华电电科院刘鹏远水冷壁问题研究

600MW超临界W火焰锅炉 水冷壁变形、拉裂研究华电电力科学研究院 报告人：刘鹏远 镇雄， 2012.3

China HuaDian Electric Power Research Institute

目录 四大锅炉厂超临界W炉设计特点比较 超临界W炉前墙水冷壁拉裂情况比较

超临界W炉前墙水冷壁拉裂原因分析 超临界W炉前墙水冷壁拉裂防范建议

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目前我国已投产了11台600MW超临界W火焰锅炉东锅(4) 珙县电厂 No1~2机组 福溪电厂 No1机组 南宁电厂 No1机组 哈锅(1) 镇雄电厂 No1机组 上锅(1) 合山电厂 No3机组 北京B&W(5) 金竹山电厂 No3机组 国电荥阳 No1~2机组 兴义电厂 No1~2机组

包含了世界上全部W火焰锅炉炉型，在此种炉型的利用 上走在了前面© CHDER 华电电力科学研究院

锅炉主要性能参数比较参数名称 锅炉蒸发量 过热蒸汽出口压力 单位 t/h MPa

珙县电厂 No1~2机组BMCR 1950 25.7

镇雄电厂 No1~2机组BMCR 1910 25.4

合山电厂 No3机组BMCR 2129 25.4

金竹山电厂 No3机组BMCR 1900 25.4

再热蒸汽出口压力过热蒸汽温度 再热蒸汽温度 再热蒸汽流量 过热器减温水量 给水温度 省煤器出口 过剩空气系数 排烟温度

MPa℃ ℃ t/h t/h ℃ % ℃

4.56572 570 1590.8 <156 289 1.25 128

4.37571 569 1618 <115 283 1.21 124

4.60571 569 1788.6 <200 282 1.3 145

4.44571 569 1613 <100 283 1.25 118

锅炉效率(低位)NOx排放(6%O2) 燃煤量© CHDER

%mg/nm3 t/h

90.921090 289.03

91.40

90.39

91.10

246

289.8

296华电电力科学研究院

炉膛尺寸和热负荷参数名称 全炉膛高度 炉膛宽度 下炉膛高度 (炉底排渣喉口至拱顶 上折点) 上炉膛高度 (拱顶上折点至炉膛 顶棚管中心线) 单位 m m m 珙县电厂 No1~2机组 56.1 32.12 21.43 镇雄电厂 No1~2机组 56.22 26.68 27.46 合山电厂 No3机组 56.61 34.49 19.59 金竹山电厂 No3机组 54.1 31.81 20.60

m

34.57

28.76

37.02

33.40

上炉膛深度下炉膛深度 上下炉膛高度比 上炉膛截面热负荷 (BMCR) 下炉膛截面热负荷 (BMCR) 容积热负荷 (BMCR) 冷灰斗角度© CHDER

mm

9.9617.10 1.61

12.5123.67 1.04 4485 2514 74.88 55

10.4816.58 1.89 4697 3056 84.00 55

9.416.60 1.63 5014 2833 89.20 55华电电力科学研究院

kW/m2 kW/m2 kW/m3 °

4669 2719 83.48 55

制粉和燃烧系统比较参数名称 制粉系统 磨煤机型号 单台磨机最大出力(设 计煤种) 燃烧器数量 燃烧器形式 燃烧器布置 乏气进入炉膛位置 支 单位 珙县电厂 No1~2机组 双进双出钢球磨 直吹式制粉系统 BBD4366 78 24 镇雄电厂 No1~2机组 双进双出钢球磨 直吹式制粉系统 BBD4060 65 24 合山电厂 No3机组 双进双出钢球磨 直吹式制粉系统 BBD4366 48.3 (设计出力) 36 金竹山电厂 No3机组 双进双出钢球磨 直吹式制粉系统 BBD4366 59.5 24

双旋风筒浓淡分 离前后墙、左右墙 对称布置 拱

部

旋风筒缝隙式浓 淡分离单侧墙集中布置 拱部

双旋风筒浓淡分 离单侧墙间隔布置 拱上

EI-XCL旋流浓 淡分离前后墙、左右墙 对称布置 拱下垂直墙

磨煤机出口风温配风方式 一次风率(BMCR) 燃尽风率

℃

110燃烧器独立配风

110燃烧器混合配风 17 无燃尽风

120燃烧器独立配风 14.88 无单独燃尽风

130燃烧器独立配风 11.11 无燃尽风

% % 15

单支煤粉燃烧器 喷口输入热© CHDER

kJ/h

113*106 (31.4MW)

175*106华电电力科学研究院

水冷壁型式与材料比较侧墙

锅炉设置了前后拱，上下炉膛截面 不同 如果采用螺旋管圈水冷壁，水冷壁 管的结构将非常复杂，并且局部扁钢 将超宽，实际运行中鳍端温度不能得 到有效控制，影响锅炉的安全运行

前墙或后墙 侧墙

各大锅炉厂均采用了 垂直管圈+低 质量流速技术

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水冷壁型式与材料比较技术数据

主要参数名称炉 膛 下 部 水 冷 壁 管子 规格 管子 材料 鳍 片 规格 材料

单位

珙县电厂 No1~2机组φ31.8x5.5 SA213-T12

镇雄电厂 No1~2机组φ34.92×6.35; φ28.58×6.1 15CrMo

合山电厂 No3机组φ32 SA213T12 15.5×6.4 SA387-Gr12Cl1

金竹山电厂 No3机组φ35x6.5,φ35x6.0 SA213T12 8×20扁钢 φ6.25圆钢 15CrMo扁钢 12Cr1MoV圆钢

mm / mm /

备注炉 膛 上 部 水 冷 壁 管子 规格 管子 材料

mm /

优化内螺纹管φ31.8×7 12Cr1MoVG

优化内螺纹管φ34.92×6.35; φ38×7.1 12Cr1MoV

优化内螺纹管φ32 12Cr1MoVG

优化内螺纹管φ28x6 12Cr1MoVG

鳍 片

规格材料 备注

mm/ 光管膜式 光管膜式

9.5×6SA387-Gr12Cl1 光管膜式

8×2715CrMo 光管膜式华电电力科学研究院

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超临界W炉前墙水冷壁拉裂是共性问题

各个电厂均出现过不同程度的前墙水冷壁拉裂泄露问题 区域相似，炉膛前墙中部水冷壁。标高有所不同，40-50m折 裂 六炉 根前 左 数 三 百 零

金竹山电厂，投产3个月后，41米前墙水冷壁管左数第306根 管子弯曲折裂爆破© CHDER 华电电力科学研究院

超临界W炉前墙水冷壁拉裂是共性问题

国电荥阳电厂，2011年7月，炉前墙标高40处中部位置© CHDER 华电电力科学研究院

超临界W炉前墙水冷壁拉裂是共性问题

珙县电厂，投产半年后，炉膛前墙标高45m中部区域开始出 现水冷壁泄露、变形情况© CHDER 华电电力科学研究院

超临界W炉前墙水冷壁拉裂是共性问题 合山电厂，投产不到1个月，出现过出现过2 次爆管，第一次 在过渡段以下约35m 标高位置，水冷壁管堵塞引起超温爆管； 第二次爆管位置在过渡段以下，初步估计标高约31m

镇雄电厂，炉前墙中部，水冷壁鳍片变形拉裂，标高47-65m 区域，51m 处发生泄露© CHDER 华电电力科学研究

院

壁温偏差、超温、膨胀受阻是引起前墙水冷壁变形拉裂的主因

合山电厂，锅炉水冷壁超温情况比较严重。温度偏差比较大 的区域在370℃~597℃,一般的偏差都在380℃~500℃,比珙 县、镇雄工程情况更严重

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前墙水冷壁壁温偏差大

530MW前墙上炉膛出口壁温

金竹山电厂，在高负荷情况下前墙上炉膛出口温差约45℃, 珙县工程温差约65℃,镇雄工程约60-80℃

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水冷壁超温会引起材料许用应力的急剧下降 当上部水冷壁管材超过500℃后，材料性能显著下降，容易被拉裂

温度℃ 420 430 440 450 460 许用应力 132 131 130 128 126 MPa

470 125

480 124

490 121

500 118 1

510 110

520 98

530 86

540 77

550 71

560 65

570 57

580 590 600 50

超温后许用应力下降幅度(与报警温度501℃比较)

0.93 0.83 0.73 0.65

0.60 0.55 0.48 0.42

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