1、超临界 锅炉配置紧急补水系统技术研讨 何明月，夏良伟，张鸿书，刘晓明（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨）摘 要：本文对自主开发型 超临界 锅炉不配置紧急补给水系统进行了技术探讨。从全厂失电几率、材料干烧可能性、配置紧急补水系统的经济性分析等方面分析，自主开发型 超临界 锅炉无需配置紧急补水系统。同时对全厂失电后有相应的设计考虑和保护操作，进一步保证不配置紧急补水系统锅炉的安全性。关键词：紧急补给水；锅炉；超临界中图分类号：文献标识码：文章编号：（）收稿日期：作者简介：何明月（），女，研究生，工程师，从事循环流化床锅炉和余热锅炉性能设计工作。引言对于 锅炉，全厂失电或锅炉全部给水突然失去
2、的情况下，存在锅炉受热面干烧而引起金属壁温过高，受热面管子烧坏的可能性。按照引进技术，为防止在全厂失电的工况下，公司在 循环流化床锅炉上设置了紧急补给水系统。国内自主开发型 超临界 锅炉均没有设置紧急补给水系统（如哈锅设计的同煤朔南电厂 超临界 锅炉，上锅设计的华电朔州 超临界 锅炉，东锅设计的神华神东山西河曲电厂 超临界 锅炉）。循环流化床锅炉配置紧急给水系统必要性分析 全厂失电或锅炉给水突然失去现象发生的几率 随着锅炉自动化控制技术的发展，国内各电厂的锅炉等设备都已经配置有各种控制系统，以预防和监测电厂各系统在运行时可能出现的各种意外情况，并对出现的意外情况及时判断，做出反应并报警。锅炉运
3、行实践表明，电厂安装的自控系统对锅炉等设备系统的安全运行提供了重要的保证，成功避免了多种事故的发生，近十几年来，国内各电厂运行的锅炉，无论是煤粉炉还是循环流化床锅炉，发生全厂失电或锅炉给水突然失去工况的情况都特别少。锅炉给水突然失去后水冷系统发生干烧现象的几率 对于引进型 等级 锅炉（如 公司 循环流化床锅炉），由于外置式换热器大量蓄热的存在，为保护其内布置的过热器和再热器管束，有必要考虑采用紧急补水系统。我国自主开发型 超临界 锅炉的炉型与引进型不同，超临界 锅炉由于薄型耐磨耐火材料的大量使用，使锅炉的蓄热量大大减少。给水突然中断后，锅炉吸热引起的蒸发量相对于引进型大大降低。同时，由于取消了
4、外置式换热器，循环灰量相对较少，在水冷壁、尾部包墙等受热面处，其材质较亚临界机组高，抗干烧能力有所提高。即使出现厂用电停供的工况，需要更换的管材可能性也不是很大。根据锅炉的数据，对给水全部失去的工况分析计算：锅炉正常运行时，水冷系统容积约，省煤器容积约，总容积约，按水冷壁管平均温度计算，水冷系统的总存水量约为。锅炉给水突然失去后，在前 分钟内蒸汽损失量最大，随着炉内物料大量放热后蒸汽损失量逐渐降 第 期锅 炉 制 造 年 月 低。经计算，锅炉断水后 分钟内蒸汽的损失量为，在此期间内如能及时进行动作保护，水冷系统不会发生干烧现象。同时，由于超临界锅炉受热面的材质较亚临界锅炉受热面的材质有较大的提
5、高循环流化床锅炉烟温水平较低，炉膛至尾部竖井包墙的距离长，辐射热引起包墙上部管子壁温上升可能性很小。超临界 锅炉受热材质常规配置为：水冷壁，低温过热器，屏过，末级过热器 ，低温再热器，屏再 。炉内各受热面材料的最高使用壁温为：水冷壁管，过热器管 ，再热器。因此，锅炉发生干烧的危险性不会大于煤粉炉，按照系统停电期间和以后恢复正常运行的操作程序，加上必要的设计保证，完全可以实现对受热面的保护。同时经过与国内三大锅炉厂了解对比，国外的其他几个大的循环流化床锅炉供应商都没有设计这套系统，引进技术也仅在 和白马 锅炉项目上设计了该系统。此外，按照引进技术经验，可能发生干烧爆管的部位是炉膛水冷壁上部和尾部
6、竖井受高温烟气直接辐射的部位，工程尾部竖井包墙采用的是水包墙结构，全厂失电，锅炉解列后，包墙水位最先蒸干，没有介质冷却，加上同时受到烟气冲刷，情况最为危险。而自主开发型锅炉方案与 工程不同，尾部竖井包墙采用的是汽包墙结构，即使发生紧急情况，汽包墙内有连续不断的蒸气流过，对管壁进行冷却，情况大有改善。配置紧急给水系统的经济性分析从电厂初投资和运行的经济性角度考虑，电厂系统的完善性（如双回路设置）使全厂失电或锅炉给水泵全部失效的工况可能性很小。为这种电厂几乎不会发生的极其偶然的工况增设的紧急给水系统初期投资在 万元以上。该系统配置包括一台大功率的柴油机，带一个容积为 升的柴油箱，一套高压头低流量的
7、水泵，一个体积为 的除盐水箱，以及传动设备，阀门管路系统，控制系统等。此外，为保证在紧急情况下紧急给水泵能够及时、可靠投运，泵组要求每周至少检测一次，测试时间不少于 小时，每月的测试时间不得少于 小时，泵组的运行成本非常高。为一个几乎不会发生的工况，花费如此大的人力、物力和财力，得不偿失。即使发生爆管，电厂也可以对损坏的管子进行更换，其成本也远远低于设置紧急补水系统。对全厂掉电的设计考虑和处理措施通过以上分析可以看出，设计紧急补水系统并不是必须的。但也应充分考虑锅炉在全厂掉电时的保护，不仅要求锅炉厂在设计上考虑足够的蓄水量和材料特性，更应在统筹规划整个电站系统安全保护时统一考虑。一般而言，在全
8、厂失电情况下，对于 锅炉，可能存在下述情况：外部电源仅余 不间断电源（）、不能投运任何辅机、大量的床料堆积在燃烧室中。对于 锅炉，由于大量的床料和耐火耐磨材料的蓄热会造成炉内的汽水混合物及水被不断加热，通过对空排汽或汽机旁路蒸发；另一方面，主给水泵不能投运使损失的水得不到补充。随时间的增加，炉内存水（包括汽水混合物）将不断减少。如受热面不能及时冷却，将可能造成受热面超温损坏。为掉电时尽量保护锅炉，减少损失，可采用如下措施：保证 各项措施在掉电后均能到位（如旁路阀开启，燃料、石灰石切除等）；为维持炉膛压力不超标，所有鼓风机挡板掉电后应关闭，并保持炉膛烟气通道的畅通；保证减温器、疏水阀门在掉电后保
9、持关闭，减少锅内的水损耗；在保证汽水系统不超压的前提下，尽量减少分离器、过热器对空排气阀门开启，减少锅内蒸汽损耗；虽然锅炉设计中对全厂掉电和给水中断有一定的承受能力，但在出现全厂掉电事故后，仍需要对锅炉进行全面检查，修复更换损坏部分后才能重新运行。结论从全厂失电几率、材料干烧能力、配置紧急补水系统的经济性分析等方面分析，以及对全厂失电后相应的设计考虑和保护操作，得出以下结论：全厂失电发生几率很低；锅炉结构和材料设计干烧可能性较小；配置紧急补给水系统经济性较差；全厂失电工况，对锅炉可以进行保护处理措施。下转第 页锅 炉 制 造 总第 期见表。由能谱分析可知，泄漏点附近，与管子外表面接 触覆盖层下
10、主要有的氧化物、碱金属、和一定量的、元素。由此可知，结焦的烟气在管子表面堆积，对管子外表面起到了一定的氧化和腐蚀作用。02468keV051015202530 cps/eV C O Mg Al Si S S Cl Cl Ca Ca Fe Fe K K Ti Ti 图 试样表面腐蚀产物能谱检测位置和衍射图表 试样腐蚀产物能谱检测结果元素 综合分析通过实验及分析可知，样管远离漏点位置的显微组织为铁素体 珠光体，组织未见高温变形，珠光体未见明显老化，没有发现过热、过烧等现象，管子泄漏主要由蒸汽内应力或外部蒸汽吹扫造成。样管整体宏观形貌和壁厚测量可知，整根样管在朝炉右、炉上约 度角方向（泄漏点朝向）处
11、壁厚明显减薄，最薄处由公称厚度 减至 厚。较薄处管子外表面较平滑且翅片间的 处方向一致，呈现出烟气长期从左上向右下快速流动冲刷磨损特征，基本排除泄漏蒸汽吹扫所致可能。样管表面均有较厚烟气结焦覆盖物，厚度约为 ，在锅炉运行过程中对烟气的流动形成一定的阻碍作用，进而促进在漏点附近形成烟气通道，烟气通道的形成会加速钢管的烟气磨损，使钢管表面的氧化膜和腐蚀产物持续破损，脱落，导致不断露出新鲜的基体，直至管壁减薄至不再能承受内部工质压力而发生爆管。烟气成分中存在大量可构成强腐蚀性物质或环境的 和 元素，对管子外表面起到了一定的氧化和腐蚀作用，疏松氧化腐蚀产物不耐磨，会加速钢管遭到磨损破坏速度。综合以上检
12、测结果分析推测电厂锅炉前烟道省煤器 钢管泄漏原因是发生烟气冲刷腐蚀，使壁厚减薄，导致泄漏发生。结论电厂锅炉前烟道省煤器 钢管的化学成分、硬度值符合 标准对 材料的规定。金相组织及晶粒度符合 正常材质特征。电厂锅炉前烟道省煤器 钢管泄漏原因是发生烟气冲刷腐蚀，使壁厚减薄，导致泄漏发生。上接第 页 综合以上分析，对比国内同类型机组工程，以及投入商业运行的 超临界循环流化床锅炉机组运行情况，借鉴投入运行的循环流化床锅炉运行经验，自主型 超临界锅炉可不设置紧急补给水系统。参考文献 刘宏，高新宇 紧急补给水系统在循环流化床锅炉中应用的探讨 锅炉制造，（）：薛立民 循环流化床锅炉紧急补水系统研究 山西电力，（）：第 期 董自谦，等：电厂前烟道省煤器管泄漏原因分析