论文部分内容阅读
[摘 要]在锅炉过热器、再热器、水冷壁、省煤器等部位的管壁金属处设计温度监视测点，利用单独的监视系统或者直接接入DCS系统直接监视，提高锅炉长期运行的安全行、稳定性。
[关键词]锅炉管壁金属、温度、优化设计
中图分类号：TK229.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0142-01
1 引言
布连电厂锅炉末级过热器、末级再热器出口汽温高达605℃，而管材允许的超温裕度只有20℃左右，容易产生高温腐蚀，引起氧化皮剥落，发生锅炉爆管。
根据国内发电行业的相关统计数据，减少超超临界锅炉“四管”泄漏次数，降低锅炉强迫停运时间，是提高超超临界机组运行可靠性和经济性的关键因素。
目前解决锅炉爆管的主要途径有：
1） 优化设计，保证管内介质受热均匀、流速均匀。
2） 确保安装、酸洗、冲管质量。
3） 通过科学合理布置管壁温度测点，实时监测机组正常运行期间的管壁温度不超标。
4） 在每次检修中进行抽样拍片和金相检测，及时换掉发现问题的管段。
2 建立超超临界锅炉炉管温度实时监测分析系统的目的和意义
解决过热器、再热器、省煤器、水冷壁爆管问题，就必须全面监测锅炉受热面的管壁温度，实时地掌握受热面的工况，严格控制再热器、过热器管壁温度在正常范围内波动，避免过热面超温现象的发生。因此， 在基建阶段建立机组锅炉受热面炉管温度实时监测分析系统，是非常必要的。
对于金属材料的寿命，主要决定于其经历的历史过程，如温度，应力情况。对于锅炉炉管，由于运行条件复杂，不同管子的温度、应力状况相差很大，其寿命主要取决于这些参数。锅炉过热器、再热器、省煤器、水冷壁受热面在线寿命监测和管理系统能够根据运行参数和壁温在线监测及实时计算的结果，监测炉管的温度和压力，并根据不同管子的历史温度、应力分布，分析炉管的寿命分布。
3 系统功能及测点优化
水冷壁温度监测：由于设计、制造、安装、运行等方面的因素，在实际运行中锅炉前后墙沿宽度方向温度分布不均匀，管子之间温度偏差较大，因此，对超超临界直流锅炉，拟在垂直炉膛出口、顶棚到水冷壁上集箱之间的管子、前水冷壁上集箱引出管、侧水冷壁上集箱引出管、后水冷壁管束（出口）、螺旋炉膛管子、折焰角出口集箱引出管等重点部位设置温度测点。
省煤器温度监测：由于锅炉运行工况变化，造成省煤器局部超温、温度分布不均匀，尤其是在极热态启动时，如果运行控制不当，可能会导致给水温度和管壁温度差偏大，故拟在省煤器入口集箱、中间集箱、出口集箱、尾部烟道的中部管组等部位设置温度测点。
过热器温度监测：由于设计、制造、安装、运行、材料等方面的因素，过热器高温段很可能会引起高温腐蚀，氧化皮剥落，最终发生锅炉爆管。故拟在屏式过热器管子、后屏过热器管子、末级过热器出口管子、水平烟道侧包墙引出管、尾部烟道侧包墙引出管等部位设置温度测点。
再热器温度监测：由于设计、制造、安装、运行、材料等方面的因素，再热器高温段很可能会引起高温腐蚀，氧化皮剥落，最终发生锅炉爆管。故拟在高温再热器出口管子、部分低温再热器出口管子等部位设置温度测点。
4 锅炉受热面炉管温度实时监测及分析系统的功能
1）在线采集与过热器、再热器温度和计算寿命有关的机组数据，建立相应的数据库。其中数据采集方法：
（1）再热器、过热器、省煤器、水冷壁温度采集：直接由安装热电偶测点得到；过热器、再热器壁温测点，原则上按照管排横向均匀布置，超温可能性大的区域多布置测点。
（2）机组数据采集：使用电厂的SIS实时历史数据库得到。
2）实时记录并计算受监范围内炉管的金属壁温，并在超温事件发生时进行声光提示。
3）能对受监控范围内炉管超温的频次、峰值和时间等进行统计分析，做定时统计、定时累计、定期分析、定期处理。为有关专业管理人员在MIS上提供全面、直观、准确、及时的第一手分析资料，以加强对锅炉受热面管超温情况的监测；实现以上各种数据统计管理、查询打印功能。
4）全面监控锅炉受热面的安全运行状态，？提高锅炉受热面的安全运行水平，有效降低锅炉受热面管超温爆管的发生率，杜绝锅炉过、再热器、省煤器、水冷壁的超温爆管。
5）在建立的数据库中，除保存各炉管管段实时采集计算的壁温、应力和寿命损耗数据，受监范围内的炉管金属壁温、剩余寿命以及机组负荷、汽温、氧量、煤量、给水量等参数外，还将相关的自动和人工操作指令及相应的阀门开度等实时运行参数采集并存入数据库，为管子的寿命管理和残余寿命预测提供必要的数据。
6）提供超温事件分析的平台，给出：
（1）超温时间分布图；
（2）即时温度显示及分布图；
（3）指定时间的超温曲线图；
（4）经常超温的部位；
（5）经常超温的时段；
（6）经常超温的工况、超温温度与相关工况参数的各种对应变化曲线关系；例如：机组负荷-超温的关系、给煤量-超温的关系、给水量-超温的关系、锅炉氧量-超温的关系、等等；
（7）“温度-工况”关系的统计分析。
7）建立锅炉过热器、再热器、省煤器、水冷壁壁温监测和寿命计算的数学模型，并建立在线炉内管壁温度、寿命管理系统。从而实现：为运行提供在线炉内壁温值；寿命库中累计数据为检修提供定量地相对危险管束位置，作为实施状态检修的工具。
8）根据受热面炉管的寿命数据，给出检修中检验和维修的建议和方案。
5 经济性分析
据了解国电某电厂每台炉增加的壁温测点约为1600点，按照每点1000元计算，每台炉的费用约为160万元。 如果按爆管一次损失在400万元计算。根据历史数据统计，每年两台机组爆管发生几率为2次。安装受热面炉管温度实时监测分析系统后，即可以有效降低爆管发生次数。按保守估计，每年可产生效益为200万元以上。
6 本工程锅炉金属壁温实施方案
1） 根据国内目前已经投运的超超临界锅炉在水冷壁、省煤器、过热器、再热器上装设壁温测点的监视经验，结合吹灰优化、燃烧优化等工作，与设计院、锅炉制造探讨确定本工程单台机组设置2039点锅炉壁温测点，这对保障超超临界锅炉处于最佳运行状态，减少锅炉超温爆管的发生次数十分重要。具体测点实施方案如下：
屏式过热器管组第5、8、15、16、24、25排每根布置1个， 其它管排在第7、28根管上布置，合计为150点。
后屏过热器管组第6、12、18、20、26、32排每根布置1个，其它管排在第14、25根管上布置，合计为142点。
末级过热器管组第6、12、18、20、21、23、29排每根布置1个， 其它管排在第15、18、20根管上布置，合计为234点。
高温再热器管组第8、9、18、19、25、27、28、30、36、37、46、47排每根布置1个， 其它管排在第1、11根管上布置，合计216点。
低温再热器管组第8、9、18、19、27、28、36、37、46、47排每根布置1个， 其它管排在第6、7根管上布置，合计208点。
低温过热器出口管组第5、8、11、12、15、18排每根1个，其它管排在第1、8根管上布置，合计80点。
螺旋炉膛出口水冷壁管每1根布置1个测点，合计640点。
垂直炉膛出口水冷壁管每隔10根布置1个测点，合计118点。
折焰角出口水冷壁管子每5根布置1个测点，合计94点。
省煤器悬吊管每隔2根布置1个测点，合计102点。
其他点数量为55点。
2） 利用国内已有的性价比极高的成熟技术建立机组锅炉受热面炉管温度实时监测分析系统，并纳入电厂厂级管理信息系统（SIS）中。
参考文献
《国电建投内蒙古能源有限公司2×660MW超超临界燃煤空冷机组优化设计专题报告：660MW超超临界机组锅炉壁温监测》。
[关键词]锅炉管壁金属、温度、优化设计
中图分类号：TK229.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0142-01
1 引言
布连电厂锅炉末级过热器、末级再热器出口汽温高达605℃，而管材允许的超温裕度只有20℃左右，容易产生高温腐蚀，引起氧化皮剥落，发生锅炉爆管。
根据国内发电行业的相关统计数据，减少超超临界锅炉“四管”泄漏次数，降低锅炉强迫停运时间，是提高超超临界机组运行可靠性和经济性的关键因素。
目前解决锅炉爆管的主要途径有：
1） 优化设计，保证管内介质受热均匀、流速均匀。
2） 确保安装、酸洗、冲管质量。
3） 通过科学合理布置管壁温度测点，实时监测机组正常运行期间的管壁温度不超标。
4） 在每次检修中进行抽样拍片和金相检测，及时换掉发现问题的管段。
2 建立超超临界锅炉炉管温度实时监测分析系统的目的和意义
解决过热器、再热器、省煤器、水冷壁爆管问题，就必须全面监测锅炉受热面的管壁温度，实时地掌握受热面的工况，严格控制再热器、过热器管壁温度在正常范围内波动，避免过热面超温现象的发生。因此， 在基建阶段建立机组锅炉受热面炉管温度实时监测分析系统，是非常必要的。
对于金属材料的寿命，主要决定于其经历的历史过程，如温度，应力情况。对于锅炉炉管，由于运行条件复杂，不同管子的温度、应力状况相差很大，其寿命主要取决于这些参数。锅炉过热器、再热器、省煤器、水冷壁受热面在线寿命监测和管理系统能够根据运行参数和壁温在线监测及实时计算的结果，监测炉管的温度和压力，并根据不同管子的历史温度、应力分布，分析炉管的寿命分布。
3 系统功能及测点优化
水冷壁温度监测：由于设计、制造、安装、运行等方面的因素，在实际运行中锅炉前后墙沿宽度方向温度分布不均匀，管子之间温度偏差较大，因此，对超超临界直流锅炉，拟在垂直炉膛出口、顶棚到水冷壁上集箱之间的管子、前水冷壁上集箱引出管、侧水冷壁上集箱引出管、后水冷壁管束（出口）、螺旋炉膛管子、折焰角出口集箱引出管等重点部位设置温度测点。
省煤器温度监测：由于锅炉运行工况变化，造成省煤器局部超温、温度分布不均匀，尤其是在极热态启动时，如果运行控制不当，可能会导致给水温度和管壁温度差偏大，故拟在省煤器入口集箱、中间集箱、出口集箱、尾部烟道的中部管组等部位设置温度测点。
过热器温度监测：由于设计、制造、安装、运行、材料等方面的因素，过热器高温段很可能会引起高温腐蚀，氧化皮剥落，最终发生锅炉爆管。故拟在屏式过热器管子、后屏过热器管子、末级过热器出口管子、水平烟道侧包墙引出管、尾部烟道侧包墙引出管等部位设置温度测点。
再热器温度监测：由于设计、制造、安装、运行、材料等方面的因素，再热器高温段很可能会引起高温腐蚀，氧化皮剥落，最终发生锅炉爆管。故拟在高温再热器出口管子、部分低温再热器出口管子等部位设置温度测点。
4 锅炉受热面炉管温度实时监测及分析系统的功能
1）在线采集与过热器、再热器温度和计算寿命有关的机组数据，建立相应的数据库。其中数据采集方法：
（1）再热器、过热器、省煤器、水冷壁温度采集：直接由安装热电偶测点得到；过热器、再热器壁温测点，原则上按照管排横向均匀布置，超温可能性大的区域多布置测点。
（2）机组数据采集：使用电厂的SIS实时历史数据库得到。
2）实时记录并计算受监范围内炉管的金属壁温，并在超温事件发生时进行声光提示。
3）能对受监控范围内炉管超温的频次、峰值和时间等进行统计分析，做定时统计、定时累计、定期分析、定期处理。为有关专业管理人员在MIS上提供全面、直观、准确、及时的第一手分析资料，以加强对锅炉受热面管超温情况的监测；实现以上各种数据统计管理、查询打印功能。
4）全面监控锅炉受热面的安全运行状态，？提高锅炉受热面的安全运行水平，有效降低锅炉受热面管超温爆管的发生率，杜绝锅炉过、再热器、省煤器、水冷壁的超温爆管。
5）在建立的数据库中，除保存各炉管管段实时采集计算的壁温、应力和寿命损耗数据，受监范围内的炉管金属壁温、剩余寿命以及机组负荷、汽温、氧量、煤量、给水量等参数外，还将相关的自动和人工操作指令及相应的阀门开度等实时运行参数采集并存入数据库，为管子的寿命管理和残余寿命预测提供必要的数据。
6）提供超温事件分析的平台，给出：
（1）超温时间分布图；
（2）即时温度显示及分布图；
（3）指定时间的超温曲线图；
（4）经常超温的部位；
（5）经常超温的时段；
（6）经常超温的工况、超温温度与相关工况参数的各种对应变化曲线关系；例如：机组负荷-超温的关系、给煤量-超温的关系、给水量-超温的关系、锅炉氧量-超温的关系、等等；
（7）“温度-工况”关系的统计分析。
7）建立锅炉过热器、再热器、省煤器、水冷壁壁温监测和寿命计算的数学模型，并建立在线炉内管壁温度、寿命管理系统。从而实现：为运行提供在线炉内壁温值；寿命库中累计数据为检修提供定量地相对危险管束位置，作为实施状态检修的工具。
8）根据受热面炉管的寿命数据，给出检修中检验和维修的建议和方案。
5 经济性分析
据了解国电某电厂每台炉增加的壁温测点约为1600点，按照每点1000元计算，每台炉的费用约为160万元。 如果按爆管一次损失在400万元计算。根据历史数据统计，每年两台机组爆管发生几率为2次。安装受热面炉管温度实时监测分析系统后，即可以有效降低爆管发生次数。按保守估计，每年可产生效益为200万元以上。
6 本工程锅炉金属壁温实施方案
1） 根据国内目前已经投运的超超临界锅炉在水冷壁、省煤器、过热器、再热器上装设壁温测点的监视经验，结合吹灰优化、燃烧优化等工作，与设计院、锅炉制造探讨确定本工程单台机组设置2039点锅炉壁温测点，这对保障超超临界锅炉处于最佳运行状态，减少锅炉超温爆管的发生次数十分重要。具体测点实施方案如下：
屏式过热器管组第5、8、15、16、24、25排每根布置1个， 其它管排在第7、28根管上布置，合计为150点。
后屏过热器管组第6、12、18、20、26、32排每根布置1个，其它管排在第14、25根管上布置，合计为142点。
末级过热器管组第6、12、18、20、21、23、29排每根布置1个， 其它管排在第15、18、20根管上布置，合计为234点。
高温再热器管组第8、9、18、19、25、27、28、30、36、37、46、47排每根布置1个， 其它管排在第1、11根管上布置，合计216点。
低温再热器管组第8、9、18、19、27、28、36、37、46、47排每根布置1个， 其它管排在第6、7根管上布置，合计208点。
低温过热器出口管组第5、8、11、12、15、18排每根1个，其它管排在第1、8根管上布置，合计80点。
螺旋炉膛出口水冷壁管每1根布置1个测点，合计640点。
垂直炉膛出口水冷壁管每隔10根布置1个测点，合计118点。
折焰角出口水冷壁管子每5根布置1个测点，合计94点。
省煤器悬吊管每隔2根布置1个测点，合计102点。
其他点数量为55点。
2） 利用国内已有的性价比极高的成熟技术建立机组锅炉受热面炉管温度实时监测分析系统，并纳入电厂厂级管理信息系统（SIS）中。
参考文献
《国电建投内蒙古能源有限公司2×660MW超超临界燃煤空冷机组优化设计专题报告：660MW超超临界机组锅炉壁温监测》。