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关键词：循环流化床锅炉；水动力循环；循环倍率
中图分类号：TM621.2 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）17-0250-02
广东粤电云河发电有限公司5号、6号机组为上海锅炉厂首两台具有自主知识产权的2×300MW循环流化床机组，分别于2010年6月、8月份建成投产。5、6号机组分别于2011年8月11日、8月5日发生锅炉顶棚水冷壁泄漏事件，两机组泄漏位置均发生在顶棚水冷壁出口靠近炉前右侧的位置的向火侧，距顶棚出口集箱距离约500mm，且原爆口都是炉右数第24根。顶棚水冷壁规格为？准60×7.5，材质为SA-210C。两台炉爆管后，均造成多处吹损，机组被迫停运。
锅炉水冷壁作为炉膛承压部件，并且肩负吸收炉内辐射热量，加热管内流动水份使其产生饱和水的任务。此次5、6号机组泄漏的顶棚水冷壁管，距离出口集箱约500mm，处于炉膛水循环最后一道流程位置，其安全运行显得至关重要。
依据电力安全生产要求，广东粤电云河发电有限公司高度重视此次设备事故，迅速邀请了上海锅炉厂、广东电科院及厂内相关技术人员召开专题会议，分析造成设备事故的原因、及探索设备的改进措施，务求解决锅炉顶棚水冷壁存在的重大缺陷。
1 技术原理
采用水动力计算出锅炉后墙及炉顶组成的水循环回路中，由于后墙存在分离器出口的开口区域，该部分组成的水循环回路是最弱的，循环倍率为2.6左右，未开孔区包复耐磨材料部分为3.11，未开孔区光管部分为3.25，前墙为3.3，左右侧墙为3.67，水冷屏为3.48。
我们还对环型集箱的流动偏差进行了分析：
环行集箱为？准237×50的集箱，管子为？准60×7.5，引出管为？准168×18的管子，根据环行集箱的流动偏差计算，该结构的流量偏差<2%，因此我们认为由于流量偏差引起水动力管24管热疲劳损害的可能性也非常小。在现场我们还对左侧第24号管进行了割管分析，没有发现异常现象，这也证明我们的计算分析具有一定的准确性。
2 性能指标
写明计划任务书或合同书要求的主要性能指标和实际达到的性能指标：
（1）锅炉炉膛出口环形集箱共六根水冷壁管改造后，管内水动力循环倍率应与旁边未开孔区包复耐磨材料水冷壁管循环倍率相当，即K=3.11。而改造后六根水冷壁管实际的循环倍率为K=3.09。按照循环流化床锅炉的最大热负荷和循环倍率3.09来分析，改造后六根水冷壁管水循环和水冷壁的壁温都是安全的。
（2）锅炉炉膛出口环形集箱六根水冷壁管改造后，其管内进出口压差均应控制在合理范围内，保证六根水冷壁管与后墙其余水冷壁管的流量偏差在最大热负荷下仍<2%。
（3）改造后的六根水冷壁管，由于采用让管方式不再经过后墙环形集箱，因此可彻底消除工质流场受到集箱“角部涡旋”的影响，消除该管段的压差波动，保证顶棚管内不发生间断性的汽水分离界面的情况。
（4）改造后六根水冷壁管使用寿命应与原锅炉设计的水冷壁使用寿命相当，在使用寿命内不发生因管内水动力不足、水循环分配不均而造成爆管的问题。
（5）改造后循環流化床锅炉各运行参数不发生大的变化，锅炉实际效率为94%，实际发电标准煤耗率约315g/kWh。
3 与国内外同类技术比较
云河发电有限公司在国内首次系统地将水动力流动偏差计算和流场涡流模拟的手段，应用于上锅300MWCFB锅炉炉膛出口环形集箱的水动力研究，在不同的负荷和循环量条件下，计算得出300MWCFB锅炉炉膛出口环形集箱流场角部涡流特性，并根据此特性设计出锅炉炉膛出口环形集箱水冷壁改造方案。经应用于#5、6炉环形集箱水冷壁管改造后，成功解决了国产流化床机组水冷壁管水循环分配不均的问题，消除了炉顶水冷壁管因流量不均老化失效爆漏的重大隐患，使该重大设计缺陷得到解决。实现了锅炉的安全、稳定、经济运行。
4 成果的创造性、先进性
（1）结合水动力流动偏差计算和流场涡流模拟的手段，分析得出在不同的负荷和循环量条件下CFB锅炉炉膛出口环形集箱流场角部涡流特性。该方法能准确判断并计算出单根管内压差波动情况，对问题分析提供重要数据，并为设备改造提供参考。
（2）为消除水冷壁管内水动力不足、水循环分配不均问题，根据水动力流动偏差计算和流场涡流模拟结果，可推导出单根水冷壁管安全运行所需的进出口压差，循环流速、管内流动阻力等，从而可判断改造让管后，六根水冷壁管是否安全运行。
（3）采用让管方式，使六根水冷壁管不再经过后墙环形集箱，可彻底消除工质流场受到集箱“角部涡旋”的影响，消除该管段的压差波动，保证顶棚管内不发生间断性的汽水分离界面的情况。
（4）改造后确保六根水冷壁管使用寿命达到使用要求，同时不改变锅炉运行各参数，保证了锅炉效率在92%以上，发电标准煤耗率约330g/kWh。
5 作用意义
5.1 直接经济效益
云河发电有限公司经过对5、6号锅炉泄露水冷壁管进行金相分析，采用水动力流动偏差计算和流场涡流模拟手段，迅速准确地分析出5、6号锅炉顶棚水冷壁管失效泄漏的原因，并采用让管方式对锅炉出口环形集箱水冷壁改造，大大提高了改造管的使用寿命。未改造前5、6号炉该位置的24号管子，分别运行了7738h和5848h后失效，造成5号机组停运226h，损失额定发电量约6780万kW/h；造成6号机组停机共224.5h，损失额定发电量约6735万kW/h。若按改造前管子使用寿命做对比估算，改造后每年可节约损失约100万元。
5.2 社会效益
火力电厂发电机组通过输电网向各地输送电能，为工、农业用电、居民用电提供经济、环保、充足的能源，电能与社会生产、工作、生活息息相关。如果电厂锅炉发生设备事故导致机组停运，将威胁电力系统的稳定，进而限制部分用户用电，影响到日常工农业生产和居民正常生活。云河发电有限公司5、6号锅炉出口环形集箱水冷壁改造后，有效地避免了锅炉顶棚水冷壁泄漏事故再次发生，确保了机组安全稳定运行。同时，云河发电有限公司对国内自主技术300MW循环流化床锅炉水动力的研究，及流动偏差计算和流场涡流模拟方法的综合应用，为同行提供有效的分析方法。对环形集箱水冷壁的改造，则为同行提供了成功的改造经验。另外，对国内自主技术300MW循环流化床锅炉水循环设计重大缺陷的研究，也为锅炉设计单位提供了改进思路。
6 推广应用的范围、条件和前景以及存的问题和改进意见
6.1 应用前景
锅炉水动力流动偏差计算和流场涡流模拟，可应用在各种型号锅炉水循环计算中，应用前景十分广阔。锅炉炉膛出口环形集箱水冷壁改造方法，则可应用于同类型循环流化床机组。我厂通过对#5、#6锅炉炉膛出口环形集箱水冷壁管改造，取得了良好的经济效果。
6.2 推广应用
云河发电有限公司#5、#6炉炉膛出口环形集箱水冷壁改造，可有效防止顶棚24号水冷壁管因水动力不足，流量分配不均引起的失效泄漏问题，大大提高了机组可靠性。目前已将该分析方法及改造先例推广至广东荷树园电厂及山西昱光发电有限责任公司，使其解决了类似问题。
参考文献
[1]云河发电厂300MW循环流化床锅炉设备检修规程.2015，9.
[2]1036t/h循环流化床锅炉产品说明书.2010：18～19.
收稿日期：2018-5-15
作者简介：陈兆镠，2006年毕业于上海电力学院热能与动力工程系，从事锅炉检修工作。
中图分类号：TM621.2 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）17-0250-02
广东粤电云河发电有限公司5号、6号机组为上海锅炉厂首两台具有自主知识产权的2×300MW循环流化床机组，分别于2010年6月、8月份建成投产。5、6号机组分别于2011年8月11日、8月5日发生锅炉顶棚水冷壁泄漏事件，两机组泄漏位置均发生在顶棚水冷壁出口靠近炉前右侧的位置的向火侧，距顶棚出口集箱距离约500mm，且原爆口都是炉右数第24根。顶棚水冷壁规格为？准60×7.5，材质为SA-210C。两台炉爆管后，均造成多处吹损，机组被迫停运。
锅炉水冷壁作为炉膛承压部件，并且肩负吸收炉内辐射热量，加热管内流动水份使其产生饱和水的任务。此次5、6号机组泄漏的顶棚水冷壁管，距离出口集箱约500mm，处于炉膛水循环最后一道流程位置，其安全运行显得至关重要。
依据电力安全生产要求，广东粤电云河发电有限公司高度重视此次设备事故，迅速邀请了上海锅炉厂、广东电科院及厂内相关技术人员召开专题会议，分析造成设备事故的原因、及探索设备的改进措施，务求解决锅炉顶棚水冷壁存在的重大缺陷。
1 技术原理
采用水动力计算出锅炉后墙及炉顶组成的水循环回路中，由于后墙存在分离器出口的开口区域，该部分组成的水循环回路是最弱的，循环倍率为2.6左右，未开孔区包复耐磨材料部分为3.11，未开孔区光管部分为3.25，前墙为3.3，左右侧墙为3.67，水冷屏为3.48。
我们还对环型集箱的流动偏差进行了分析：
环行集箱为？准237×50的集箱，管子为？准60×7.5，引出管为？准168×18的管子，根据环行集箱的流动偏差计算，该结构的流量偏差<2%，因此我们认为由于流量偏差引起水动力管24管热疲劳损害的可能性也非常小。在现场我们还对左侧第24号管进行了割管分析，没有发现异常现象，这也证明我们的计算分析具有一定的准确性。
2 性能指标
写明计划任务书或合同书要求的主要性能指标和实际达到的性能指标：
（1）锅炉炉膛出口环形集箱共六根水冷壁管改造后，管内水动力循环倍率应与旁边未开孔区包复耐磨材料水冷壁管循环倍率相当，即K=3.11。而改造后六根水冷壁管实际的循环倍率为K=3.09。按照循环流化床锅炉的最大热负荷和循环倍率3.09来分析，改造后六根水冷壁管水循环和水冷壁的壁温都是安全的。
（2）锅炉炉膛出口环形集箱六根水冷壁管改造后，其管内进出口压差均应控制在合理范围内，保证六根水冷壁管与后墙其余水冷壁管的流量偏差在最大热负荷下仍<2%。
（3）改造后的六根水冷壁管，由于采用让管方式不再经过后墙环形集箱，因此可彻底消除工质流场受到集箱“角部涡旋”的影响，消除该管段的压差波动，保证顶棚管内不发生间断性的汽水分离界面的情况。
（4）改造后六根水冷壁管使用寿命应与原锅炉设计的水冷壁使用寿命相当，在使用寿命内不发生因管内水动力不足、水循环分配不均而造成爆管的问题。
（5）改造后循環流化床锅炉各运行参数不发生大的变化，锅炉实际效率为94%，实际发电标准煤耗率约315g/kWh。
3 与国内外同类技术比较
云河发电有限公司在国内首次系统地将水动力流动偏差计算和流场涡流模拟的手段，应用于上锅300MWCFB锅炉炉膛出口环形集箱的水动力研究，在不同的负荷和循环量条件下，计算得出300MWCFB锅炉炉膛出口环形集箱流场角部涡流特性，并根据此特性设计出锅炉炉膛出口环形集箱水冷壁改造方案。经应用于#5、6炉环形集箱水冷壁管改造后，成功解决了国产流化床机组水冷壁管水循环分配不均的问题，消除了炉顶水冷壁管因流量不均老化失效爆漏的重大隐患，使该重大设计缺陷得到解决。实现了锅炉的安全、稳定、经济运行。
4 成果的创造性、先进性
（1）结合水动力流动偏差计算和流场涡流模拟的手段，分析得出在不同的负荷和循环量条件下CFB锅炉炉膛出口环形集箱流场角部涡流特性。该方法能准确判断并计算出单根管内压差波动情况，对问题分析提供重要数据，并为设备改造提供参考。
（2）为消除水冷壁管内水动力不足、水循环分配不均问题，根据水动力流动偏差计算和流场涡流模拟结果，可推导出单根水冷壁管安全运行所需的进出口压差，循环流速、管内流动阻力等，从而可判断改造让管后，六根水冷壁管是否安全运行。
（3）采用让管方式，使六根水冷壁管不再经过后墙环形集箱，可彻底消除工质流场受到集箱“角部涡旋”的影响，消除该管段的压差波动，保证顶棚管内不发生间断性的汽水分离界面的情况。
（4）改造后确保六根水冷壁管使用寿命达到使用要求，同时不改变锅炉运行各参数，保证了锅炉效率在92%以上，发电标准煤耗率约330g/kWh。
5 作用意义
5.1 直接经济效益
云河发电有限公司经过对5、6号锅炉泄露水冷壁管进行金相分析，采用水动力流动偏差计算和流场涡流模拟手段，迅速准确地分析出5、6号锅炉顶棚水冷壁管失效泄漏的原因，并采用让管方式对锅炉出口环形集箱水冷壁改造，大大提高了改造管的使用寿命。未改造前5、6号炉该位置的24号管子，分别运行了7738h和5848h后失效，造成5号机组停运226h，损失额定发电量约6780万kW/h；造成6号机组停机共224.5h，损失额定发电量约6735万kW/h。若按改造前管子使用寿命做对比估算，改造后每年可节约损失约100万元。
5.2 社会效益
火力电厂发电机组通过输电网向各地输送电能，为工、农业用电、居民用电提供经济、环保、充足的能源，电能与社会生产、工作、生活息息相关。如果电厂锅炉发生设备事故导致机组停运，将威胁电力系统的稳定，进而限制部分用户用电，影响到日常工农业生产和居民正常生活。云河发电有限公司5、6号锅炉出口环形集箱水冷壁改造后，有效地避免了锅炉顶棚水冷壁泄漏事故再次发生，确保了机组安全稳定运行。同时，云河发电有限公司对国内自主技术300MW循环流化床锅炉水动力的研究，及流动偏差计算和流场涡流模拟方法的综合应用，为同行提供有效的分析方法。对环形集箱水冷壁的改造，则为同行提供了成功的改造经验。另外，对国内自主技术300MW循环流化床锅炉水循环设计重大缺陷的研究，也为锅炉设计单位提供了改进思路。
6 推广应用的范围、条件和前景以及存的问题和改进意见
6.1 应用前景
锅炉水动力流动偏差计算和流场涡流模拟，可应用在各种型号锅炉水循环计算中，应用前景十分广阔。锅炉炉膛出口环形集箱水冷壁改造方法，则可应用于同类型循环流化床机组。我厂通过对#5、#6锅炉炉膛出口环形集箱水冷壁管改造，取得了良好的经济效果。
6.2 推广应用
云河发电有限公司#5、#6炉炉膛出口环形集箱水冷壁改造，可有效防止顶棚24号水冷壁管因水动力不足，流量分配不均引起的失效泄漏问题，大大提高了机组可靠性。目前已将该分析方法及改造先例推广至广东荷树园电厂及山西昱光发电有限责任公司，使其解决了类似问题。
参考文献
[1]云河发电厂300MW循环流化床锅炉设备检修规程.2015，9.
[2]1036t/h循环流化床锅炉产品说明书.2010：18～19.
收稿日期：2018-5-15
作者简介：陈兆镠，2006年毕业于上海电力学院热能与动力工程系，从事锅炉检修工作。