趙曉光，李士軍，汪潮陽(yáng)，劉志強(qiáng)

(國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021)

超臨界350 MW機(jī)組直流鍋爐受熱面超溫問(wèn)題分析及控制措施

趙曉光，李士軍，汪潮陽(yáng)，劉志強(qiáng)

(國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021)

針對(duì)某超臨界鍋爐啟動(dòng)時(shí)存在的過(guò)熱器、再熱器管壁超溫等問(wèn)題，通過(guò)系統(tǒng)分析和運(yùn)行調(diào)整比較，認(rèn)為一次風(fēng)壓偏高、再熱器蒸汽流量偏低、氧量控制偏高是造成超溫的根本原因，并從提高給水溫度和主蒸汽壓力，降低一次風(fēng)壓，減少二次風(fēng)量等方面提出控制措施。

超臨界鍋爐；超溫；運(yùn)行調(diào)整；給水溫度

1 概述

某電廠超臨界350 MW機(jī)組采用巴威B&WB-1103/25.4-M型直流鍋爐，為螺旋爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、半露天布置的型鍋爐，鍋爐設(shè)有無(wú)循環(huán)泵的內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)。制粉系統(tǒng)采用正壓冷一次風(fēng)直吹式系統(tǒng)，設(shè)計(jì)煤種是80%陽(yáng)泉無(wú)煙煤和20%壽陽(yáng)貧瘦煤的混煤，實(shí)際燃煤為下層神華煤上層陽(yáng)泉煤摻燒。

過(guò)熱器由頂棚、包墻、低溫過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器、后屏過(guò)熱器和末級(jí)過(guò)熱器構(gòu)成。頂棚位于爐膛和對(duì)流煙道上部，除屏式過(guò)熱器前的爐膛頂棚為膜式壁結(jié)構(gòu)外，其余頂棚均為鰭片管結(jié)構(gòu)；低溫過(guò)熱器位于尾部豎井后煙道內(nèi)，由低溫過(guò)熱器水平管組和低溫過(guò)熱器出口管組組成，水平管組分上、下2個(gè)管組，沿爐寬逆流順列布置125片；屏式過(guò)熱器位于爐膛上部，分前后兩組，沿爐寬布置9片。后屏過(guò)熱器位于折焰角上方，順流順列布置，沿爐寬方向共有23片；末級(jí)過(guò)熱器也位于折焰角上方，順列布置，沿爐寬方向共有46片。再熱器采用二級(jí)布置，分別為布置在尾部豎井前煙道的低溫再熱器和布置在水平煙道的高溫再熱器，低溫再熱器由4個(gè)水平管組構(gòu)成，沿爐寬逆流順列布置125片；高溫再熱器為垂直管組，沿爐寬順流順列布置62片。

2 鍋爐受熱面超溫情況

該鍋爐在調(diào)試期間，鍋爐啟動(dòng)初期過(guò)熱器、再熱器超溫現(xiàn)象較嚴(yán)重，過(guò)熱器噴水減溫器和再熱事故噴水減溫器投入頻繁，而且調(diào)節(jié)閥開(kāi)度經(jīng)常達(dá)到全開(kāi)狀態(tài)，出口蒸汽溫度仍然難以控制。頻繁超溫會(huì)縮短受熱面的使用壽命，容易造成過(guò)熱器、再熱器爆管，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全運(yùn)行。鍋爐具體超溫情況見(jiàn)表1。

表1 鍋爐超溫部位實(shí)際壁溫最高值

3 超溫原因分析

通過(guò)分別調(diào)整一次風(fēng)壓、爐膛氧量后，對(duì)比發(fā)現(xiàn)一次風(fēng)壓、爐膛氧量控制偏高，同時(shí)核算再熱器蒸汽流量發(fā)現(xiàn)蒸汽流量嚴(yán)重偏小。這些因素是造成過(guò)、再熱器超溫的主要原因，具體分析如下。

3.1 一次風(fēng)壓偏高

制粉系統(tǒng)雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)風(fēng)煤比穩(wěn)定，一次風(fēng)壓高，使得一次風(fēng)量變大，爐膛投粉量變大，為達(dá)到煤粉氣流著火所需要的熱量，使得煤粉著火延遲，燃燒滯后，導(dǎo)致?tīng)t膛火焰中心上升，火焰中心上升后過(guò)熱器及尾部受熱面吸熱量增大，排煙溫度升高，易引起低溫受熱器局部超溫[1]。特別是啟動(dòng)初期，鍋爐運(yùn)行控制氧量較高，高一次風(fēng)壓使得燃燒滯后更為明顯。

在相同負(fù)荷下，通過(guò)光學(xué)高溫儀測(cè)量上中下層燃燒器、NOx風(fēng)層和垂直水冷壁下部的爐膛火焰溫度發(fā)現(xiàn)，一次風(fēng)壓調(diào)整前各層爐膛火焰溫度明顯高于調(diào)整后溫度，爐膛火焰中心相對(duì)偏高，如圖1所示。

圖1 一次風(fēng)壓調(diào)整前后各層火焰溫度曲線

3.2 再熱器蒸汽流量偏小

通過(guò)再熱器所用事故噴水量和減溫器前后蒸汽溫差的關(guān)系，核算再熱器蒸汽流量，發(fā)現(xiàn)蒸汽流量嚴(yán)重偏小。系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)2號(hào)高壓加熱器汽源來(lái)自再熱冷端抽汽，而且抽汽量較大，造成再熱器蒸汽流量小，冷卻不足，使得再熱器超溫。

3.3 氧量控制偏高

二次風(fēng)比例偏大導(dǎo)致?tīng)t膛，含氧量過(guò)高，爐膛火焰中心升高，爐膛出口煙氣量增大，煙氣在對(duì)流煙道中的溫降減小，使低溫再熱器煙氣溫度升高，引起尾部受熱面吸熱量增加，易造成尾部受熱面超溫[2]。超溫工況時(shí)，為確保屏式過(guò)熱器不超溫，需要減小低溫過(guò)熱器煙氣調(diào)節(jié)擋板開(kāi)度，擋板門(mén)聯(lián)動(dòng)使再熱側(cè)煙氣擋板相應(yīng)開(kāi)大，再熱器側(cè)煙氣量增大，提高了再熱器超溫的可能性。

4 控制措施

調(diào)整過(guò)程中針對(duì)爐膛火焰中心偏高，燃燒滯后的情況降低一次風(fēng)壓，限制一次風(fēng)率；減少二次風(fēng)量，合理控制爐膛含氧量，使過(guò)熱器超溫情況緩解。同時(shí)針對(duì)再熱器冷端抽汽量大造成再熱器蒸汽流量小，冷卻不足的情況，在啟動(dòng)初期調(diào)整2號(hào)高加投入時(shí)間，使得再熱器超溫問(wèn)題得到解決。

4.1 嚴(yán)格按照機(jī)組啟動(dòng)曲線控制鍋爐升溫升壓速率

升壓開(kāi)始階段，飽和溫度在100 ℃以下時(shí)，爐水升溫速率不應(yīng)超過(guò)1.1 ℃/min。機(jī)組沖車(chē)前升壓速度小于0.03 MPa/min，升溫速度小于1.5 ℃/min，啟動(dòng)分離器出口升溫速率不大于1.5 ℃/min。機(jī)組并網(wǎng)后鍋爐最大升壓速率控制在小于等于0.25 MPa/min，溫度變化率小于1.5 ℃/min。

4.2 提高給水溫度

啟動(dòng)過(guò)程中，可以提高輔助蒸汽參數(shù)，開(kāi)大除氧器加熱汽源，以提高除氧器加熱溫度；在爐水品質(zhì)合格時(shí)，及時(shí)投入并盡量開(kāi)大341-3管路，盡早回收高溫介質(zhì)以提高給水溫度。同時(shí)，在保證鍋爐水冷壁壁溫及壁溫差不超過(guò)規(guī)定值的基礎(chǔ)上適當(dāng)降低鍋爐啟動(dòng)給水流量，在除氧器加熱能力相同的情況下，給水流量降低可以減少鍋爐熱負(fù)荷的需求，有利于提高給水溫度；參數(shù)達(dá)到要求時(shí)，及早投入高溫低壓加熱系統(tǒng)是提高給水溫度的保障。

4.3 提高主蒸汽壓力

啟動(dòng)初期，盡量提高主蒸汽壓力，增加給水在爐膛內(nèi)的汽化潛熱吸收能力，進(jìn)而減少爐內(nèi)燃料量的投入，整體降低爐膛出口煙溫。在參數(shù)合適時(shí)，鍋爐及早轉(zhuǎn)直流運(yùn)行，使進(jìn)入鍋爐的給水全部蒸發(fā)為蒸汽，更好地冷卻鍋爐汽側(cè)受熱面，同時(shí)由于沒(méi)有大量熱量外排，有利于減少鍋爐熱負(fù)荷的輸入[3]。

4.4 降低一次風(fēng)壓和一次風(fēng)率

根據(jù)制粉系統(tǒng)投入情況調(diào)整一次風(fēng)機(jī)出力，在保證一次風(fēng)粉管路不堵管的情況下，盡量降低鍋爐一次風(fēng)量，保持低一次風(fēng)速(啟動(dòng)初期單臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，磨煤機(jī)入口風(fēng)壓可控制在4 kPa左右)。在一次風(fēng)量與風(fēng)速調(diào)整好的基礎(chǔ)上，及時(shí)調(diào)整二次風(fēng)量，為了確保鍋爐充分燃燒，一般保持一次風(fēng)率在17%～20%。在低負(fù)荷階段，僅有下層制粉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉上層制粉系統(tǒng)一次風(fēng)，使下層制粉系統(tǒng)一次風(fēng)量增加，有利于降低爐膛火焰中心，降低再熱器受熱面溫度。

4.5 減少二次風(fēng)量，合理控制爐膛氧量

啟動(dòng)期間應(yīng)保證爐膛燃料燃燒足夠風(fēng)量，但又要限制總風(fēng)量，風(fēng)量過(guò)大易造成過(guò)熱器、再熱器金屬超溫。并網(wǎng)時(shí)以爐膛出口氧量不超9%為宜，隨著機(jī)組負(fù)荷上升，逐漸控制爐膛出口氧量在3.5%～5%左右。燃燒調(diào)整時(shí)可采用適當(dāng)開(kāi)大上層二次風(fēng)與燃盡風(fēng)的方法來(lái)控制火焰中心位置，防止火焰中心偏高造成受熱面超溫。

4.6 合理調(diào)整煤粉細(xì)度

鍋爐BD磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)中下層燃燒器，磨制高揮發(fā)分神華煤，在鍋爐剛投粉時(shí)由于爐膛溫度很低，其對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速可以在保證磨煤機(jī)出口溫度不超規(guī)定值的前提下適當(dāng)提高，保持較高的煤粉細(xì)度，當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷至100 MW時(shí)，逐步降低分離器轉(zhuǎn)速，調(diào)整過(guò)程中保證燃燒器金屬壁溫不超過(guò)限定值，爐膛不發(fā)生局部溫度過(guò)高引起結(jié)焦；鍋爐AC磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)中上層燃燒器，磨制低揮發(fā)分陽(yáng)泉煤，其對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速在該制粉系統(tǒng)最初投入時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)至最高，進(jìn)而提高煤粉細(xì)度，使其磨制出來(lái)的煤粉進(jìn)入爐膛內(nèi)迅速燃燒，避免投入煤粉后燃盡時(shí)間長(zhǎng)，提高爐膛出口煙溫，隨著電負(fù)荷逐漸上升至200 MW以上時(shí)，再逐步降低分離器轉(zhuǎn)速。

4.7 合理控制料位差壓

為了較好的控制煤粉細(xì)度同時(shí)保護(hù)磨煤機(jī)鉸刀與內(nèi)襯，在磨煤機(jī)啟動(dòng)初期可利用多加煤，少量送入容量風(fēng)的方法控制料位，使料位差壓迅速降至350～450 Pa，然后逐步減少給煤量，視鍋爐需求燃料量緩慢增加容量風(fēng)維持磨煤機(jī)風(fēng)煤比1.3左右恒定，之后利用同時(shí)增減給煤量與容量風(fēng)的方法，維持給煤機(jī)料位不變，調(diào)節(jié)制粉系統(tǒng)出力及鍋爐熱負(fù)荷。

4.8 加強(qiáng)鍋爐吹灰

加強(qiáng)空氣預(yù)熱器及爐膛吹灰，對(duì)降低各受熱面壁溫均有好處。應(yīng)視鍋爐各處金屬壁溫情況，及時(shí)合理的進(jìn)行鍋爐吹灰工作。例如：水平煙道屏式過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器、高溫再熱器壁溫過(guò)高時(shí)，可加強(qiáng)水冷壁吹灰，同時(shí)適當(dāng)放緩低溫過(guò)熱器與低溫再熱器的吹灰工作；當(dāng)?shù)蜏剡^(guò)熱器，低溫再熱器金屬壁溫過(guò)高時(shí)，可加強(qiáng)空氣預(yù)熱器及爐膛吹灰外，還應(yīng)加強(qiáng)水平煙道受熱面吹灰工作，增強(qiáng)該部分受熱面換熱，降低豎井煙道煙溫。

4.9 合理使用減溫水及煙氣擋板

鍋爐轉(zhuǎn)直流后，在屏式過(guò)熱器及高溫過(guò)熱器壁溫不超的情況下，發(fā)生低溫過(guò)熱器金屬壁溫過(guò)高時(shí)，可以減少一二級(jí)減溫水量，將該部分減溫水量加至鍋爐給水中，經(jīng)水冷壁加熱后冷卻低溫過(guò)熱器。煙氣擋板的實(shí)際開(kāi)度要求過(guò)熱煙氣擋板開(kāi)度+再熱煙氣擋板開(kāi)度不小于90°，一般不建議某一側(cè)煙氣擋板長(zhǎng)期完全關(guān)閉，防止鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中大量未燃盡灰煤長(zhǎng)期積存，引發(fā)尾部煙道再燃燒。為控制壁溫，不得以需要一側(cè)煙氣擋板關(guān)嚴(yán)時(shí)，建議階段性的選擇各部金屬壁溫均不高時(shí)，小幅度開(kāi)啟、關(guān)閉的煙氣擋板進(jìn)行通風(fēng)，將積存起來(lái)的灰攜帶走。

4.10 合理投入制粉系統(tǒng)

啟動(dòng)磨煤機(jī)后，要嚴(yán)格控制燃料投入率過(guò)快，當(dāng)燃燒穩(wěn)定后再逐步增加燃料量提高鍋爐熱負(fù)荷，防止出現(xiàn)燃料量突增導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行水調(diào)節(jié)，煤水比失調(diào)導(dǎo)致超溫。根據(jù)不同負(fù)荷合理投停制粉系統(tǒng)，150 MW以下盡量不投上層制粉系統(tǒng)，利用加大下層燃燒器對(duì)應(yīng)的BD磨煤機(jī)負(fù)荷，保證爐膛截面熱負(fù)荷最高處始終處于水冷壁下部區(qū)域，使鍋爐各受熱面介質(zhì)通流較差時(shí)爐膛出口煙溫較低。鍋爐制粉系統(tǒng)投入與負(fù)荷對(duì)應(yīng)見(jiàn)表2。

表2 爐制粉系統(tǒng)投入與負(fù)荷對(duì)比

4.11 控制鍋爐給水流量

啟動(dòng)過(guò)程中盡量控制鍋爐給水流量，在保證鍋爐水冷壁不超溫的情況下，盡量降低最小鍋爐啟動(dòng)流量，期間嚴(yán)格監(jiān)視螺旋水冷壁壁溫不超415 ℃，壁溫差相鄰不超89 ℃，不相鄰最大不超110 ℃。

5 結(jié)束語(yǔ)

該電廠采用的巴威首臺(tái)國(guó)產(chǎn)350MW超臨界鍋爐在調(diào)試期間啟動(dòng)初期過(guò)熱器、再熱器超溫現(xiàn)象較嚴(yán)重，通過(guò)控制一次風(fēng)壓，降低爐膛火焰中心；調(diào)整自再熱冷端抽汽的2號(hào)高加啟動(dòng)順序，保證再熱器蒸汽流量；控制二次風(fēng)比例，降低爐膛氧量等諸多運(yùn)行調(diào)整措施，保證鍋爐受熱面不超溫，機(jī)組順利啟動(dòng)，為同類(lèi)型機(jī)組的調(diào)整運(yùn)行提供參考和借鑒。

[1] 陳敏生，陳瑞龍．超臨界鍋爐低溫再熱器超溫治理[J]．湖北電力技術(shù)，2008，32(04)：63-65．

[2] 韓 波．超臨界600 MW機(jī)組直流鍋爐屏式過(guò)熱器超溫問(wèn)題分析及治理[J]．熱力發(fā)電，2009，38(07)：60-63．

[3] 樊泉桂．超超臨界及亞臨界參數(shù)鍋爐[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2007．

本文責(zé)任編輯：丁 力

Analysis and Control Measures of Overtemperature of Once-through Boiler Heating Surface for Supercritical 350 MW Unit

During the operation of supercritical boiler,overtemperature phenomenon frequently appears on the tube wall of superheater and reheater.Through systematic analysis and comparison after operation adjustment,considers the causes of overtemperature may be as follows,the higher pressure of primary air,the lower steam flow and the higher oxygen,and formulates some reasonable control measure to ensure boiler heating surface will not be overtemperature,such as lowering the pressureing of primary air,reducing the amount of secondary air.

supercritical boiler; overtemperature; operation adjustment; feedwater temperature

2013-07-24

趙曉光(1982-)，男，工程師，主要從事電站鍋爐調(diào)試及生產(chǎn)服務(wù)工作。

TM621

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1001-9898(2014)01-0043-03