楊德龍

（華能羅源發(fā)電有限責(zé)任公司，福建 福州 350000）

1 設(shè)備概述

2×660MW機組的鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、塔型露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，是武漢鍋爐廠首臺大型塔式鍋爐。

鍋爐燃燒系統(tǒng)按配中速磨熱一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng)設(shè)計，配6臺磨煤機。四角切圓直流燃燒器布置于爐膛角部，在整個爐膛內(nèi)燃燒。該燃燒系統(tǒng)包括主燃燒器和SOFA燃盡風(fēng)（Separated OFA，分離燃盡風(fēng)）部分。

主燃燒器分為上、下兩組燃燒器，每組3層煤粉噴嘴，四角共布置24只煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有燃料風(fēng)（周界風(fēng)），每個噴口上部布置有一層上部風(fēng)/偏置風(fēng)（Upper Air/Offset Air）噴口，下部布置有一層托底風(fēng)（Lower Air）噴口。在上部燃燒器頂部還布置了1層CCOFA（Closed-coupled OFA，緊湊燃盡風(fēng)）噴嘴。其中，偏置風(fēng)更靠近爐膛水冷壁，且與二次風(fēng)中心線成22度角，目的是在水冷壁附近形成富氧區(qū)域，保護爐膛水冷壁不被高溫腐蝕。爐膛內(nèi)部火球氣流旋轉(zhuǎn)方向從上往下看是順時針旋轉(zhuǎn)。

SOFA在高于主燃燒器的水冷壁上，從四面墻引入爐膛，在該區(qū)域極大地充滿整個爐膛斷面，其作為低NOx燃燒系統(tǒng)的一部分，效果顯著。在主風(fēng)箱上部同一標高上布置有SOFA風(fēng)，包括前后墻各6個、左右墻各2個直徑為Φ530mm的噴口共同構(gòu)成的對沖布置的分離燃盡風(fēng)（SOFA）燃燒器。

過熱器和再熱器分別為三級和兩級布置。從汽水分離器分離出來的蒸汽依次流過一級過熱器進口段、懸吊管過熱器、屏式過熱器、二級過熱器以及三級過熱器，然后通過主蒸汽管道送出。兩級再熱器之間采用大直徑管道端部連接。

過熱器和再熱器各級間通過連接管道進行左右交叉，有利于改善吸熱的不均勻，以減少因爐膛左右側(cè)煙溫偏差而引起的主、再熱蒸汽溫度偏差。

過熱蒸汽調(diào)溫除受燃燒器噴嘴擺動影響外，主要以控制煤水比為主，噴水減溫為輔。再熱蒸汽調(diào)溫主要采用擺動燃燒器噴嘴角度來改變火焰中心高度，從而改變爐膛出口煙溫。

2 汽溫調(diào)節(jié)存在問題及原因分析

2.1 存在問題

作為武鍋首臺大型塔式爐，我廠汽水系統(tǒng)共有2個三級過熱器出口集箱，每個集箱左右側(cè)各引出一路蒸汽管道，集箱右側(cè)引出的蒸汽管道匯合為A側(cè)主蒸汽管道，集箱左側(cè)引出的蒸汽管道匯合為B側(cè)主蒸汽管道，分別作為汽輪機兩側(cè)進汽。過熱器減溫水設(shè)置在兩級之間，即三過入口集箱設(shè)置減溫裝置，而三過出口集箱引出的四路蒸汽管道未設(shè)置單獨的減溫設(shè)備，不能精確調(diào)節(jié)。三級過熱器布置簡圖如圖1所示。

圖1 三級過熱器管道布置示意圖

當(dāng)燃燒工況變化時，三過出口的四路蒸汽管道溫度有可能會呈現(xiàn)明顯偏差，有時表現(xiàn)為中間兩列蒸汽管路溫度同時高于或低于兩側(cè)蒸汽管路溫度的對稱布置，此時為防止汽溫、壁溫超限，必須要降低總體的蒸汽溫度，但A/B側(cè)主汽溫偏差?。挥袝r表現(xiàn)為4列蒸汽管道偏差大但又非對稱布置排列，除了要降溫運行外，還存在A/B側(cè)主蒸汽溫度偏差大的問題。表1列舉了部分工況下主汽溫的偏差情況。

表1 部分工況下主汽溫偏差

末級再熱器出口集箱共一個，集箱左右側(cè)分別引出一路再熱蒸汽管道，當(dāng)兩側(cè)再熱汽溫出現(xiàn)偏差時，雖然可以用再熱器減溫水進行干預(yù)，但降低了經(jīng)濟性。

此外，根據(jù)《DL_T332.2-2010塔式爐超臨界機組運行導(dǎo)則 第二部分：汽輪機運行導(dǎo)則》規(guī)定，主、再熱汽溫兩側(cè)偏差大于17℃，15min無法恢復(fù)或主再熱汽溫偏差大于28℃，應(yīng)故障停機。

綜上，為了提高機組的安全性和經(jīng)濟型，在提升主、再熱汽溫的過程中，消除主、再熱汽溫的偏差是關(guān)鍵。

2.2 原因分析

經(jīng)過運行分析和摸索嘗試，出現(xiàn)汽溫偏差主要是如下幾個原因：一是燃燒調(diào)整方面的原因，導(dǎo)致火焰燃燒傾斜或燃燒切圓大小不合適，造成各受熱面熱負荷不均勻；二是受熱面積清潔程度不同，造成受熱面換熱效果不同；三是燃燒設(shè)備本身存在缺陷所致。下文著重對燃燒調(diào)整方面進行闡述。

3 燃燒調(diào)整方面對偏差的影響

機組投產(chǎn)后的運行中，在連續(xù)大幅降負荷或每臺磨煤量較低時，主、再熱汽溫偏差都會明顯上升，A/B側(cè)主、再熱蒸汽溫度及兩側(cè)煙溫、壁溫偏差也明顯增大，表明火焰燃燒傾斜。此時若停運一臺制粉系統(tǒng)，對消除偏差有顯著效果。觀察發(fā)現(xiàn)，停磨后剩余運行磨組二次風(fēng)門在自動狀態(tài)下開度明顯變大。由此推測，鍋爐燃燒出現(xiàn)傾斜可能是由燃燒區(qū)域二次風(fēng)門開度小、二次風(fēng)剛性不足、燃燒切圓穩(wěn)定性差導(dǎo)致。由此，該文以保證燃燒切圓的角度為思路，通過調(diào)整二次風(fēng)分配、燃燒器擺角等手段進行了嘗試，具體如下。

3.1 二次風(fēng)箱與爐膛差壓

機組在運行中通常將燃燒器二次風(fēng)門投入自動調(diào)節(jié)。除燃料風(fēng)和底層拖底風(fēng)外，二次風(fēng)門在自動狀態(tài)下會調(diào)節(jié)當(dāng)前總風(fēng)量對應(yīng)的二次風(fēng)與爐膛的差壓值，當(dāng)總風(fēng)量隨負荷下降而減少，為維持風(fēng)箱差壓，二次風(fēng)門會逐漸關(guān)小。通過降低二次風(fēng)箱與爐膛差壓的設(shè)定值，使燃燒區(qū)域二次風(fēng)門整體開大，增加燃燒區(qū)域二次風(fēng)量，提高燃燒切圓剛性。

表2為在兩組負荷工況下，分別對比二次風(fēng)箱與爐膛差壓變化前后的汽溫參數(shù)。當(dāng)二次風(fēng)箱與爐膛差壓降低時，可見外側(cè)主汽溫度上升，內(nèi)側(cè)主汽溫下降，但NOx生成量明顯上升，再熱汽溫略有下降。

表2 改變二次風(fēng)箱與爐膛差壓對汽溫的影響

可見，降低二次風(fēng)箱與爐膛差壓對改善對稱布置汽溫偏差效果明顯。需要注意的是，該鍋爐脫硝裝置設(shè)計的入口NOx值為400mg/Nm3，所以當(dāng)SCR入口NOx生成量達400mg/Nm3，或二次風(fēng)箱與爐膛差壓降低至0.3kPa的報警值時，不繼續(xù)降低二次風(fēng)箱與爐膛差壓。

3.2 偏置風(fēng)

偏置風(fēng)位于每組燃燒器二次風(fēng)門頂部，與二次風(fēng)中性線成22度角，更貼近水冷壁，目的是防止水冷壁高溫腐蝕。嘗試利用偏置風(fēng)噴口更大的切圓角度，增加偏置風(fēng)噴口的進風(fēng)量，以達到增大切圓的目的。

表3為在兩組負荷工況下，當(dāng)偏置風(fēng)開度逐漸向60%開度左右增大時，外側(cè)兩列主蒸汽管道溫度上升，內(nèi)側(cè)兩列主蒸汽管道溫度下降，與此同時，NOx生產(chǎn)量并沒有大幅增加。此時若繼續(xù)開大偏置風(fēng)，四列主汽管道溫度之間的偏差并沒有明顯變化，而NOx生成量有明顯增加。因此，實際運行中開大偏置風(fēng)對改善對稱布置汽溫偏差也有明顯效果，并且偏置風(fēng)開度控制在60%以內(nèi)為佳。

表3 改變偏置風(fēng)開度對汽溫的影響

3.3 SOFA風(fēng)

SOFA風(fēng)來源于二次風(fēng)，共有16個Φ530mm的噴口，其風(fēng)量約占總二次風(fēng)量的17%，作為低氮燃燒器的一部分，風(fēng)量占比較大。由此建立思路：當(dāng)主燃燒器區(qū)域燃燒切圓剛性不足時，通過關(guān)小SOFA風(fēng)門開度，以增加燃燒器區(qū)二次風(fēng)量的方式進行調(diào)整。

表4記錄了兩次調(diào)整SOFA風(fēng)前后的數(shù)據(jù)，比較結(jié)果顯示：1） 關(guān)小前墻SOFA風(fēng)門、開大后墻SOFA風(fēng)門，B側(cè)煙氣溫度上升，B側(cè)主汽溫偏差減小，B側(cè)再熱汽溫上升。2） 關(guān)小后墻SOFA風(fēng)門、開大前墻SOFA風(fēng)門，A側(cè)煙氣溫度上升，A側(cè)主汽溫偏差減小，A側(cè)再熱汽溫上升。3） 關(guān)小SOFA風(fēng)后，SCR入口NO明顯上升。

表4 改變SOFA開度對汽溫的影響

圖2對SOFA風(fēng)區(qū)域煙氣切圓進行了分析，以后墻和左墻為例，將后墻和左墻SOFA風(fēng)噴口的風(fēng)量簡化為垂直于爐墻的力和，因后墻噴口數(shù)量多，故＞，在與燃燒切圓的切向力切產(chǎn)生的合力合大于合，合與爐墻也就有更大的夾角，對切圓影響更大。而對墻區(qū)域切圓受到的合力是大小相等、方向相反、作用點不同的力，必然會造成切圓形態(tài)的改變。

圖2 SOFA風(fēng)區(qū)域煙氣切圓示意圖（俯視圖）

因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的高溫?zé)煔饨?jīng)過SOFA風(fēng)后，切圓理論上不是正圓，而是沿著#2、4角拉長的類橢圓形。當(dāng)關(guān)小后墻SOFA風(fēng)時，后墻的切圓受到的合力合會減小，與后墻的夾角也變小，#3角的煙氣充滿度會增加，即A側(cè)煙氣整體溫度能夠提高。這解釋了表4數(shù)據(jù)反映的現(xiàn)象，為SOFA風(fēng)的調(diào)節(jié)提供了依據(jù)。

此外，實際運行中還發(fā)現(xiàn)：1） 左右墻SOFA調(diào)節(jié)效果不明顯，應(yīng)該是噴口數(shù)量少所致。2） 鍋爐負荷越高，燃燒切圓剛性越強，SOFA對燃燒影響越小，要達到同樣效果，操作幅度要更大；低負荷時，燃燒切圓剛性欠佳，即便SOFA風(fēng)開度已經(jīng)很小，汽溫偏差仍有可能很大。3） SOFA風(fēng)在關(guān)小過程中對SCR入口NOx生成量會有明顯的影響，若NOx生成量達400mg/Nm3，應(yīng)減緩SOFA繼續(xù)關(guān)小的程度。同時，為保證有一定的冷卻，SOFA風(fēng)門開度不小于10%。

由此可得出如下結(jié)論如下：調(diào)節(jié)前后墻SOFA風(fēng)開度可以改變A/B側(cè)煙氣溫度，進而改變主、再熱蒸汽的溫度和偏差；作為低氮燃燒器的重要組成部分，關(guān)小SOFA風(fēng)，NOx生產(chǎn)量明顯增加，正常運行中應(yīng)盡量開大SOFA風(fēng)。

3.4 燃燒器擺角

通過提高燃燒器擺角提升再熱汽溫，是再熱汽溫調(diào)節(jié)常用的手段。從理論上來說，提高燃燒器擺角，火焰中心高度變高，燃燒空間減小，NOx生成量變多；燃燒切圓水平方向的分力減小，使切圓變小，四列主汽溫度會形成內(nèi)側(cè)高、外側(cè)低的現(xiàn)象。雖然A/B側(cè)主汽溫度偏差通常不會很大，但會使主蒸汽的平均溫度受限。

3.5 磨煤機組合

使用上層制粉系統(tǒng)運行或降低下層制粉系統(tǒng)煤量可以提高火焰中心高度。如表5數(shù)據(jù)所示，實際運行中除再熱汽溫得到了提升外，還發(fā)現(xiàn)A/B側(cè)主汽溫偏差有減小的現(xiàn)象。

表5 改變磨煤機組合/煤量對汽溫的影響

主要是因為火焰高度得到提升后，壓縮了火焰垂直高度上的燃燒空間，燃燒區(qū)域更接近爐膛出口，二次風(fēng)剛度足夠，切圓就足夠穩(wěn)定，但NOx生成量增大。相反地，采用下層磨組時，主燃燒區(qū)距離爐膛出口燃燒空間大，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的燃燒煙氣經(jīng)過爐膛出口時，切圓穩(wěn)定性較上層磨運行時差，因此更容易產(chǎn)生汽溫偏差。

此外，磨煤機低煤量運行時，石子煤量可能會增多，所以煤量通常不低于25t/h；若摻燒高揮發(fā)分煤種，為防止低煤量爆燃的風(fēng)險，煤量不低于35t/h。除了上述制約因素以及以穩(wěn)燃為主的低負荷階段外（AC磨配置有等離子點火裝置），通過使用上層磨組提高火焰中心高度，既能消除主汽溫偏差，又可以提高再熱汽溫，但要注意NOx的變化。

4 受熱面清潔度方面對偏差的影響

鍋爐受熱面積灰、結(jié)焦，會造成受熱面換熱能力變差，產(chǎn)生汽溫偏差。同時，結(jié)焦還會造成局部的受熱面壁溫超限，產(chǎn)生汽溫限制。所以保持受熱面清潔是受熱面均勻換熱的基礎(chǔ)，尤其是在長期高負荷高爐溫、長期低負荷未吹灰、煤種灰熔點低以及欠氧運行的工況下，要創(chuàng)造條件進行吹灰和擾動，并結(jié)合灰熔點和結(jié)焦情況有針對性地進行吹灰，避免再熱汽溫低和受熱面吹損。

5 燃燒設(shè)備缺陷方面對偏差的影響

燃燒設(shè)備本身的缺陷也是造成汽溫偏差的主要原因。包括磨煤機出口粉管一次風(fēng)量不一致、四角燃燒器噴口角度不一致和動作不線性、二次風(fēng)門指令和實際開度不一致等。

近期運行中，當(dāng)燃燒器角度由水平方向上擺5度左右時，A/B側(cè)煙氣溫度變化趨勢明顯相反，A側(cè)煙溫明顯下降，B側(cè)煙溫明顯上升，主再熱汽溫偏差隨之增大，此現(xiàn)象極大可能是由四角燃燒器動作不一致和不線性導(dǎo)致。

在機組檢修期間，要對所有燃燒器擺角、二次小風(fēng)門進行檢查，確保其不卡澀并仔細核對其開度和動作情況。制粉系統(tǒng)修后要進行磨煤機出口粉管一次風(fēng)量調(diào)平，有條件時測量各層燃燒器切圓大小。

6 結(jié)論

通過調(diào)節(jié)二次風(fēng)箱與爐膛差壓和燃燒區(qū)域偏置風(fēng)開度，對消除主汽溫內(nèi)側(cè)高（低）、外側(cè)低（高）的對稱布置偏差，效果明顯。此外，通過對二次風(fēng)箱與爐膛差壓進行調(diào)節(jié)，SCR入口NOx生成量會發(fā)生明顯變化，而通過偏置風(fēng)進行調(diào)節(jié)，NOX生成量變化不大。

調(diào)節(jié)前后墻SOFA風(fēng)開度，可以改變A/B側(cè)煙氣溫度，進而改變主、再熱蒸汽的溫度和偏差。優(yōu)點是SOFA操作靈活，能改善兩側(cè)煙氣溫度情況，對非對稱布置的汽溫偏差調(diào)平效果好。作為低氮燃燒器的重要組成部分，關(guān)小SOFA風(fēng)，NOx生產(chǎn)量明顯增加，正常運行中應(yīng)盡量開大SOFA風(fēng)。

通過燃燒器擺角提高火焰中心高度時，再熱蒸汽溫度和NOx生產(chǎn)量明顯上升，但會隨著主汽溫內(nèi)側(cè)高外側(cè)低的對稱偏差，使主蒸汽平均溫度受限。

通過使用上層磨組或降低下層磨煤量的運行方式，可以有效降低主汽溫對稱布置的偏差、提高主再熱汽溫，但NOx生成量也會變大。

綜合幾種調(diào)節(jié)方法，在兼顧汽溫和NO的同時，采取的策略為首先，降負荷時及時減少制粉系統(tǒng)數(shù)量，確保運行制粉系統(tǒng)二次風(fēng)的剛度，并盡可能使用上層制粉系統(tǒng)運行。其次，通過擺角提高火焰中心高度提升再熱汽溫。當(dāng)主再熱汽溫偏差增大后，優(yōu)先通過開大運行磨組的偏置風(fēng)消除汽溫偏差，盡可能將SOFA風(fēng)門開大，以減小NO的生產(chǎn)量。若偏差仍舊偏大或為非對稱布置的偏差，最后再考慮關(guān)小SOFA風(fēng)門、降低二次風(fēng)與爐膛差壓，以增加燃燒區(qū)二次風(fēng)剛度。在小于300MW的低負荷階段以穩(wěn)燃為主，及時切換至下層制粉系統(tǒng)運行。

通過上述調(diào)整手段，可以有效消除大多數(shù)工況出現(xiàn)的汽溫偏差，為主、再熱汽溫的提升提供了行之有效的調(diào)整策略。