1160T/H锅炉汽包水位两侧偏差大的分析及改造

1160T/H锅炉汽包水位两侧偏差大的及改造 1160t/h锅炉汽包水位两侧偏差大的分析及改造 作者:孔宁，贾宏禄 摘要:江苏利港电力有限公司2台1160血美国福斯特-惠勒锅炉，投产后汽包水位两侧偏差很大，多次发生因汽包水位保护动作造成的非计划停机，严重影响了机组的安全、稳定运行。为了彻底解决此问，由改造设计方经过重新核算后提出了采用"两侧进水，单边出水"的改造，对锅炉汽包内的给水分配管和 出水孔进行了改造.改造后基本消除了汽包水位两侧偏差,达到了改造效果。 汽包在自然循环回路中处于重要地位，其内部进水管的给水分配是决定汽包内部水位平衡的重要因素之一。在实际运行当中，有多种原因引起锅炉汽包水位两侧偏差大，导致汽包水位保护动作的事故屡屡发生，给锅炉的安全运行带来隐患。江苏利港电力有限公司(简称公司)1、2号锅炉就因为汽包水位两侧偏差过大，在机组投产初期，发生过多次因汽包水位故障造成的非计划停机，虽然公司在这方面做过一些工作，但仍末从根本上解决汽包水位两侧偏差大的问题。上海发电设备成套设计研究院对公司的1、2号锅炉汽包水位两侧偏差大问题提出了解决方案，并在机组检修时进行了实施，主要内容是对汽包内部的给水分配进行改造，解决了锅炉因汽包水位两侧偏差较大导致的安全隐患问题。本文结合理论计算和试验数据分析，对改造方案进行介绍，并对改造实施后的效果进行跟踪评价。 一、其设备和系统概况 公司 1、2号锅炉由美国福斯特-惠勒(FOSTER-WHEELER)公司设计，西班牙福斯特-惠勒公司制造，为亚临界、单汽包、单炉膛、一次中间再热、自然循环锅炉，再热器系统采用烟气挡板调温方式，燃烧器采用前墙布置旋流燃烧器。低位和高位省煤器采用串级布置，低位省煤器布置在烟气挡板后部的混合烟道中，高位省煤器布置在前烟道的低温过热器下部，省煤器送入汽包的水是通过一根供水管从汽包的东侧端头处引入，进入汽包后一分为二，2根给水分配管在沿汽包长度上均有配水孔。1、2号机组分别在1993年的上半年和下半年投入商业运行。 锅炉的设计在ECR时为:负荷(ECR),350MW;主蒸汽流量，1075t/h;过热蒸汽出口温度/压力,541?/17.2MPa;给水温度/压力,280?/l9.24 MPa;再热蒸汽进口温度/压力，309?/3.14MPa;再热蒸汽出口温度/压力，541?/2.98MPa;省煤器器出口温度，313?。 二、改造前运行情况 机组投产后发现汽包两侧水位存在偏差，该偏差随负荷升高有明显增大，但并不随汽包实际水位的高低变化而变化。汽包在东侧和西侧端头分别装有 2只及1只重液式水位变送器，东西二侧各装有1只双色就地水位计，西侧还装有1只电接点远传水位计。无论从水位变送器还是就地水位子八发现汽包水位两侧偏差的变化趋势是一致的。为了检查和确认汽包水位，通过外部用塑料U型管对汽包水位进行了实测，发现在额定负荷下汽包西侧水位比东侧实际高17Omm。因此，可以排除水位测量上的原因，确认水位测量是准确的。另外，在停炉检修时，进入汽包内部检查，可以清楚地发现一道明显倾斜的东低西高的水位痕迹， 说明汽包水位东西两侧偏差是长期存在的。原设计在汽包的西侧装有2只水位开关，东侧装有1只水位开关，汽包水位保护是由水位开关实现的。由于水位偏差，在投产初几年内，经常发生水位保护动作造成的机组跳闸故障，为此曾对几只汽包安全门的起座顺序进行调整，也对水位开关进行过强牵，试图避免汽包水位保护频繁动作，但效果有限。2003年前后，根据新的规范要求，改由汽包变送器带水位开关，虽然水位保护误动作的故障基本不会再发生，但仍然没从根本上解决汽包水位两侧偏差大的问题。 影响汽包水位变动的因素一般有工质输入与输出的不平衡、汽包压力以及汽包水下蒸汽容积的变化。其中，汽包压力和汽包水下蒸汽容积主要决定于锅炉燃烧偏差的变化。长期运行的结果及专项试验均表明，炉膛内燃烧虽然有偏差，但主要是中部和两侧之间的偏差较大，两侧之间没有明显的燃烧和传热偏差。因此，可以认为导致东西侧水位两侧偏差大的根本原因是两侧T质输人的不平衡。 改造前，进水管从东侧端头(A侧)进人汽包后，分两路进水，每路给水分配管上郡有配水孔，见图1。 三、汽包两侧水位偏差原因分析 3.1 原给水分配管出水孔分布的设计存在不足 尽管原设计己考虑给水分配管静压分布的影响，但考虑的并不充分;根据计算结果，在原设计结构下，满负荷(按1200仇给水量计)时，西侧出水量仍然比东侧要高近3倍，这是造成汽包水位两侧偏差较大的根本原因。 如下为出水孔流量偏差计算。 (1)沿给水分配管静压增量计算 沿给水分配管分布的出水孔处静压增量计算见式(1): 式中:X为计算点到坐标原点的相对长度;H为汽包给水分配管入口的动压头;α为汽包给水分配管的每米摩擦阻力系数。 fpfp (2)给水分配管流量分配计算 假设汽包内压力恒定，汽包内环境压力为P，分配管进口处静压力为P，各出水孔处的静压力为(P+αχ);根据出水孔处的压差，由伯努利方程，出水孔的速011度按式(2)计算: 式中:υ为汽包给水分配管中的介质比容。 fp 本方法通过出水孔单位时间的出水量来判断和考虑汽包水位的相对变化。本次选取高负荷(按1200t/h给水量计)和低负荷(600t/h)，2种典型运行工况下，分 别计算给水分配管的出水量和出水孔出水速度的分布。 计算结果见表1、图2和图3。 3.2 水位两侧偏差不恒定 汽包水位东西侧偏差变化有一定规律:机组在22OMW以下的较低负荷运行时，汽包两侧水位基本没有偏差，负荷从25OMW开始增加时，两侧偏差开始明显变大，西侧(B侧)高于东侧(A侧)，额定负荷时偏差达到15Omm左右。但汽包水位东西侧偏差并不随汽包实际水位的高低变化而变化。机组负荷变化引起锅炉蒸发量和给水流量的变化，给水流量变化对汽包给水分配管内的静压相流量分布影响较大，对汽包水位两侧偏差影响也很大，因此改造必须考虑负荷变化对水位两侧偏差的影响。 四、改造方案 4.1 改造方案内容和特点 改造方案的主要内容是:给水母管进汽包后，分为南、北侧2根给水分配管，北侧经过一个节流孔板后进入给水分配管出水，为保证两分配进口处压头一致，节流孔板的阻力等于南侧连接管道沿程阻力;南侧给水经连接管沿整个汽包流到西侧，然后再进到北侧给水分配管出水。分配管均开两排出水孔，计184个，总出水孔数为368个，开孔角度分别与水平夹角成30度和60度，如图4所示。 后在不同负荷下对1、2号炉汽包水位进行了核对试验。试验结果证明改造达到了设计值，从根本上解决了锅炉因汽包水位两侧偏差较大导致的安全隐患问题。 现以2号炉为例，其改造后汽包水位两侧偏差结果见表4。 根据给水分配管上的静压特性来确定配水孔的分布。配水孔的分布特点决定了改造方案的特点:给水分配管出水孔处静压沿汽包长度东西侧对称分布，出水孔出水量没汽包长度也对称分布，故汽包水位基本能保证东西侧一致，汽包水位两侧偏差受负荷变化的影响很水。同时进水连接管道规格与原分配管规格一致，既不影响汽包检修通道，又能保证管道内流速维持不变。 4.2 改造后流量偏差及流速计算 利用相同的计算方法，在不同的给水流量下，改造后给水分配管流量偏差计算结果见表2，出水孔出水速度沿汽包的分布见图5和图6。 4.3 改造后给水分配管出水孔开孔及振动强度校核 由于汽包水位两侧偏差改造中，涉及到对给水分配管的出水孔进行重新开孔设计，而给水分配管属承压元件，需要计算确定新设计的给水分配管壁厚是否满足强度要求，以及新开孔是否需要实话加强才能使给水分配管的流速不变，同时又不改变给水分配管规格，因此采用给水母管进汽包后，分南北两侧进水;北侧给水经连接管道沿整个汽包流到西侧，然后再进到北侧给水分配管出水。这样既能保证出水孔静压分布的东西侧对称性，又不会改变给水分配管道中的流速。 经校核计算，给水分配管出水孔开孔满足强度要求;给水分配管内水流速度(高负荷时为10.82m/s)都小于产生振动的临界速度，不会引起管道振动而失稳。 汽包内给水分配管出水孔开孔强度和振动强度计算结果见表3。 五、方案实施及效果评价 经计算通过改变汽包给水分配系统，使给水分配管出水孔处静压沿汽包长度东西侧一致，达到减小汽包水位东西侧偏差的目的，满足机组安全生产的需要。 改造量很小，工程预算也不大，能够解决汽包东西侧水位偏差较大的安全隐患。 1号炉在2005年9月份中修期间，按本方案对汽包进水分配管实施了改造;2号炉在2006年4月份小修期间，对汽包的进水分配管实施了相同的改造。 为了对改造后的实际运行效果进行评价，改造后在不同负荷下对1、2号炉汽包水位进行了核对试验。试验结果证明改造达到了设计值，从根本上解决了锅炉因汽包水位两侧偏差导致的安全隐患问题。 现以2号炉为例，其发行后汽包水位两侧偏差结果见表4。 从表4中可以看到，1、2号炉针对锅炉汽包水位两侧偏差大的汽包配水管改造基本消除了汽包水位两侧偏差，而且改造后汽包水位两侧偏差大也不再随机组的变化而变化，达到了理想的改造效果。