李 誠(chéng)，余貴云

（國(guó)家電投集團(tuán)江西電力有限公司貴溪發(fā)電有限責(zé)任公司，江西 貴溪 335400）

0 引言

貴溪發(fā)電廠三期為2臺(tái)640MW-HG-1964/25．4-YM17型超臨界鍋爐機(jī)組，為哈爾濱鍋爐廠自主開(kāi)發(fā)研制的640MW等級(jí)超臨界鍋爐。該鍋爐為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運(yùn)行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的直流鍋爐、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置的π型鍋爐。采用中速磨直吹制粉系統(tǒng)，每爐配6臺(tái)HP1003碗式中速磨煤機(jī)，燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)5臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用；煤粉細(xì)度R90=18.4%。鍋爐采用新型切圓燃燒方式，爐內(nèi)煙氣的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，主燃燒器布置在水冷壁的四面墻上，每層4只燃燒器對(duì)應(yīng)一臺(tái)磨煤機(jī)。SOFA燃燒器布置在主燃燒器區(qū)上方的水冷壁的四角，以實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒降低NOX排放，同時(shí)SOFA燃燒器擺角水平可調(diào)，可實(shí)現(xiàn)與主氣旋的正切（逆時(shí)針）和反切（順時(shí)針）。

2號(hào)鍋爐自投產(chǎn)以來(lái)，兩側(cè)主、再熱汽溫偏差一直較大，造成平均主、再汽溫長(zhǎng)期偏低，同時(shí)由于偏差造成單側(cè)主、再熱蒸汽管壁溫度較高，管壁經(jīng)常超溫報(bào)警。2017年1至4月份主、再熱汽溫見(jiàn)表1。

表1 2017年1至4月份主、再熱汽溫℃

1 汽溫偏差形成的原因

2號(hào)鍋爐采用的是新型切圓燃燒方式，主燃燒器布置在水冷壁的四面墻上。這種燃燒方式具有爐膛充滿度好，擾動(dòng)大、有利于燃燼，并且可實(shí)現(xiàn)空氣分級(jí)供風(fēng)、燃燒分級(jí)的燃燒，從而降低NOx排放量，有利于環(huán)保。然而，隨著火力發(fā)電機(jī)組不斷向更高參數(shù)，更大容量發(fā)展，爐膛煙道寬度也隨之增大，但爐膛高度有限，氣流的旋轉(zhuǎn)作用在爐膛出口不能完全消失，存在殘余旋轉(zhuǎn)。對(duì)于在爐內(nèi)形成逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)氣流的鍋爐，左右墻煙氣的流動(dòng)特征是不一樣的，靠近爐膛左側(cè)處的氣流并不是直接流向水平煙道，而是由于殘余旋轉(zhuǎn)的作用，氣流的方向先有一個(gè)向前墻流動(dòng)的趨勢(shì)，然后氣流被主氣流的疊加后，經(jīng)歷了一個(gè)減速、滯止和反向加速的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，而右側(cè)的氣流在得到主氣流的疊加后直接向水平煙道處流動(dòng)，速度變大，出現(xiàn)左側(cè)氣流的運(yùn)動(dòng)速度比右側(cè)小，從而導(dǎo)致了爐膛出口水平煙道左右側(cè)的速度分布不均勻，而出現(xiàn)煙速偏差現(xiàn)象，見(jiàn)圖1。

圖1 煙氣流速偏差

對(duì)于氣流在爐內(nèi)形成逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)切圓的墻式切圓鍋爐，煙氣由爐膛出口通過(guò)水平煙道時(shí)，由于爐膛上部左側(cè)的煙氣向爐膛后面運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)小于爐膛上部右側(cè)煙氣隨主氣流運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，引起了左、右側(cè)速度分布的不均勻。同時(shí)由于左側(cè)煙氣流動(dòng)的機(jī)理要比右邊復(fù)雜的多，煙氣在左邊流動(dòng)的過(guò)程中存在著一個(gè)減速、停滯、反向加速的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中流向爐膛前方反方向流動(dòng)的煙氣卻與煙道中旋轉(zhuǎn)回流的氣流發(fā)生相對(duì)抨擊，產(chǎn)生強(qiáng)大的氣流擾動(dòng)，導(dǎo)致對(duì)流換熱作用得到加強(qiáng)。然而右側(cè)煙氣流動(dòng)的情況就相對(duì)比較簡(jiǎn)單，進(jìn)入屏區(qū)之后，能夠穩(wěn)定快速的流向爐后。

爐膛的殘余旋轉(zhuǎn)使?fàn)t膛煙氣室左側(cè)煙氣的主流方向先流向前墻再返回流向爐膛后方，煙氣在左邊流動(dòng)的過(guò)程中存在著一個(gè)減速、停滯、反向加速的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中流向爐膛前方反方向流動(dòng)的煙氣卻與煙道中旋轉(zhuǎn)回流的氣流發(fā)生相對(duì)抨擊，產(chǎn)生強(qiáng)大的氣流擾動(dòng)，導(dǎo)致對(duì)流換熱作用得到加強(qiáng)，并且使?fàn)t膛上部左側(cè)煙氣充滿度強(qiáng)于右側(cè)，屏區(qū)受熱面吸熱量左側(cè)大于右側(cè)，導(dǎo)致?tīng)t膛出口煙溫出現(xiàn)左低右高，并且由于右側(cè)煙氣流速較左側(cè)高、右側(cè)煙氣流量大總放熱量大，從而引起爐膛上部過(guò)熱器和再熱器系統(tǒng)因吸熱不均而出現(xiàn)氣溫偏差[1-5]。

2 采用SOFA風(fēng)調(diào)整的方法

通過(guò)前面的原因分析可以得出造成左、右側(cè)汽溫偏差的原因主要是由于爐內(nèi)煙氣的殘余旋轉(zhuǎn)使煙氣進(jìn)入左、右兩側(cè)水平煙道所遇阻力不同，進(jìn)而造成左、右兩側(cè)溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)的不均勻。由此入手，要調(diào)整兩側(cè)汽溫偏差有兩種手段：消除殘余旋轉(zhuǎn)；采取一定的方法使左側(cè)煙氣更順利的進(jìn)入水平煙道。從這兩點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)運(yùn)行中的摸索得出以下SOFA風(fēng)的調(diào)整方法：

1）將四層SOFA風(fēng)調(diào)至反切位置。將SOFA風(fēng)調(diào)至反切角度的目的是消旋，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)2號(hào)鍋爐的SOFA風(fēng)全部在正切位置，SOFA風(fēng)起不到消旋的作用。5月份C修將2號(hào)鍋爐SOFA調(diào)至反切位置后，通過(guò)調(diào)整發(fā)現(xiàn)部分負(fù)荷段通過(guò)將四層SOFA開(kāi)大可以起到減小汽溫偏差的效果，但效果不是特別理想。SOFA反切效果見(jiàn)圖2：

2）四層SOFA集中開(kāi)啟并保持大開(kāi)度，同時(shí)保持合適的二次風(fēng)檔板開(kāi)度。同時(shí)開(kāi)啟并保持60%以上的開(kāi)度其作用非常明顯。由于二次風(fēng)與SOFA風(fēng)共同擁有一個(gè)風(fēng)箱，減小二次風(fēng)量則間接增加了SOFA風(fēng)量，即增加了其反切作用，有利于氣流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度降低，所以二次風(fēng)檔板開(kāi)度的配合也很重要，基本原則是保持SOFA風(fēng)60%以上開(kāi)度，通過(guò)調(diào)整二次風(fēng)擋板開(kāi)度維持風(fēng)箱差壓在0.5 kPa以上。

圖2 煙氣反切效果示意

3）四層SOFA風(fēng)采取縮腰型配風(fēng)方式。當(dāng)負(fù)荷不高、總風(fēng)量不大的情況下四層SOFA同時(shí)保持大開(kāi)度會(huì)造成風(fēng)箱差壓過(guò)低，造成SOFA動(dòng)能不足，此時(shí)SOFA風(fēng)可以采用縮腰型配風(fēng)，開(kāi)大第一層與第四層SOFA風(fēng)，適當(dāng)關(guān)小第二層與第三層SOFA風(fēng)。

4）SOFA風(fēng)采用非對(duì)稱(chēng)配風(fēng)方式（只開(kāi)啟2號(hào)角關(guān)閉其他角）。通常的SOFA風(fēng)調(diào)節(jié)方式是四個(gè)角同時(shí)對(duì)稱(chēng)開(kāi)啟，但目前由于SOFA消旋的作用有限，四個(gè)角SOFA對(duì)稱(chēng)開(kāi)啟時(shí)尚不足以使?fàn)t膛出口的殘余旋轉(zhuǎn)消除，反而削弱了每個(gè)角SOFA的動(dòng)能。圖2所示2號(hào)角的位置在左后墻位置，靠近左側(cè)水平煙道入口方位，當(dāng)開(kāi)啟2號(hào)角SOFA風(fēng)時(shí)由于其與主氣旋呈反切形式，可以對(duì)該區(qū)域的氣流起到制動(dòng)轉(zhuǎn)向的作用，使氣流更易被引風(fēng)機(jī)的吸力帶入水平煙道，使左側(cè)氣流的流動(dòng)呈現(xiàn)與右側(cè)相似的情況，因此可以起到平衡左右兩側(cè)煙氣速度場(chǎng)與溫度場(chǎng)的作用，并且單獨(dú)開(kāi)啟2號(hào)角的SOFA可以提高風(fēng)箱差壓，強(qiáng)化SOFA的動(dòng)能。目前2號(hào)鍋爐SOFA基本上采用此種方法，高負(fù)荷采用均等配風(fēng)，四層開(kāi)度一致，開(kāi)度保持在80%-100%，中低負(fù)荷開(kāi)度保持在50%-80%，當(dāng)風(fēng)箱差壓不足時(shí)中低負(fù)荷可采用縮腰型配風(fēng)方式。

2號(hào)鍋爐500MW負(fù)荷采用原來(lái)的SOFA四個(gè)角同時(shí)開(kāi)啟配風(fēng)方式下的煙溫及汽溫情況見(jiàn)圖3-5。

圖3 SOF風(fēng)四個(gè)角同時(shí)開(kāi)啟配風(fēng)

圖4 SOF風(fēng)四個(gè)角同時(shí)開(kāi)啟煙溫

圖5 SOF風(fēng)四個(gè)角同時(shí)開(kāi)啟主再汽溫

2號(hào)鍋爐采用改進(jìn)的非對(duì)稱(chēng)配風(fēng)方式，即只開(kāi)戶2號(hào)角關(guān)閉其他角，500 MW負(fù)荷的煙溫及汽溫情況見(jiàn)圖6-8。

圖6 SOF風(fēng)非對(duì)稱(chēng)配風(fēng)

圖7 SOF風(fēng)非對(duì)稱(chēng)配風(fēng)煙溫

圖8 SOF風(fēng)非對(duì)稱(chēng)配風(fēng)主再汽溫

通過(guò)以上截圖數(shù)據(jù)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，采用單獨(dú)開(kāi)啟2號(hào)角SOFA風(fēng)的配風(fēng)方式兩側(cè)煙溫及汽溫都非常平衡。

3 取得的效果及效益

通過(guò)采用非對(duì)稱(chēng)調(diào)整SOFA風(fēng)的調(diào)整試驗(yàn)，不僅顯著提高了2號(hào)鍋爐的主、再熱蒸汽平均汽溫，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)由于煙溫差減小，使右側(cè)分隔屏及高溫再熱器管壁超溫現(xiàn)象大幅改善，安全效益顯著。2號(hào)鍋爐調(diào)整試驗(yàn)前后汽溫比較見(jiàn)表2。

表2 調(diào)整前后主、再熱汽溫對(duì)比℃

4 對(duì)環(huán)保參數(shù)及燃燒經(jīng)濟(jì)性的影響分析

設(shè)置SOFA風(fēng)（燃燼風(fēng)）燃燒器的目的是實(shí)現(xiàn)燃燒過(guò)程中空氣的分級(jí)供給，以減少NOx的生成量，在燃燒的后半段補(bǔ)充燃燼風(fēng)可以使煤粉充分燃燒。采用此種非對(duì)稱(chēng)SOFA配風(fēng)方式，只是改變了SOFA在四個(gè)角之間的分配，并未影響燃燒后半段空氣的供給量，因此對(duì)NOx的生成量與飛灰含碳量不會(huì)產(chǎn)生不利影響。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果也證實(shí)，采用非對(duì)稱(chēng)的SOFA風(fēng)配風(fēng)方式，脫硝入口的NOx濃度與鍋爐的飛灰含碳量與采用對(duì)稱(chēng)配風(fēng)方式時(shí)一樣。

5 結(jié)語(yǔ)

切圓燃燒方式具有許多優(yōu)點(diǎn)，目前我國(guó)燃煤電站鍋爐約有70%以上采用切圓燃燒方式。切圓燃燒方式主要特點(diǎn)是爐內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)，引起爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)中心低壓區(qū)卷吸高溫?zé)煔猓寶饬鞒浞只旌?，形成良好的著火條件和穩(wěn)定的燃燒環(huán)境，并且顆粒在爐內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，有利于燃盡。但由于爐膛高度有限，爐膛出口仍然存在氣流的殘余旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致水平煙道處左右側(cè)出現(xiàn)煙速偏差與煙溫偏差的現(xiàn)象，使過(guò)熱器與再熱器的管屏左右側(cè)吸熱不均勻，出現(xiàn)熱偏差現(xiàn)象，造成兩側(cè)汽溫偏差大進(jìn)而拉低平均汽溫，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，情況嚴(yán)重時(shí)，導(dǎo)致受熱面出現(xiàn)超溫爆管事故。因此，研究爐膛出口煙溫偏差對(duì)提高鍋爐運(yùn)行的安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)效益均具有重要意義。本文從提高2號(hào)鍋爐平均汽溫入手，通過(guò)分析造成汽溫偏差的原因，找到了適合貴溪發(fā)電公司640 MW兩臺(tái)鍋爐SOFA風(fēng)配風(fēng)的方法。在實(shí)際調(diào)整過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，隨著機(jī)組負(fù)荷、磨煤機(jī)運(yùn)行方式的改變，SOFA風(fēng)的配風(fēng)方式亦有所不同，但基本方向仍如本文所述。