂直段水冷壁频繁超温，最高温度达465℃。下联箱出口温度一般为400℃左右。目前设定的水冷壁上限温度为445℃，超温管子范围为：左侧墙第150～234根，右侧墙第608～680根，共计158根管子，而且以墙体中央的管子温度最高。目前解决水冷壁超温的方法主要是调整运行参数保证安全生产，但极大地限制了发电效率，因此急需一种新的解决方案来彻底解决超温问题。通过对9#锅炉运行状况的跟踪分析，认为造成锅炉水冷壁管局部超温的原因错综复杂，通过运行参数的调整无法彻底改善，对超温区域的水冷壁管外表面喷涂陶瓷热障涂层，降低水冷壁管的表面吸热，从而解决水冷壁管超温问题［2］。

2　水冷壁超温原因

9#锅炉为亚临界压力一次中间再热循环气包炉，型号为HG-1025/18.5-PM1，超温原因主要为［3］：1）两侧墙中间火焰温度高，钢管吸入热量大，水温局部升高；2）部分部位水冷壁结焦，影响了换热，造成温度场分布不平衡；3）管道内循环水结垢，影响了水的正常循环，造成局部超温；4）所用燃煤偏离设计煤种，风粉配比出现偏差，炉膛内火焰充满度不好；5）加、减负荷速率过快；6）低层磨煤机启动时加煤量过快；7）煤水比失调，过热度偏高；8）过热器减温水量过大。

3　防止超温措施

通过上述分析得出，炉膛火焰温度分布不均匀和水冷壁管换热环境恶化引起水热交换不充分是造成锅炉水冷壁超温的主要原因。为解决此问题，必须采取两方面措施。优化运行参数和局部降低水冷壁管与炉膛的换热效率，局部降低水冷壁管与炉膛的换热效率，即在管壁表面喷涂陶瓷热障涂层。为保证水冷壁管不超温又能充分保障管壁内介质的热交换效率，需对水冷壁管超温的分布规律及喷涂陶瓷热障涂层的部位及面积进行计算分析［4］。

3.1优化运行参数

为了减缓水冷壁的超温程度，最大限度延长机组的运行时间，从运行角度主要采取如下措施。

1）维持相对稳定的一次风压，可以减少因进入炉膛煤粉的波动而引起的温度场变化的影响［5］。

2）减少过热减温水的使用。适当降低机组的主蒸汽温度，开大两侧烟气挡板来减少过热减温水的使用，保证在同样的机组负荷下（同样的给水量）流经水冷壁的给水较多（过热器减温水量计入给水总量，再热器减温水不计入给水总量），缓解水冷壁的超温状况。

3）维持较低的过热度，可以适当减少水冷壁的吸热，降低水冷壁区域的热负荷。

4）降低升、降负荷的速率。为了提高机组负荷的快速响应能力，升降负荷时燃料的前馈量比例大于水的增减比例，而且燃料的滞后效应（从燃料进入给煤机到在炉膛着火约需3 min时间）明显，造成机组加减负荷时水煤比短暂失调，水冷壁温度出现不同程度的超温。适当降低机组的升降负荷速率，可以使各种工质比较平稳的发生变化，确保加减负荷对炉内平衡的扰动降到最低。

5）适当调整磨煤机旋转分离器的转速。减缓大量煤粉瞬时进入炉膛造成水煤比短暂失调的幅度，减缓因启动制粉系统对炉膛燃烧的动态平衡所产生较大的扰动。在给煤量不变的情况下，逐步地适当减低磨煤机旋转分离器的转速以增大煤粉的颗粒度，推迟煤粉的着火时间，从而使火焰中心远离水冷壁，避免或减轻贴壁燃烧的情况发生，减缓水冷壁超温的几率和幅度。

6）合理调整燃烧器摆角，使火焰中心尽量偏离超温的水冷壁区域。

3.2喷涂隔热陶瓷涂层

设定合理的运行参数虽能缓解水冷壁超温问题，但不能从根本上解决，降低超温区域水冷壁管的吸热能力是防止水冷壁管超温行之有效的方法，对水冷壁管进行局部喷涂陶瓷热障涂层处理能够满足要求，同时又能防止盐腐蚀和结焦。喷涂陶瓷热障涂层采用火焰超音速喷涂工艺，此工艺适宜现场施工，涂层结合强度＞40 MPa，涂层材料选用复合氧化锆陶瓷粉末,其导热系数为0.03 W/（℃·m）。喷涂陶瓷热障涂层的位置和数量对解决超温问题尤其重要，因此需对超温区域超温管壁的数量及分布规律进行统计，通过计算得出喷涂陶瓷热障涂层的管壁数量及长度。

当锅炉运行时，炉内的温度变化相对较快，但是传热的过程非常复杂，水冷壁的温度变化规律难以掌握，因此需针对传热过程建立合理的数学模型。锅炉内的燃烧与传热全部都是独立完成的，在某个特定高度范围内热量的分布沿管壁方向是均匀分布的。为便于计算，设定影响锅炉水冷壁换热的因素为导热系数和综合系数，壁管内的工质流动相对均匀。在计算划分的区域中需暂时假定火焰的温度场处于均匀状态，火焰的温度按平均温度考虑。在这一数学模型假定中，将水冷壁的换热因素界定在导热系数和综合系数中，在相同的条件下只要有效改善水冷壁管的导热系数，则能够改善超温问题［6］。

基于数学模型，针对9#锅炉的超温现状，通过计算得出需要进行喷涂陶瓷热障涂层处理的水冷壁管长度为9.5 m，部位为超温管壁最上端以下9.5 m。由于水冷壁管超温以墙体中央部位最为严重向两侧依次减轻，因此喷涂水冷壁管长度从外到中央在6～10 m间。经过喷涂处理后超温问题得到明显改善，发电效率明显提高。

4　结　语

水冷壁超温是多方面因素造成的，火焰超音速喷涂绝热陶瓷涂层是行之有效的方法。经过综合分析和换热计算，再考虑现场环境的影响，侧墙中间管子喷涂长度10 m，外侧喷涂长度6 m，总喷涂面积100 m2，解决了水冷壁超温的问题。

参考文献：

［1］沈玉华.石洞口二厂1号炉水冷壁超温情况的分析和建议［C］.全国火电机组（600 MW级）第十届年会论文集，2006：129-131.

［2］曲敬信，汪泓宏.表面工程手册［M］.北京：化学工业出版社，1998.

［3］张海潮，李朝兵，郑荣满.350 MW超临界锅炉水冷壁超温解决措施［J］.能源与节能，2014（4）：154-155.

［4］李金桂，周师岳，胡业锋.现代表面工程技术与应用［M］.北京：化学工业出版社，2014.

［5］徐春国，张德国，邵海波.华能玉环电厂1 000 MW超临界锅炉水冷壁超温分析与应对方案［J］.能源与环境，2013（3）：62-64.

［6］王晔，崔文杰.1 000 MW超临界锅炉水冷壁壁温计算研究［J］.科学家，2015（10）：52.

中图分类号：TK223.3+1

文献标识码：B

文章编号：1004-4620（2016）02-0079-02

收稿日期：2016-03-07

作者简介：盛民，男，1963年生，1984年毕业于山东广播电视大学机械工程与自动化专业。现为华能济南黄台发电有限公司工程师，从事火力发电厂金属材料监督和检验工作。