600MW直流锅水冷壁横向裂纹原因分析及处理策略

600MW直流锅水冷壁横向裂纹原因分析及处理策略

孔德江

贵州华电桐梓发电有限公司

引言：通过对某水电厂600MW直流锅炉进行深入分析，探究水冷壁横向裂纹原因，并依据当前直流锅炉实际情况采取针对性措施，有效避免水冷壁温差过大，促进锅炉能稳定安全运行。

关键词：600MW直流锅；水冷壁横向裂纹；分析及处理

引言：某电厂600MW直流锅炉炉膛水冷壁采用焊接膜式壁、内螺纹管垂直上升式，水冷璧系统入口处的下集箱应用直径为φ219mm的小集箱,并在该下集箱外面的入口管接头内布置有调节工质流量的节流孔圈，入口管接头规格为φ42x9,再通过二次三叉管与φ28. 6mm的水冷璧管相接,由于节流孔圈嵌焊在相对较粗的下集箱入口管内,所以节流孔圈的孔径允许在较大的范围内进行调节，确保孔圈的节流能力满足条件。根据炉膛各面墙的结构特点和水平方向的设计热负荷分布,对各回路水冷壁管中的工质流量进行调节,以确保各回路水冷壁中的工质具有均匀的出口温度。在炉膛水冷壁的中间位置布置有中间混合集箱,连接，上下部水冷壁,当下水冷壁管内工质进入水冷壁中间混合集箱时，可以实现工质的充分混.合,使中间混合集箱内的工质具有均匀的出口温度,减小由温度偏差所产生的热应力。水冷壁中间混合器分两级，一级混合器:四级各1个。二级混合器,四墙各20个。

1存在问题.

机组于2010年投入商业运行。在#1锅炉2012年11月25日停炉大修期间，第一次发现水冷璧前墙从左向右数第66-128根发现28根存在横向裂纹，水冷壁管横向裂纹位于前墙水冷壁中间集箱下部弯头处和弯头以下部位。在此后机组检修和停备期间多次检查发现大量水冷壁横向裂纹缺陷[1]。在2015年在机组7次机组停备期间,水冷壁上水查漏,4台炉发现水冷壁漏点6个,扩大检查附近管子有不同数量的裂纹,2016年机组停备期间安排水冷璧_上水检查发现漏点1处，水冷壁已严重影响机组安全可靠运行。

2水冷壁裂纹原因分析

2.1水冷壁运行状态.

通过对水冷壁运行壁温数据分析发现,运行中水冷壁金属壁温不定期出现短时间超温和大幅温度波动现象，并且两种现象几乎同时出现。从_上部水冷壁各面墙壁温分布曲线可以看出四面墙水冷壁壁温均呈现一高一低的“双波峰状分布,裂纹集中产生的主要位置与壁温高波峰区域对应，锅炉水冷壁每面墙的第50- 150根管附近温度偏高，比平均温度高出609C以上，其中右墙温度偏高更加明显，工况变化时该区域超温几率较高[2]。左墙水冷壁和前墙水冷壁平均壁温高于右墙水冷壁和后墙水冷壁平均壁温。对于设计条件相同的左右墙,左墙的平均壁温高，反映出炉内火焰形成的切圆出现一定的偏斜，整体向左侧偏斜。水冷壁壁温在变负荷及切投磨煤机等特殊工况的一定时间内出现大幅度的快速波动,温度最高点超过500°C,温度升高到最高点后迅速降低。超高温工况下的水冷壁壁温存在较高的变化速率，可以达到约10~20C/min,并且大部分超温过程中都存在着高壁温变化速率。根据计算短时间内个别水冷壁壁温升高速率可达20°C /min,并且壁温最大波动幅度为140°C。从时间上看，每面墙水冷壁壁温的波动变化趋势是基本一致的,但波动幅度是不完全相同的。按区域划分，第168根管以后的管子波动幅度小，波动幅度仅10°C左右;第74至106根波动幅度大，可达40 ~50C，个别极端工况温度波动甚至可达1009C。相同时间内不同的温度变化幅度，会导致管束之间具有较大差异的膨胀量,高温度变化幅度区域膨胀变化大的管子产生热应力频繁拉扯，导致水冷壁管出现热疲劳现象。

2.2水冷壁管引入混合器结构

水冷壁管在中间集箱引入混合器不是在同一标高同时进 入，进入混合器有高度差， 每相邻2根管，一根已经经过混合，另一根没有经过混合。在水冷壁50-150根管区域内,相邻两根管的温差很大，推算超过50°C，由于两根管膨胀不相同造成相互拉应力,在机组启停或升降负荷时，相互拉应力更大,拉应力反复拉扯造成水冷璧管疲劳,水冷壁中间联箱下部弯头处是横向裂纹缺陷发现较多部位。图1中可以明显看出由于应力造成水冷壁管及弯头密封拉裂。在水冷壁50-150根管区域内,相邻两根管的温差很大，推算超过50°C，由于两根管膨胀不相同造成相互拉应力,在机组启停或升降负荷时，相互拉应力更大,拉应力反复拉扯造成水冷璧管疲劳,水冷壁中间联箱下部弯头处是横向裂纹缺陷发现较多部位。图1中可以明显看出由于应力造成水冷壁管及弯头密封拉裂[3]。

                        图1水冷壁横向裂纹

2.3 水冷壁节流孔径分布

水冷壁入口节流孔径分布是按照各面墙的结构特点和水平方向的炉内热负荷分布情况确定的，通过对各回路水冷壁管中的工质流量进行调节,以确保水冷壁各面墙中的工质具有均匀的出口温度，每面墙不同区域安装的节流孔孔径大小不相同。从锅炉水冷壁运行实际温度来看,水冷壁四面墙水冷壁温度均呈现“双波峰”状态分布，水冷璧第50-150根管附近壁温偏高,这与炉内热负荷分布趋势是一-致的，但该区域比平均壁温高出60C以上，也反应出水冷壁第50- 150根管相对应的节流孔孔径偏小,水冷壁管内流量偏小，冷却效果差。

3、600MW直流锅水冷壁横向裂纹处理措施

（1）水冷壁运行。 在2016年6月份，工作人员调整#1-#4之间 炉水冷壁节流孔圈，并且调整的节流孔圈分为左、右、前沿着逆时针方向的第19-37个节流孔，而与之对应的水冷壁管为第70-149根管。经过改造水冷壁节流之后，工作人员仔细观察水冷壁各面墙壁温沿炉宽度方向明显降低，并且水冷壁之间温度差逐渐区域平缓，需保持最好掉温度不得大于44°C，而最高点温度与平均温度差应控制在410°C之内。（2）调整控制水冷壁热偏差。为从根本上避免或者减少水冷壁出现横向裂纹，应强化对水冷壁温度控制力度，并将分离口出口温度变化程度，纳入到绩效考核指标内，促使水冷壁逐渐平稳，并且降低水冷壁热疲劳的频率以及服务。同时工作人员应严格机组启停过程，并着重提高配对温度控制力度，严谨锅炉出现快冷、强冷。在条件允许情况下，结合当前锅炉实际情况进行相应优化调整试验，不断调整氧气含量分配比例，并控制锅炉煤硫份，有助于从根本上减少和避免出现水冷壁高温腐蚀问题。不断调节锅炉燃烧方式，并依据锅炉进行合理配煤，促使锅炉运行的合理性、可行性、安全性。（3）规范停炉检查流程。工作人员应做海报锅炉受热面在机组检修、停备期间水冷壁检查工作。在检修锅炉机组期间，应事先对容易发生横向列分部位水冷壁，重点进行作色检查。并且锅炉机组停修期间，对其进行上水茶楼，若发现存在露点问题，工作人员应着重对露点区域进行着色检查。

结语：综上所述，通过上述一系列方法以及措施，有助于锅炉水冷壁温度差逐渐减小，但水冷壁还存在着一定温度波动。因此工作人员通过不断优化以及调整燃烧试验，改进锅炉燃烧工况，促进炉内燃烧均衡，有助于锅炉参数具有合理性、可行性以及严谨性。此外，在检查受热面防磨防爆时，应剃前上水查漏，有助于及时发现水冷壁中存在的露点并采取针对性处理措施，从根本上减少水冷壁横向裂纹发展概率以及面积，促使锅炉能安全稳定运行。

参考文献：

[1]陈建江,童家麟,郭洪涛.超超临界锅炉水冷壁管横向裂纹原因分析及控制策略[J].浙江电力,2020,39(02):90-94.

[2]姜小哲,王慧文,魏力民.超超临界锅炉水冷壁管横向裂纹原因分析[J].锅炉制造,2019(04):16-18.

[3]董永昌,梁松树,赵加星.超超临界锅炉水冷壁管传热恶化对横向裂纹影响的有限元分析[J].科技资讯,2019,17(04):64-65.