超(超)临界锅炉氧化皮问题及控制

•超（超）临界锅炉高温受热面的氧化皮问题及控制方法•江苏方天电力技术有限公司•肖杰超（超）临界锅炉高温受热面的氧化皮问题及控制方法1、超（超）临界锅炉运行中存在的安全问题2、超（超）临界锅炉过热器布置特点3、末级过热器布置的特点4、末过氧化皮脱落堵塞情况5、氧化皮脱落状况条件6、氧化皮脱落控制上锅产超临界锅炉运行中安全问题1、末级过热器内壁氧化皮大面积脱落堵塞爆管2、末级再热器内圈小R弯拉裂3、水冷壁下集箱水平引出管起弯处宽鳍片结构水冷壁拉裂4、燃烧器角部大风箱与水冷壁密封焊缝拉裂5、高过进口集箱出口T23短管第一道焊缝产生裂纹6、燃烧器喷嘴磨损，燃烧器壁与隔板的角部磨损严重7、高再管道水压试验堵阀接头开裂和本体裂纹哈锅产与东锅产超临界锅炉主要有节流孔堵塞超（超）临界锅炉运行中安全问题哈锅产超（超）临界锅炉屏过/末过节流孔堵塞水冷壁出口集箱角焊缝裂纹泄漏末过顶棚下异种钢接头焊缝开裂燃烧器结焦水冷壁节流孔结垢水冷壁冷灰斗密封处拉裂高温再热器出口变径处开裂东锅产超临界锅炉屏过节流孔堵塞高温过热器出现过内壁氧化皮剥落减温器断裂超临界锅炉过热器布置特点•上锅产超临界锅炉•从炉膛上部至水平烟道、竖井烟道分别布置：分割屏，后屏，末级再热器，末级过热器，低温再热器，省煤器•过热器全部布置在高温烟气区，末过逆流布置，分段布置，称为冷段、热段。•再热器既布置在高温烟气区又布置在低温烟气区。•哈锅产超临界•从炉膛上部至水平烟道、竖井烟道分别布置：屏过，高温过热器，高温再热器，竖井烟道在深度方向分为前后二个烟道分别布置低温再热器/低温过热器，省煤器•采用烟气挡板调节再热汽温；高过顺流布置；高再混流式布置，低再与高再间没有集箱，换热管直接连通。•东锅产超临界锅炉•从炉膛上部至水平烟道、竖井烟道分别布置：屏过，高温过热器，高温再热器，竖井烟道在深度方向分为前后二个烟道分别布置低温再热器/低温过热器，省煤器•采用烟气挡板调节再热汽温，高过顺流布置，高再•哈锅产超超临界锅炉•从炉膛上部至水平烟道、竖井烟道分别布置：分隔屏、后屏，高温过热器，高温再热器，竖井烟道在深度方向分为前后二个烟道，分别布置低温再热器/低温过热器，省煤器。•采用烟气挡板调节再热汽温；高过顺流布置；高再顺流布置，高再分二级。末级过热器布置的特点•上锅超临界锅炉•分冷、热二段布置•逆流布置•管材比较复杂（T23、T91、TP347H）•蒸汽温升较高•管材安全裕度低、壁厚厚，内径小，变径处多，个别弯头曲率半径小•布置在烟气温度相对较低的区域•哈锅超临界锅炉•一段布置•顺流布置•蒸汽温升较低•管材简单（T91、TP347H），壁厚变化少•布置在烟温相对较高区域•东锅•一段布置•顺流布置•蒸汽温升小•管材简单（TP347H）•布置在烟温相对较高区域超（超）临界锅炉末级过热器布置的特点•末级过热器超（超）临界锅炉末级过热器布置的特点•材料复杂•上锅•T23•T91•TP347H•哈锅•进口下行管段为ф44.5×7.5/T91；•出口上行管段为ф44.5×7.5/TP347H；•东锅•最外圈32片屏每片屏21根Ф50.8×9SA213-TP347H；其它管圈Ф45×7.8SA213-TP347H末级过热器材料分布管子根数984设计压力：27.07MPa进口汽温：508oC出口汽温：571oC项目管子外径mm壁厚mm材质长度m计算壁温oC材料允许温度oC重量kg炉外进口段及管接头#1~1238.16.36SA-213T2388.56519562440.6440.6管屏段（后）#1，2，638.15.59SA-213T914302.5456356919282.9#438.15.59SA-213T911250.55565695604.438.17.14SA-213T91667.485735963638.8#3,5,7,8,9,11,1238.16.36SA-213T2310343.4855756251493.2#1038.16.36SA-213T231731.845555628621.788641.1管屏段（前）#138.17.96SA-213T911247.225966067379.438.17.06SA-213TP347H5336156242880.538.17.96SA-213T91291.925966061727.2#238.17.14SA-213T911015.165865965534.238.19.03SA-213T911001.226126176481.6#338.17.14SA-213T911015.165875965534.238.17.96SA-213T911000.46116065919.0#438.15.59SA-213T91501.845635692248.838.17.14SA-213T911000.45925965453.738.19.03SA-213T911000.46156176476.3#5~638.17.14SA-213T911925.3659360610496.238.19.03SA-213T912051.6461661713281.7#7~938.17.96SA-213T233148.857859018630.338.17.96SA-213T913035.6459760617960.8#1038.17.96SA-213T231276.745805907554.038.17.96SA-213T911001.225986065923.9#11~1238.17.96SA-213T234047.5258859023947.8147429.5炉外出口段及管接头#1~1238.17.96SA-213T9188.56595606524.0524.0Total237035.2T23110687.7kgT91123467.0kgTP347H2880.5kg超（超）临界锅炉末级过热器布置的特点•影响安全主要是过热，造成氧化皮生长快•受热面逆流布置；•高过吸热大；•烟气温度偏差；•蒸汽侧压力分布•壁温偏差；•材料因素主要是抗氧化温度取值与实际差别，材料性能裕度偏低。超（超）临界锅炉末级过热器布置的特点•烟气温度偏差•理论模拟在炉膛靠近壁面1/6炉膛宽度•A侧在1~1.5米左右烟温，B侧在2~3米区域•剔除壁面低温其它区域烟温相差在200℃以内•局部烟温超过1150℃，远高于设计进口烟温963℃超（超）临界锅炉末级过热器布置的特点•蒸汽侧压力分布•高过蒸汽从二侧20屏与62排位置导入进口集箱，出口集箱从二侧引出•高过管屏冷却蒸汽流量分布在20屏与62屏区域流量最低，根据高过受热面横向间距224mm推算，离壁面距离4.4m左右•高过管屏冷却蒸汽流量分布也呈“M”型分布•冷却蒸汽流量分布与烟气温度分布，烟气侧温度高与蒸汽侧冷却流量低区域重合超（超）临界锅炉末级过热器布置的特点•壁温偏差；•高温区域T91材料壁温在630℃以上•屏间壁温偏差大，热偏差系数最大在1.4以上超（超）临界锅炉末级过热器布置的特点•壁温分布•同屏温差小高温过热器出口同屏炉外壁温分布屏\根12345678910111222575.7575.6576.7578.1571.3571.4568.8566.8567.4567.9564.4563.461582.7579.1581.0587.4579.9585.2579.3578.7578.7579.4576.5577.0超（超）临界锅炉末级过热器布置的特点•氧化皮厚度分布17131925313743495561677379S100.050.10.150.20.250.30.35超（超）临界锅炉末级过热器布置的特点•燃烧器对冲布置的哈锅超临界锅炉一号炉高温再热器屏间温度分布491.9542.3538.2543.4545.5541.7540.2541.5546.2551.1552.3553.4553.1552.2554.9557.4555.0559.4555.0554.4543.2539.0543.2535.8533.4528.2528.6525.4523.0513.7520.6523.3525.7521.9528.4529.5529.6529.4531.9531.2535.1533.2536.5538.3541.0544.3552.1560.1558.7565.0567.2574.0582.6586.0582.2580.0576.1579.7571.8563.9572.0570.0579.0578.0564.0554.0542.0534.0548.0551.0560.0568.0585.0585.0603.0511.9562.3558.2563.4565.5561.7560.2561.5566.2571.1572.3573.4573.1572.2574.9577.4575.0579.4575.0574.4563.2559.0563.2555.8553.4548.2548.6545.4543.0533.7540.6543.3545.7541.9548.4549.5549.6549.4551.9551.2555.1553.2556.5558.3561.0564.3572.1580.1578.7585.0587.2594.0602.6606.0602.2600.0596.1599.7591.8583.9480.0490.0500.0510.0520.0530.0540.0550.0560.0570.0580.0590.0600.0610.01357911131517192123252729313335373941434547495153555759616365676971737577798183858789919395屏数温度系列1系列2系列32天移动平均(系列2)2天移动平均(系列1)2天移动平均(系列3)燃烧器对冲布置的超临界锅炉高再屏间壁温分布图超（超）临界锅炉末级过热器布置的特点•哈锅超超临界锅炉末级过热器屏间壁温分布530540550560570580590600610620630081624324048566472808896管屏编号壁温℃第8根第16根双炉膛切圆燃烧的超超临界锅炉末过壁温分布超（超）临界锅炉末级过热器布置的特点•锅炉厂原换热管材料选取•抗氧化温度分别为T23：593℃；T91：649℃；TP347H：704℃。•应用经验一般按以下数值控制，T23≤580℃，T91≤600℃，TP347H≤650℃。•保守的应用•T23≤570℃，T91≤590℃•末级过热器热段材料T23/T91没有充分考虑蒸汽氧化，内壁氧化皮生成速率较快，无法长期安全运行•要解决这种超临界锅炉末级过热器的内壁氧化皮大面积脱落问题长远只能采取降低再热汽温；更换末级过热器换热管材料，提高材料等级。短期只能采取启停控制的措施。•强调运行控制，包括锅炉启停时控制是长期性措施，不能因为末级过热器更换材料后就忽视运行控制。末过氧化皮脱落堵塞情况•内壁氧化皮脱落堵塞机理•首先发生氧化皮大面积脱落，脱落面积大，量多，单块氧化皮尺寸大；•尺寸大、强度高的氧化皮缠杂在一起；•在管内形成吹不散、带不走的结构，形成堵塞桥架，属于亚稳定结构；•其它小尺寸的氧化皮积聚在桥架上形成对换热管的堵塞；•不是每次氧化皮大面积脱落都会形成堵塞爆管，但氧化皮大面积脱落大大地增加了氧化皮堵塞的几率。•能否引起堵塞有以下因素（有运气因素）•脱落时蒸汽流量•脱落时氧化皮最大面积•是否形成堵塞的亚稳定结构•大面积脱落时氧化皮的量•换热管内壁结构末过氧化皮脱落堵塞情况•上锅•江苏某电厂最先因氧化皮爆管日期爆漏或超温管位置故障过程材质停炉原因下弯头检查是否有氧化皮2006.10.12末级过热器热段B-A第19排及51排#1管启动后管壁温度高，大流量通管无效停运TP347H超温有2006.10.17末级过热器热段B-A第5排#10管冷启并网后约20小时发生泄漏T23爆漏无，但射线抽查发现A-B第4排#1