隨著鍋爐向大容量高參數(shù)方向發(fā)展，高溫對流受熱面的爆管事故已成為影響鍋爐安全運行中的第一大項。鍋爐事故頻繁發(fā)生，其中高溫再熱器因超溫、煙溫偏差以及飛灰沖刷磨損，經(jīng)常發(fā)生局部爆管，其事故頻率已占到鍋爐“四管”爆破事故頻率相當大的比例，成為影響鍋爐安全運行的重要因素，并且隨著機組服役時間的加長及大容量、高參數(shù)機組投運，還有逐年增加的趨勢。造成再熱器超溫爆管的原因有很多，對于四角切圓燃燒方式的鍋爐而言，普遍是由于爐膛出口處的氣流殘余旋轉(zhuǎn)，使水平煙道左右出現(xiàn)較大的熱偏差造成的。湛江發(fā)電廠I期工程300 MW機組鍋爐的高溫再熱器局部管段超溫，部分管壁的溫度經(jīng)常在550℃以上，左右兩側(cè)的再熱汽溫偏差約30℃，對高溫再熱器的安全運行構(gòu)成威脅，本文針對這一問題進行試驗與分析，找出局部管段超溫的原因。
1、鍋爐設(shè)備概況
    湛江發(fā)電廠I期工程300 MW鍋爐系東方鍋爐廠設(shè)計制造的型亞臨界參數(shù)、中間再熱、自然循環(huán)、單爐膛燃煤汽包鍋爐。鍋爐爐膛為膜式水冷壁，爐膛上部布置有壁式輻射再熱器、全大屏過熱器和壁式（后屏）過熱器。水平煙道依次布置有中溫再熱器、高溫再熱器和高溫過熱器。尾部煙道布置有低溫過熱器和省煤器，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
    再熱器分3級布置，中溫再熱器、高溫再熱器順流布置于水平煙道，中溫再熱器和高溫再熱器分別有58排管屏，中溫再熱器管和高溫再熱器管為串聯(lián)。再熱汽溫的調(diào)節(jié)以擺動燃燒器噴口為主，輔以噴水減溫。再熱系統(tǒng)流程為：汽輪機高壓缸排汽一事故噴水一壁式再熱器一噴水減溫器一中溫再熱器一高溫再熱器一左右引出管一再熱汽管。
    該爐使用中儲式熱風送粉系統(tǒng)。燃燒器為直流擺動式，氣流在爐內(nèi)沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)。燃燒器分上、下2組布置，每個角共有5層一次風噴口；2層三次風噴口，布置在燃燒區(qū)上部；2層油噴口和12層二次風噴口。
2、高溫再熱器入口、出口流場冷態(tài)試驗
2.1試驗內(nèi)容及方法
    為了解流經(jīng)高溫再熱器的煙氣速度分布對高溫再熱器的超溫和汽溫偏差的影響，對高溫再熱器入口處和出口處的冷態(tài)速度場分布進行了測量。測點選取為：在高溫再熱器的入口和出口按高度分成上、中、下分3個區(qū)域，在每個區(qū)域延水平方向按等距離選取測點，用標準皮托管進行測量，用AXD530電子測速儀進行讀數(shù)。
    試驗共分為3工況進行，在正常開啟A、B送風機和A、B引風機的情況下，工況1為關(guān)閉所有排粉機；工況2為開啟B、C、D排粉機；工況3為開啟A、D排粉機。試驗中所測量得到的數(shù)據(jù)按以下方式處理：
2.2試驗結(jié)果及分析
    在進行流場測試之前，先對高溫再熱器管屏及其問距進行了檢查和測量，沒有發(fā)現(xiàn)管屏有明顯的變形，管屏間距基本均勻，沒有煙氣走廊。
    試驗結(jié)果經(jīng)過式(1)和式(2)處理后繪入圖2～4中。由圖2可以看出（工況1），在未開排粉機的時候，進入高溫再熱器的氣流速度存在明顯波動，但左右平均速度偏差不明顯。而高溫再熱器出口的速度比較均勻，這表明在沒有開啟排粉機時高溫再熱器入口的速度偏差較小。
    在工況2時（見圖3），高溫再熱器入口速度分布波動不明顯，但存在從左至右的一個上升趨勢，這說明排粉機的開啟對爐膛出口的氣流速度分布產(chǎn)生影響。
    在工況3時(見圖4)，高溫再熱器入口速度分布出現(xiàn)了較明顯的偏差，右側(cè)的速度明顯地較左側(cè)的高，同時速度的分布波動較大。這一結(jié)果表明開啟A、D排粉機對爐膛出口速度偏差影響較大，其原因是由于A、D排粉機的噴口為上層三次風，(B、C排粉機的噴口為下層三次風)，距爐膛出口較近，故其氣流的殘余旋轉(zhuǎn)較大，引起高溫再熱器入口速度偏差也較大。
    由高溫再熱器入口、出口的冷態(tài)速度場試驗結(jié)果可知，開啟排粉機對高溫再熱器的速度場分布有一定的影響。當開啟B、C、D排粉機時（鍋爐運行時通常開3臺排粉機），高溫再熱器入口的速度分布出現(xiàn)了左低右高的現(xiàn)象。當開啟A、D排粉機時，爐膛出口左右兩側(cè)速度偏差明顯增加，速度波動也較大。經(jīng)計算，各區(qū)域局部最大速度是該截面平均速度的2倍左右。煙氣的對流放熱系數(shù)（w為煙氣速度），由此可知，局部對流放熱系數(shù)ad大約是平均對流放熱系數(shù)的1.57倍。因此局部較大的速度偏差將引起對流受熱面的煙溫偏差和吸熱偏差，在高溫再熱器入口管屏右下側(cè)將存在一個煙速和煙溫都較高的區(qū)域，在此區(qū)域受熱面容易產(chǎn)生超溫爆管。這與1號爐實際運行中開啟A、D排粉機時超溫嚴重的現(xiàn)象是一致的。
3、高溫再熱器入口溫度場試驗
3.1試驗內(nèi)容及方法
    為了了解煙氣溫度偏差對再熱器超溫的影響，對高溫再熱器入口處的煙氣溫度進行了測試。溫度場測量的位置選在高溫再熱器入口處的吹灰器孔。吹灰器孔分上、下層和左右兩側(cè)，共4個孔。測量使用特制的水冷探針進行測量，水冷探針上裝有經(jīng)標定的鎧裝熱電偶。測量點采用等截面網(wǎng)格布置，圖5給出了測點布置的示意圖。試驗中開啟A、D排粉風機。
3.2試驗結(jié)果及分析
    整個試驗過程中鍋爐的主蒸汽流量在920～950 t/h范圍，電負荷為270～280 MW。主蒸汽溫度為537℃，主蒸汽壓力為16.5 MPa，再熱蒸汽溫度為535℃，再熱蒸汽壓力為3.27 MPa。
    高溫再熱器入口處煙氣溫度分布曲線如圖6所示。由圖6可以看出，高溫再熱器入口處的煙氣溫度分布右側(cè)明顯地比左側(cè)高。對于上層測點，測點之間的最大溫差約96℃，左右側(cè)煙氣的平均溫度差約28℃，最高溫度比平均煙溫約高29℃。對于下層溫度測點，測點之間的最大溫差約207℃，左右側(cè)煙氣的平均溫度差為122℃，最高溫度比平均煙溫高出約79℃。由此可以認為，該爐的煙溫偏差對高溫再熱器左右側(cè)吸熱量的均勻性產(chǎn)生明顯的影響。
    該爐高溫再熱器裝有6個壁溫測點，根據(jù)試驗時對這6個點的監(jiān)測結(jié)果，第3～6點的溫度都偏高(設(shè)計值為550℃)，且與上層測點的溫度分布相似，這是由于管壁的溫度測點裝在高溫再熱器管的根部，所測溫度結(jié)果受上部煙氣溫度的影響較大，然而，管壁的溫度并沒有完全反映出高溫再熱器下部煙溫偏差的大小。
    該爐高溫再熱器入口的設(shè)計煙溫值為889℃，而試驗結(jié)果平均的煙溫為789℃，最高煙溫為864℃。應(yīng)說高溫再熱器管壁不應(yīng)該出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。但因為中溫再熱器管和高溫再熱器管為串聯(lián)，其問沒有聯(lián)箱，也沒有進行左右交叉。因此，煙溫偏差造成部分再熱器管吸熱增大，并由中溫再熱器累積至高溫再熱器，使得高溫再熱器管出現(xiàn)較嚴重的超溫。由此可見，該爐的高溫再熱器管壁超溫不僅與煙氣溫度分布偏差有關(guān)，還與再熱器的管道布置有關(guān)。
4、結(jié)論
    (1)排粉機對高溫再熱器的速度場分布有一定的影響，特別是開啟A、D排粉機時，爐膛出口左右兩側(cè)速度偏差增加，造成高溫再熱器的入口有一定速度偏差。氣流流經(jīng)高溫再熱器后，其速度場的分布基本達到均勻。
    (2)高溫再熱器入口處的煙氣溫度分布右側(cè)明顯的比左側(cè)高，右下側(cè)最高，這是由于煙氣在爐膛出口存在殘余旋轉(zhuǎn)而導致的。
    (3)高溫再熱器管壁的超溫應(yīng)該是由煙溫偏差以及中溫再熱器管和高溫再熱器管串聯(lián)結(jié)構(gòu)共同造成的。