准确测量锅炉过再热器壁温的方法及效果探讨

中国大唐集团公司准确测量锅炉过、再热器壁温的方法及效果探讨大唐国际张家口发电厂（张家口075131）李会军摘要：锅炉过、再热器壁温和主汽温度的准确性，影响着机组的热效率，如果测量值比真实值偏低，可能会造成超温甚至爆管。如果测量值比真实值偏高，运行人员将采取降温运行，这种运行方式经济性很差，也不能适应夏季带大负荷的要求。因此探索锅炉过、再热器壁温的准确测量方案具有重要意义。本文分析了高温再热器出口管壁温度和高温再热器出口管壁温度普遍低于主汽温度和再热器温度的原因，通过试验提出了具体的解决方案，并对改进效果进行了分析，为其他机组改进或新建机组准确测量锅炉过、再热器以及其他受热面壁温提供了参考依据。关键词：锅炉过、再热器壁温测量；准确性；解决方案1.准确测量锅炉过、再热器壁温的意义锅炉过、再热器壁温和主汽温度的准确性，影响着机组的热效率，如果测量值比真实值偏低，可能会造成超温甚至爆管。如果测量值比真实值偏高，运行人员将采取降温运行，这种运行方式经济性很差，根据计算，再热器蒸汽温度每下降20℃左右，煤耗增加1.568g/kwh。大多数火力发电厂高温再热器出口管壁温度和高温再热器出口管壁温度普遍低于主汽温度和再热器温度10℃以上，这是不正常的。张家口发电厂1至8号锅炉虽然历经数次大小修和改进，效果依然不明显，这是需要重点解决的问题。探索准确测量锅炉过、再热器壁温和主汽温度的方法，将为其他机组或新建机组准确测量壁温提供参考依据，有利于将提高机组的热效率，节能降耗。2.锅炉过、再热器壁温的测量现状大型燃煤机组，包括进口机组，锅炉过、再热器测量不同程度地存在着设计偏差。张家口发电厂4号炉为300MW燃煤锅炉，是由东方锅炉厂设计制造的，属亚临界、自然循环、全悬吊、平衡通风燃煤汽包锅炉。额定蒸发量1025T/H，额定汽压17.5，额定主汽温度540℃，再热蒸汽温度540℃。高过壁温测点安装在高过南最外侧管壁上，共76根管壁上安装6个壁温测点。高再壁温测点在高再南最外侧管壁上，共58根管壁上安装6个壁温测点。表1高温过热器壁温测点安装情况管壁编号41832455973中国大唐集团公司测点编号02T3202T3302T3402T3502T3602T37测点距顶棚(cm)20202021.52019测点位置测点在高过南最外侧管上,共76根管表2高温再热器壁温测点安装情况管壁编号51525344454测点编号02T6702T6802T6902T7002T7102T72测点距顶棚(cm)250250249248250248测点位置测点在高再南最外侧管上,共58根管张家口发电厂4号锅炉自投运以来，一直存在过热器、再热器管壁温度与主汽温度偏差大的问题，高温再热器出口管壁温度和高温再热器出口管壁温度普遍低于主汽温度和再热蒸汽温度，严重威胁到锅炉长期安全、经济运行，因而对锅炉过热器、再热器壁温进行分析、试验和改进从而准确测量壁温具有重要意义。3.锅炉受热面温度测量的几种方法过热器的作用是将饱和蒸汽加热成为具有一定过热度的过热蒸汽。过热器是由许多并列蛇形管组成的受热面。在锅炉所有受热面中，过热器的管壁温度最高，工作条件最差，因此确保过热器长期安全工作，是锅炉设计和运行中的又一个重要课题。超高压以上的锅炉，通常都采用蒸汽中间再热，即将在汽轮机高压缸作功后的蒸汽引入锅炉再次加热，达到预定温度后再送回汽轮机中、低压缸继续作功。锅炉中承担蒸汽再加热任务的受热面称为锅炉的受热面。过热器是由许多并列蛇形管组成的受热面。锅炉的负荷或锅炉的工作条件发生变化时，过热器出口和再热器出口的蒸汽温度也将随着变化。例如，负荷增加或燃烧室火焰中心上移，汽温会有所增加。过热器和再热器的温度变动太大都是不允许的。汽温偏高，可能引起过热器和再热器管壁超温；汽温偏低，又将使发电厂的循环效率下降。可见，维持汽温稳定是保证机组安全工作和经济运行所必需的。对于高压锅炉，一般规定汽温的波动范围应在±5℃之内。在物体表面温度测量(即壁面温度测量)过程中存在导热引起的误差。这是因为传感器的测量端除了与被测表面进行换热外，在传感器的端部与尾部之间也有导热换热，同时传感器还与周围介质进行换热，从而导致了测量端的温度与被测表面温度的偏差。所以在这一类的温度测量中如果采用简单地将温度传感器附着到被测表面上去，则不能真实地测量出被测温度。换句话说，要根据被测对象的材料性质、尺寸大小、形状与测温范围等不同的因素来确定应该采用的测量方法。热电偶与被测表面接触的方式基本上有四种：(1)点接触热电偶的测量端直接与被测表面接触。我厂锅炉壁温测量基本都采用的这种方法。(2)面接触先将热电偶的测量端与导热性能良好的金属片焊接在一起，然中国大唐集团公司后再与被测表面接触。(3)等温线接触热电偶测量端固定在被测表向后沿被测表面的等温线绝缘敷设至少20倍线径的距离再引出。(4)分立接触两热电极分别与被测表面接触。图1示出了热电偶与被测表面的接触方式。`（a）(b)(c)(d)图1示出了热电偶与被测表面的接触方式不管哪种接触方式，引起测量误差的主要原因则是沿热偶丝的导热损失。热电偶的热接点从被测表面吸收热量，而其中一部分沿热偶丝导出逸散到周围环境之中，使得热接点的温度低于被测表面的实际温度。就图1所示热电偶与被测表面的接触方式而论，方法(c)的误差最小，(b)次之．(a)最差。而在相同的敷设条件方式下，1.热电偶直径越粗，沿热偶丝的轴向导热损失也越大，使得测量误差随之增大；2.被测对象面积越大且壁越厚，则热容量就越大，测量误差相对就越小；3.热接点附近气流扰动越大，对流换热系数也越大，测量误差也相应增大；4.被测材料的导热系数越大，热偶丝从热接点导出的热量就容易得到补充，可使得测量误差越小。归纳起来，进行壁面温度测量过程有几个优先考虑的问题：(1)在强度允许的情况下应尽量采用直径小、导热系数低的热电偶。(2)应优先考虑采用等温线敷设。(3)若被测材料是非良导热体时，应优先考虑采用面接触方式安装。(4)如被测材料允许，应采用被测表面开槽敷设热电偶的方法，这势必会明显地提高测量精度。4.锅炉壁温低于主汽温度原因及解决办法4.1原因分析我们对电厂过再热器壁温的测量方法进行了调查，每周打印150MW、250MW、中国大唐集团公司300MW不同负荷下所有壁温与汽温数据及曲线，提供分析依据。通过分析认为造成超温的原因有以下几个方面：第一、测温系统存在测量误差；第二、与运行燃烧工况有关；第三、过热器、再热器管道结垢。其中测温系统存在测量误差主要受以下因素影响：热电偶与壁温的接触面和紧密程度（接触不到位将会产生30℃左右的误差）；保温对被测点的影响；测温元件老化；补偿导线线性老化；不同产品之间的测量误差；热电偶的精度等级；计算机检测系统误差等。影响最大的是安装方式。锅炉的壁温一直采用将热电偶的保护管直接焊接在测量部位，，然后将热电偶插入保护管里，端部至测点位置，顶死在受热面上。虽然这样安装热电偶损坏后更换比较方便，但这样的安装方法正是图1所示的（a）,测量效果最差。长期以来温度与实际偏差较大。有的壁温偏高、有的甚至壁温小于汽温。如果壁温显示偏低而实际很高，必定使管子寿命降低，长时间将严重威胁到锅炉安全、经济运行。我们从测量回路进行分析，首先抽查部分怀疑测点进行校验，校验结果均在允许误差范围内。那么产生误差的原因必定和测点安装有关。分析插入接触式安装，它的弊端有三个：1.锅炉的温度是动态的随负荷在变化，温度变化锅炉管璧一定产生膨胀，使得测点与管壁之间有间隙造成接触不良，产生测量误差；2.若环境差，四分铁管内容易漏灰聚集到底部使得测点与被测对象不能充分接触，被积灰隔离，引起测量误差；3.锅炉保温不好使得测点与管壁之间有空气对流，产生热交换，降低测量温度。3.2解决方案：我厂在一台机组曾经作过壁温测量方式的改造工作，改造为单面接触式后，温度偏差由原来的300MW时主汽温度比高过温度高17℃下降到10.2℃；再热汽温度由原来的29℃下降到18℃，虽然有一定的效果但仍然有较大偏差。依据图1（c）的原理，对锅炉壁温测量进行了进一步的改进。3.2.1改进方案利用大修的机会将炉顶壁温的测温元件全部更换，将测点点接触式改为面接触式；更换过再热器壁温、主汽和再热汽温度测点的热电偶和补偿导线，选用同一厂家同一分度号产品；对各测点从就地进行系统校验，保证系统误差，安装方式改为面接触式安装。面接触式安装分为单面接触式安装和双面接触式安装。单面接触式安装，其工艺简单，可以改善测量的准确性，但时间长了，卡子松驰测点容易跑偏。双面接触式安装，是在单面接触式的基础上进行双面接触，把测点的压管垂直焊接在管壁上，热电偶是插在压管下面垂直于压管中心线的开孔中，压管中的螺丝向下拧直到把热电偶的头部压紧在被测管壁上。加工开口报箍，其直径略小于管壁直径，长度大于20倍热电偶线径，紧挨测点用报箍将热电偶压紧在管壁上，在报箍开口处用螺丝紧固。这种安装方式使热电偶与被测管壁充分接触，测点固定在一条直线上,均衡受力不易松动保证了测温的准确性。双面接触式安装大大改善测量的准确度。测点安装稳定、可靠，减少热控人员的维护量。将测点点接触式改为双面接触式的具体方法如下：加工测点固定卡子，焊接在过再热器管壁受热面上，将热电偶插入卡子的凹槽中，拧紧面积大于热电偶直径的顶丝，使热电偶端部彻底压紧在受热面上；加工开口报箍，其直径略小于管中国大唐集团公司壁直径，长度大于20倍热电偶线径，紧挨测点用报箍将热电偶压紧在管壁上，在报箍开口处用螺丝紧固。测温元件安装后进行严密保温，以防散热影响测温准确度，可用碎保温砖填后抹面。拆卸测温元件时，只需要清除这些保温，不致破坏其他保温。表3壁温测点卡子焊接要求名称数量卡子材质要求焊条焊接方法焊接电流注意事项高再壁温6C12CrMMTIGR31φ2.5mm氩弧焊80—120A严禁引弧高过壁温6C12CrMMTIGR40φ2.5mm氩弧焊80—120A严禁引弧3.2.2具体实施1)统计过热器、再热器壁温和主、再热器温度测点。记清原位置和数量，不能改变原设计，因为涉及到锅炉的系统问题和计算机的温度补偿，新安装测点必须与原设计测点一一对应安装，防止张冠李戴。2)新测点安装时焊接新卡子要打磨焊口，使保护管与管壁焊接牢固。3)更换新测点要使用双支K型热电偶，为避免测点坏不易更换，使每一温度都有备用。另外，所有测点必须校验合格。4)更换新测点也必须更换热电偶的补偿导线，且与热电偶型号统一，还包括金属保护软管及接头。5)安装测点后在合适的位置处挂设备名牌，标清测点编号、热电偶型号和测温范围。6)查线、接线保证就地接线盒的端子号和主控电子柜的号头一致且清晰可辨。7)对温度测点，更换中端柜端子排进、出电缆线鼻子，线鼻子与电缆连接，清除氧化层压接后再用焊锡焊接，紧固螺丝应压紧、拧死。8)检查中端柜电缆屏蔽线接地，保证所有电缆接地良好。9)紧固温度测量回路中所有接线端子、接线柱等。由于工作量大，在机组大修时进行改造试验，在预先选定的各种机组负荷稳态工况下记录CRT测点的温度值，与改进前进行对比分析。5.改造效果分析2003年9月我厂4号机组大修时我们按上述原则进行了改进。选择200MW、250MW、300MW的稳定运行工况进行与原来进行比较表4不同负荷下壁温测量偏差情况机组时间负荷（MW）高过壁温与主汽温度平均值偏差（℃）高再壁温与再热汽温度平均值偏差（℃）4号炉2002-11-13200-23.1-19.34号炉2002-11-13250-20.5-17.84号炉2003-01-20300-17.4-15.7表5改造后过热器温度数据负荷（MW）过热器出口温度（℃）过热器管壁温度（℃）偏差（℃）中国大唐集团公司左侧右侧平均测点1测点2测点3测点4测点5测点6平均200540538539.0524532544548535524534.5-4.5250539527533.0525530541540536534534.31.3300539542540.5531534545541532535536.3-4.2