周文臺，程智海，何 翔，楊 勇

（1．上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院，上海 200240； 2．上海電力學(xué)院，上海 200090）

運行與改造

超臨界W形火焰鍋爐防壁溫超溫燃燒調(diào)整試驗研究

周文臺1，程智海2，何 翔1，楊 勇1

（1．上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院，上海 200240； 2．上海電力學(xué)院，上海 200090）

針對某發(fā)電公司1號鍋爐水冷壁管壁溫度出現(xiàn)頻繁超溫以及灰渣含碳率較高的狀況，分析了水冷壁超溫是因為乏氣側(cè)著火較差及配風模式的不合理導(dǎo)致火焰下沖過度造成的；采取對二次風配風、煤粉細度、乏氣擋板等多方面的燃燒調(diào)整，調(diào)整后的運行結(jié)果表明：水冷壁管壁的超溫問題得到解決，熱負荷分布更加均勻，灰渣含碳率明顯下降。

鍋爐；W形火焰；水冷壁；超溫；燃燒調(diào)整；煤粉細度

我國無煙煤資源豐富，但由于其揮發(fā)分低而較難燃燒；而W形火焰鍋爐與其他爐型相比，燃用無煙煤有較明顯的優(yōu)勢［1］。近年來，超臨界W形火焰鍋爐在國內(nèi)陸續(xù)地投運，但由于設(shè)計上的缺陷及運行人員的經(jīng)驗欠缺出現(xiàn)了較多安全方面的問題。筆者針對貴州某電廠1號鍋爐水冷壁頻繁超溫以及灰渣含碳率較高的問題，進行了原因分析和燃燒調(diào)整，取得了很好的效果。

1 設(shè)備簡介

某電廠2臺600MWHG－1900／25．4－WM10型鍋爐為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的直流鍋爐，單爐膛、平衡通風、固態(tài)排渣，鍋爐采用W形火焰燃燒方式，在前、后拱上共布置有24個煤粉燃燒器。磨煤機選用BBD4360雙進雙出鋼球磨煤機，采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)。

鍋爐的燃燒組織方式為W形火焰，燃燒器布置方式見圖1。一次風從前、后墻的拱上向下噴入爐膛著火，到接近冷灰斗區(qū)域的地方前后墻火焰交匯再向上折返形成W形火焰，這樣增加了火焰行程，延長了火焰在爐膛內(nèi)的停留時間，提高了無煙煤的燃盡率。

圖1 鍋爐燃燒器的布置位置

該鍋爐采用“多次引射分級燃燒技術(shù)”進行燃燒器噴口布置，見圖2。濃煤粉氣流、內(nèi)二次風、淡煤粉氣流及外二次風平行布置在爐拱上，由于各股氣流速度不同，低速氣流在高速氣流帶動下向下流動，即濃煤粉氣流及淡煤粉氣流（乏氣）在二次風帶動下向下流動。在氣流向下流動的同時，二次風不斷混入煤粉氣流，形成邊燃燒邊補充氧氣的分級燃燒方式。

圖2 W形火焰鍋爐多次引射分級燃燒原理圖

為保證一次風在二次風的引射下具有足夠的剛性深入下爐膛，燃燒器成組布置。每組燃燒器由8個濃一次風噴口、8個乏氣噴口、8個內(nèi)二次風噴口、4個油二次風噴口、2個邊界二次風噴口和12個外二次風噴口組成（見圖3）。在每組燃燒器兩側(cè)最靠邊濃一次風噴口的外側(cè)布置邊界二次風噴口，起到避免外側(cè)一次風卷入燃燒器組之間的低壓回流區(qū)，從而保證了外側(cè)一次風的下射深度。

圖3 燃燒器噴口布置圖

整臺鍋爐包含24組低NOx窄縫式直流燃燒器和24個旋風分離器，每個分離器對應(yīng)一組燃燒器，為燃燒器提供一濃一淡兩股煤粉氣流。

為監(jiān)測各面水冷壁出口管壁金屬溫度，分別在前墻上部水冷壁出口、前墻下部水冷壁出口、后墻上部水冷壁出口、后墻下部水冷壁出口沿爐寬方向分別裝有41個金屬管壁溫度測點；在左墻上部水冷壁出口、左墻下部水冷壁出口、右墻上部水冷壁出口、右墻下部水冷壁出口沿爐深度方向分別裝有19個金屬管壁溫度測點。

2 鍋爐運行狀況

2．1 側(cè)墻水冷壁超溫嚴重

該電廠1號鍋爐自投運以來，水冷壁管壁溫度一直處于頻繁超溫的狀況，前墻及后墻水冷壁上部報警溫度為500℃，側(cè)墻水冷壁上部報警溫度為455℃，側(cè)墻水冷壁下部報警溫度為430℃。

從燃燒調(diào)整前的運行狀況來看，鍋爐一直處于局部超溫狀態(tài)，即前后墻上部水冷壁壁溫均較低，離水冷壁報警溫度有較大裕度，但是側(cè)墻上部水冷壁壁溫超溫嚴重，側(cè)墻中部區(qū)域壁溫測點一直處于超溫報警狀態(tài)。圖4、圖5為2013年8月26日600MW負荷下，側(cè)墻各個測點的平均壁溫。從壁溫的分布來看，中部區(qū)域多在報警溫度455℃以上，平均中間點溫度為416．1℃。

圖4 右墻上部水冷壁各測點平均壁溫

圖5 左墻上部水冷壁各測點平均壁溫

此外，各面墻的所有壁溫測點的平均值偏差也較大，側(cè)墻上部出口的平均壁溫明顯高于前后墻上部出口的平均壁溫，說明鍋爐在該狀態(tài)下的爐內(nèi)熱負荷分布不均，造成了局部熱負荷過高，導(dǎo)致水冷壁局部超溫。

2．2 灰渣含碳質(zhì)量分數(shù)較高

燃燒調(diào)整以前，灰渣含碳質(zhì)量分數(shù)均較高，底渣含碳質(zhì)量分數(shù)在8%～10%，飛灰含碳質(zhì)量分數(shù)在5%～7%。固體不完全燃燒熱損失較高，對鍋爐經(jīng)濟性影響較大。

3 原因分析

通過觀察和初步燃燒調(diào)整判斷，側(cè)墻的超溫狀況是由于側(cè)墻火焰下沖過度，側(cè)墻下爐膛吸熱過多，進而導(dǎo)致進入上爐膛的過熱蒸汽的過熱度過高所致。

3．1 火焰下沖過度

從鍋爐的設(shè)計來看（圖2），火焰下沖至三次風噴口附近，隨即與三次風混合后，火焰折向進入上爐膛繼續(xù)燃燒；但從看火孔的情況來看，火焰在此處沒有折向進入上爐膛，而是繼續(xù)下沖，幾乎下沖至冷灰斗中部。究其原因，是因為該爐型設(shè)計的濃相噴口靠近爐內(nèi)側(cè)，而淡相噴口靠爐外側(cè)，這樣靠近爐外側(cè)區(qū)域的淡相噴口燃料較少，進入爐膛后的局部煤粉濃度較低，不易著火，因此火焰溫度較低，煙氣黏度小，托不住火，火焰容易下沖過度。

由于前后墻換熱面是一個上下均勻的矩形，而側(cè)墻的換熱面則是呈現(xiàn)下大上小的形狀，因此，隨著火焰中心下移，側(cè)墻的吸熱比例增加，前后墻的吸熱比例減少，火焰下沖容易導(dǎo)致側(cè)墻吸熱過多而出現(xiàn)超溫。

3．2 四角燃燒器燃燒較差

從四個角上的各層看火孔可見，四個角上的火焰較爐膛中心火焰明顯偏暗，火焰下沖至三次風射入位置處，火焰中仍然含有未點燃的煤粉顆粒。一般來說，如果煤粉顆粒至此仍然沒有點燃，則較難燃盡，灰渣中的未燃盡碳多源于此。從鍋爐設(shè)計來講，靠側(cè)墻的火焰需要向側(cè)墻進行熱輻射，相對散熱較大，火焰溫度較低，因此四個角的煤粉著火時間延遲，不易燃盡，這也增加了側(cè)墻的吸熱比例。

3．3 二次風配風方式不合理

燃燒調(diào)整前的二次風配風模式為：所有拱上二次風開度均為80%，所有三次風開度均為75%，控制二、三次風總風門的開度均為100%。

從實際燃燒來看，該爐型的二次風剛性較大，下沖明顯偏深，從三次風入口處看火孔可以清晰看到，三次風無法托住拱上下沖的二次風，因此，這樣的配風模式與實際的燃燒情況不相匹配，進一步助推了火焰的下沖。

總之，由于淡相噴口側(cè)的煤粉濃度較低，煤粉著火較差，加之二、三次風的配風不合理，使得二次風攜帶未點燃煤粉過度下沖，造成火焰中心下移，側(cè)墻的下爐膛吸熱過多，表現(xiàn)出側(cè)墻超溫的現(xiàn)象。

4 燃燒調(diào)整措施

通過上述的原因分析，進行燃燒調(diào)整，旨在通過加強乏氣側(cè)煤粉的著火，縮短著火時間，減少火焰下沖，抬高火焰中心高度。

4．1 改善著火條件

為改善著火條件，采取以下措施：

（1）減小煤粉細度。對各臺磨煤機進行制粉試驗，結(jié)果見表1。

表1 R90與動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速的關(guān)系 %

從表1可以看出：動態(tài)分離器相對轉(zhuǎn)速在80%時，各臺磨煤機的磨制煤粉R90均在6%左右，符合設(shè)計值；但對于火焰易下沖的爐型來說，還是略微顯粗。因此，將磨煤機的動態(tài)分離器相對轉(zhuǎn)速調(diào)至最高，從80%提高至100%，以降低煤粉細度，便于縮短煤粉的著火時間及燃盡時間。通過磨煤機的制粉試驗可知，隨著動態(tài)分離器相對轉(zhuǎn)速的提高，煤粉細度明顯下降。

（2）提高磨煤機出口風溫。關(guān)掉磨煤機入口冷風溫度，盡可能提高磨煤機出口一次風溫，便于縮短煤粉的著火時間［23］。

（3）降低磨煤機出口料位。燃燒調(diào)整前，磨煤機料位為550Pa，試驗過程中，不斷降低磨煤機料位，當料位降至350Pa時，通過看火孔能夠明顯發(fā)現(xiàn)煤粉著火的改善，最終將各臺磨煤機的料位降至250Pa。因為磨煤機料位降低以后，鋼球的下落距離增加，鋼球的有效做功增加，煤粉會磨得更細［4］。

（4）增加淡相側(cè)的煤粉濃度。燃燒調(diào)整前，部分就地控制乏氣流量的開關(guān)處于半關(guān)狀態(tài)，以提高濃相側(cè)的煤粉濃度；但是淡相側(cè)著火困難，通過全開乏氣側(cè)的調(diào)門開關(guān)，在其他條件不變的情況下，側(cè)墻壁溫明顯下降，這反映了全開乏氣后，淡相側(cè)著火增強，與就地看火一致。

4．2 改變配風模式

考慮到該爐型容易出現(xiàn)火焰下沖過度的狀況，將拱上的二次風開度由原來的80%降為65%，拱下的三次風開度由原來的75%開大到90%。調(diào)整后，火焰下沖有明顯緩解。

5 燃燒調(diào)整后的運行狀況

通過上述方式對1號鍋爐進行了燃燒調(diào)整。燃燒調(diào)整以后運行狀況如下：

（1）側(cè)墻水冷壁超溫問題得到解決。燃燒調(diào)整結(jié)束后，水冷壁壁溫一直處于較為穩(wěn)定的安全運行狀態(tài)。圖6、圖7為2013年9月22日鍋爐600MW時，側(cè)墻各個測點的平均壁溫值，該時段的中間點平均溫度為417．1℃。從壁溫的分布來看，側(cè)墻平均壁溫值都能控制在報警溫度455℃以內(nèi)，燃燒調(diào)整以后，側(cè)墻壁溫的超溫狀況出現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn)，且側(cè)墻的壁溫偏差得到了有效緩解。

圖6 燃燒調(diào)整后的右墻上部水冷壁平均壁溫

圖7 燃燒調(diào)整后的左墻上部水冷壁平均壁溫

（2）各面墻的熱負荷較為均勻。燃燒調(diào)整后，各面墻的上部水冷壁管壁溫度分布與之前相比更為均勻。圖8為燃燒調(diào)整前后滿負荷下各面墻的所有壁溫測點的平均溫度情況。從圖中可見：調(diào)整后的前后墻的上部水冷壁出口管壁溫度偏差已經(jīng)很小，左右墻的上部水冷壁出口管壁溫度偏差也基本得到了消除。可見熱負荷分布已經(jīng)相對平均，熱偏差的消除能夠有效防止水冷壁局部超溫情況的發(fā)生。

圖8 燃燒調(diào)整后的各面墻平均壁溫

（3）灰渣含碳質(zhì)量分數(shù)明顯降低。通過燃燒調(diào)整，降低煤粉細度及改善著火條件以后，煤粉加強了著火，并縮短了燃盡時間，這樣對降低飛灰含碳量也有益處；此外，減少火焰下沖以后，底渣含碳量也明顯下降。通過上述調(diào)整，底渣含碳質(zhì)量分數(shù)在5%～7%，飛灰含碳質(zhì)量分數(shù)在3%～5%，大大提高了經(jīng)濟性。

燃燒調(diào)整以后，通過長時間的運行發(fā)現(xiàn)：鍋爐水冷壁壁溫、熱負荷分布、灰渣含碳量等指標均有明顯改善；此外，鍋爐也未出現(xiàn)主（再）熱汽溫下降、結(jié)焦等不利影響。

6 結(jié)語

針對貴州某發(fā)電公司1號鍋爐出現(xiàn)水冷壁側(cè)墻管壁溫度頻繁超溫的問題，進行了燃燒調(diào)整，得到以下結(jié)論：

（1）水冷壁側(cè)墻長時間超溫的原因是由于乏氣側(cè)著火較差及配風模式的不合理，導(dǎo)致火焰下沖過度造成的。

（2）通過改善乏氣側(cè)的著火條件及合理配風，水冷壁超溫的狀況得到了有效解決。

（3）燃燒調(diào)整以后，爐膛熱負荷的分布更加均勻，側(cè)墻的熱偏差有效緩解。

（4）燃燒調(diào)整后，灰渣含碳量明顯下降，大大提高了經(jīng)濟性。

［1］周文臺，程智海，金鑫，等．600MW超臨界W火焰鍋爐防超溫燃燒調(diào)整試驗研究［J］．動力工程學(xué)報，2013，33（10）：753－758．

［2］程智海．W火焰鍋爐燃燒脈動現(xiàn)象研究分析［J］．電力科學(xué)與工程，2003，19（2）：24－26．

［3］程智海，金鑫，張富祥，等．W火焰鍋爐的燃燒調(diào)整［J］．動力工程，2009，29（2）：129－133．

［4］余岳溪，李乃釗．雙進雙出磨煤機的調(diào)節(jié)特性 ［J］．廣東電力，2002，15（6）：65－67．

Combustion Adjustment Test for Water Wall Over－temperature Prevention of a Supercritical W－flame Boiler

Zhou Wentai1，Cheng Zhihai2，He Xiang1，Yang Yong1
（1．Shanghai Power Equipment Research Institute，shanghai 200240，China；2．Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China）

To solve the problems of frequent water wall over－temperature and high carbon content in ash of the No．1 boiler in a power plant，an analysis was carried out，through which the problems were found to be caused by poor combustion at exhaust gas side and unreasonable way of air distribution，leading to the over downward flame．Combustion adjustments were subsequently conducted on following aspects，such as the secondary air distribution，pulverized coal fineness and the exhaust gas valve，etc．Operation results prove above adjustments to be effective，i．e．the water wall over－temperature problem is solved，the thermal load is more uniformly distributed and the carbon content in ash is obviously reduced．

boiler；W－flame；water wall；over－temperature；combustion adjustment；fineness of pulverized coal

TK227．1

A

1671－086X（2015）01－0045－04

2014－08－10

周文臺（1981—），男，工程師，主要從事大型電站鍋爐的燃燒優(yōu)化及能耗評定方面的研究。E－mail：zhouwentai@sp eri．com．cn