甄玉波　戚彩蓮

摘 要：華電六安電廠有限公司#3機(jī)組運(yùn)行中存在受熱面左右側(cè)壁溫偏差、再熱器出口汽溫偏差大的問題，導(dǎo)致機(jī)組在額定主、再熱汽溫運(yùn)行的時(shí)候左側(cè)受熱面易超溫和再熱器左側(cè)存在事故噴水的現(xiàn)象，影響了機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了解決這個問題，從影響偏差的各個因素入手，綜合考慮，提出切實(shí)可行的運(yùn)行方式，尋找鍋爐燃燒的最優(yōu)工況，為機(jī)組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供相關(guān)參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：660MW機(jī)組；受熱面壁溫；汽溫；事故噴水；經(jīng)濟(jì)性；安全性；控制困難；解決方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.036

0 前言

華電六安電廠有限公司擴(kuò)建 2×660MW 機(jī)組鍋爐為：超超臨界參數(shù)、變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、Π 型半露天布置、除灰渣系統(tǒng)為干式（風(fēng)冷）機(jī)械式除渣系統(tǒng)、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。爐后尾部布置兩臺轉(zhuǎn)子直徑為Φ14236mm 的三分倉容克式空氣預(yù)熱器。

鍋爐采用中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺鍋爐配6 臺磨煤機(jī)（5運(yùn)1備）。24 只直流式燃燒器分6 層布置于爐膛下部四角，煤粉和空氣從四角送入，在爐膛中呈切圓方式燃燒。最上排燃燒器噴口中心標(biāo)高為35488mm，距分隔屏底部距離為21962mm。最下排燃燒器噴口中心標(biāo)高為26078mm，至冷灰斗轉(zhuǎn)角距離為5188mm。在主燃燒器和爐膛出口之間標(biāo)高42178mm 處布置有1 組下層燃燼風(fēng)（LOFA）燃燒器噴嘴，距上排燃燒器噴口中心6090mm。在主燃燒器和爐膛出口之間標(biāo)高46237mm 處布置有1 組上層燃燼風(fēng)（HOFA）燃燒器噴嘴，距上排燃燒器噴口中心10749mm。

1 問題簡述

#3機(jī)組燃用煤種為混煤。其中，A、B、C磨煤機(jī)為黃陵煤，全水分為9.4%，揮發(fā)分為34.31%，灰分為15.77%，低位發(fā)熱量為24.31MJ/Kg；D、E、F為潘集西煤，全水分為8%，揮發(fā)分為42%，灰分為28%，低位發(fā)熱量為20.9MJ/Kg。煤的工業(yè)分析接近設(shè)計(jì)值，660MW負(fù)荷下，鍋爐左墻垂直段水冷壁壁溫明顯較其它三面墻的高，說明爐內(nèi)火球出現(xiàn)偏斜，這從末過、末再的壁溫分布也可以得到驗(yàn)證；末過、末再的左右側(cè)壁溫最高值偏差約20℃，左側(cè)壁溫最高值離報(bào)警值很接近，限制了汽溫的提高；由于低溫再熱器和末再的汽溫偏差，導(dǎo)致再熱器出口汽溫存在10～20℃ 的偏差。

2 原因分析

660MW鍋爐的過熱器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完全是左右對稱的，末過的水力不均系數(shù)僅在6%以下。因此，受熱面能有如此大的壁溫偏差只能從煙氣側(cè)尋找原因。

對于四角切圓鍋爐，假想切圓位于爐膛中央。如果燃燒器安裝質(zhì)量、冷態(tài)檢查、一次風(fēng)調(diào)平等都達(dá)到要求，那么可以認(rèn)為截止到分隔屏底，爐內(nèi)氣流的溫度場和速度場是左右對稱的，左右側(cè)應(yīng)該沒有偏差現(xiàn)象存在。

在進(jìn)入屏區(qū)后，由于殘余旋轉(zhuǎn)的存在及分隔屏的切割導(dǎo)流作用，出現(xiàn)了煙氣速度場、流量場及溫度場的偏差現(xiàn)象，對順時(shí)針方向切圓燃燒方式而言，由于煙氣殘余旋轉(zhuǎn)慣性的作用，使上爐膛右側(cè)區(qū)內(nèi)主煙氣的流向指向爐前，能通過整個分隔屏區(qū)，之后再返回流向其后的水平煙道；而左側(cè)區(qū)內(nèi)，由于氣流的慣性，速度方向是指向爐后。因此其主流只經(jīng)過分隔屏下部區(qū)而直接短路流向爐后。后屏區(qū)的煙氣流動情況也與之類似，也就是說，在上爐膛中，右側(cè)區(qū)的煙氣流充滿程度大大好于左側(cè)區(qū)，這便是爐膛上部區(qū)域受熱面吸熱量呈左低右高進(jìn)而造成屏區(qū)出口煙溫左高右低的主要原因。

3 解決方案

影響受熱面吸熱偏差的各個因素主要包括：偏置風(fēng)開度、周界風(fēng)開度、輔助風(fēng)開度、CCOFA開度、SOFA開度、SOFA水平擺角、SOFA垂直擺角以及主燃燒器的擺角。為了便于掌握各因素對偏差產(chǎn)生的影響，采取單變量法。

3.1 SOFA水平擺角

#3機(jī)組日常運(yùn)行中的SOFA水平擺角位置為反切15°。從運(yùn)行數(shù)據(jù)來看，受熱面左側(cè)壁溫最高值比右側(cè)高出15～20℃，且壁溫最高點(diǎn)比較靠外側(cè)，在變負(fù)荷的動態(tài)過程中極易超溫報(bào)警；分隔屏與末過左右側(cè)吸熱溫升約有10℃的偏差，低再左右側(cè)吸熱溫升約有15℃的偏差，而其余各受熱面左右側(cè)吸熱溫升基本一致，導(dǎo)致再熱器出口兩側(cè)汽溫一致的情況下左側(cè)有事故噴水。根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，水平煙道左側(cè)煙氣量大于右側(cè)且殘余旋轉(zhuǎn)往左側(cè)偏斜，此時(shí)SOFA已經(jīng)反切到頭，無法進(jìn)一步起到消旋作用了。為了增加水平煙道右側(cè)的煙氣量，可以將#3、#4角SOFA水平擺角由反切15°調(diào)整至正切15°。

經(jīng)試驗(yàn)得知，隨著#3、#4角水平擺角由反切15°調(diào)整至正切15°，末過、末再左側(cè)壁溫下降，右側(cè)壁溫升高，這是左側(cè)煙氣量減少、右側(cè)煙氣量增加的結(jié)果；分隔屏左右側(cè)吸熱溫升差值越來越大，這是殘余旋轉(zhuǎn)越來越強(qiáng)的結(jié)果；因此，將#3、#4角水平擺角置為正切15°，可以減小受熱面左右側(cè)壁溫偏差。

3.2 SOFA垂直擺角

一般來說，SOFA垂直擺角對再熱汽溫、灰渣含碳量、NOX等參數(shù)影響較大，并且SOFA垂直擺角四個角擺動幅度不一致對減小汽溫、壁溫偏差有著積極的意義。根據(jù)#3機(jī)組日常運(yùn)行的情況，在#3、#4角水平擺角為正切15°的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步增加受熱面右側(cè)區(qū)域的煙氣量，可以將#2、#3角SOFA垂直擺角上擺。

經(jīng)試驗(yàn)得知，當(dāng)2、3號角SOFA垂直擺角由50%擺至80%，末過、末再左側(cè)壁溫繼續(xù)下降，右側(cè)壁溫基本維持不變；分隔屏左右側(cè)吸熱溫升差值略微減小，后屏、末過、末再、低再左右側(cè)吸熱溫升差值增大，雖然低再左右側(cè)吸熱偏差加大，但是由于低再與末再之間存在交叉且末再左右側(cè)吸熱偏差同樣加大。因此，在末過、末再壁溫左側(cè)高于右側(cè)的情況下，可以將#2、#3角垂直擺角適當(dāng)上擺以減小受熱面左右側(cè)壁溫偏差。

3.3 煙氣擋板

煙氣擋板作為主、再熱汽溫調(diào)節(jié)的主要手段之一，調(diào)整煙氣擋板的開度可以調(diào)整低過、低再的溫升比例，同時(shí)也會影響到其他受熱面的吸熱；并且減小低過左右側(cè)溫升偏差。額定負(fù)荷下，分別將左側(cè)、中間、右側(cè)低再煙氣擋板從100%關(guān)小至60%，分析煙氣擋板開度對鍋爐受熱面壁溫、汽溫的影響。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)得知，當(dāng)左側(cè)低再煙氣擋板開度減小時(shí)，同時(shí)左側(cè)低過煙氣擋板開度則相應(yīng)增大，使得左側(cè)低再吸熱下降、低左側(cè)過吸熱增加。可見煙氣擋板的調(diào)整并沒有改變整個后煙井煙氣左右側(cè)的阻力，并不會造成前面受熱面左右側(cè)吸熱溫升的變化。因此，通過開大或關(guān)小某一塊低再煙氣擋板并無法調(diào)整低再左右側(cè)吸熱溫升，也無法對受熱面壁溫偏差產(chǎn)生影響。由于低再溫升比設(shè)計(jì)值高出20℃以上，低再管壁溫度較高且偏差較大，可以綜合考慮低再管壁溫度和再熱器出口汽溫，調(diào)整低再煙氣擋板開度。

3.4 偏置風(fēng)

采用同心切圓（CFS）燃燒方式，部分二次風(fēng)氣流在水平方向分級，在始燃燒階段推遲了空氣和煤粉的混合，NOx 形成量少。由于一次風(fēng)煤粉氣流被偏轉(zhuǎn)的二次風(fēng)氣流（CFS）裹在爐膛中央，形成富燃料區(qū)，在燃燒區(qū)域及上部四周水冷壁附近則形成富空氣區(qū)，這樣的空氣動力場組成減少了灰渣在水冷壁上的沉積，并使灰渣疏松，減少了墻式吹灰器的使用頻率，提高了下部爐膛的吸熱量。

理論上分析，偏置風(fēng)關(guān)小后應(yīng)該使得起旋減弱，消旋加強(qiáng)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)得知，末過、末再的壁溫已經(jīng)是左邊偏低，呈現(xiàn)出左低右高的現(xiàn)象，這應(yīng)該是消旋過頭的現(xiàn)象；當(dāng)偏置風(fēng)關(guān)小后，末過、末再左側(cè)壁溫進(jìn)一步下降，左右側(cè)壁溫偏差繼續(xù)增大，結(jié)合分隔屏、末過、低再、末再的左右側(cè)吸熱溫升差值看，關(guān)小偏置風(fēng)可以減小消旋。因此結(jié)合機(jī)組實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整起旋（偏置風(fēng)）和SOFA（消旋風(fēng)）的比例，才能起到減小受熱面汽溫偏差與壁溫偏差的作用。

3.5 主燃燒器擺角

燃燒器擺角一直被視為調(diào)節(jié)再熱汽溫最有效、最直接的調(diào)溫方法。其主要思路就是抬高鍋爐燃燒火焰中心，提高爐膛出口煙氣溫度，最終使得再熱器吸熱增加，提高再熱汽溫。理論上主燃燒器擺角對受熱面壁溫偏差與汽溫偏差影響不大，但是當(dāng)燃燒器安裝質(zhì)量不理想，同一層的四個角燃燒器擺動角度不一致時(shí)將會引起煙氣流場偏差，造成受熱面出口汽溫與壁溫偏差。

結(jié)合受熱面壁溫與汽溫偏差可知，隨著燃燒器擺角的上擺，末再左側(cè)壁溫下降，右側(cè)壁溫上升，左右側(cè)壁溫偏差逐漸減小。主燃燒器擺角對各級受熱面左右側(cè)吸熱溫升有一定的影響，隨著擺角的上擺，分隔屏、后屏、末過左右側(cè)吸熱溫升偏差先增大后減?。坏驮俚钠钪饾u減??；末再的偏差逐漸增大。綜上分析，當(dāng)燃燒器擺角為80%時(shí)，再熱器出口汽溫偏差最小。因此，可以優(yōu)先利用主燃燒器擺角上擺滿足再熱器出口汽溫，如果再熱汽溫低再，可利用煙氣擋板使得再熱器出口汽溫達(dá)到設(shè)計(jì)值，一方面可以減少低再的吸熱從而降低低再管壁溫度；另一方面可以在減小末過、末再左側(cè)壁溫的同時(shí)減小再熱器左右側(cè)出口汽溫偏差。

4 結(jié)論

本文從影響鍋爐受熱面吸熱偏差的各個因素入手，利用分量法對鍋爐進(jìn)行燃燒調(diào)整分析，綜合考慮，找到合理有效的調(diào)整方法，改善機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)型、安全性，并為同類型機(jī)組的燃燒調(diào)整提供一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁立新.電廠鍋爐原理[M].中國電力出版社，2006（08）.

[2]安徽華電六安發(fā)電有限公司.660MW超超臨界機(jī)組集控運(yùn)行規(guī)程[S].

作者介紹：甄玉波（1980-），男，山東臨沂人，學(xué)士，工程師，主要從事火力發(fā)電廠集控運(yùn)行和管理工作。