黃耿波

（國能（泉州）熱電有限公司，泉州 362804）

超臨界W 型火焰鍋爐與一般的鍋爐相比，燃燒器布置在前后墻拱頂，煤粉先向下后上升燃燒，形成W 形火焰[1]，有助于無煙煤的燃燼，能較好地燃燒低揮發(fā)分無煙煤，主要運(yùn)用于貴州、四川等無煙煤埋藏量大的省份。某廠#1、#2 爐系東方鍋爐廠制造DG2067/25.73-Ⅱ12 型超臨界、W 形火焰燃燒、一次中間再熱、雙拱單爐膛直流爐。該鍋爐采用直吹式制粉系統(tǒng)，燃用無煙煤，著火困難，燃燼時(shí)間長。燃燒器布置在拱上，向下噴燃形成W 形火焰，使火焰行程加長，有利于煤粉燃燼。鍋爐共配6 套制粉系統(tǒng)，每臺磨煤機(jī)帶4 只雙旋風(fēng)煤粉濃縮燃燒器。雙旋風(fēng)煤粉濃縮燃燒器順列布置在下爐膛的前后墻爐拱上，前、后墻各12 只。每個(gè)單元布置5 個(gè)二次風(fēng)道及擋板，其中A、B、C 擋板控制爐拱上部的二次風(fēng)量，D、F 擋板控制爐拱下部的二次風(fēng)量。自機(jī)組投產(chǎn)以來，鍋爐在機(jī)組啟動(dòng)過程中多次發(fā)生屏式過熱器、低溫再熱器壁溫超溫現(xiàn)象，尤其是低溫再熱器壁溫超溫嚴(yán)重。

1 超溫機(jī)理

不計(jì)金屬管壁沾灰與積垢的熱阻，過熱器和再熱器的管壁溫度t為

式中：T為工質(zhì)溫度，℃；q為壁面熱負(fù)荷，W·m-2；a為管壁對蒸汽的對流換熱系數(shù)，W·m-2·℃-1。

由式（1）可以看出，管壁溫度將隨工質(zhì)溫度T和壁面熱負(fù)荷q的升高而上升，隨蒸汽流速的增加（a增大）而減小。q的大小主要取決于煙氣溫度和煙氣流速。煙溫越高，壁面?zhèn)鳠釡夭钤酱螅琿值越大；煙氣流速越快，煙氣側(cè)換熱系數(shù)越大，q值越大[2]。

2 受熱面超溫危害

2.1 超溫對金屬部件壽命的影響

對于鍋爐受熱面的高溫部件，目前設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)長一般在100 000 h，其中溫度水平是選擇鋼材料的主要考慮指標(biāo)。在相同應(yīng)力下，鋼材設(shè)計(jì)運(yùn)行小時(shí)τ和工作溫度T的關(guān)系一般可用拉森米勒方程表示，為

式中：LMP 為材料的蠕變模量；C為材料常數(shù)。

由式（2）可知，在相同工作應(yīng)力下，工作溫度越高，設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)間越短。例如，一個(gè)設(shè)計(jì)500 ℃的鋼材，長期超溫10 ℃運(yùn)行，其壽命會縮短一半。

2.2 受熱面超溫過熱引起組織老化而發(fā)生爆管

受熱面超溫是運(yùn)行中造成爆管的主要原因[3]。當(dāng)受熱面溫度超過設(shè)計(jì)使用溫度，鋼的基本組織球化的蠕變速度加快，組織嚴(yán)重老化，致使蠕變極限下降產(chǎn)生蠕變孔洞。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，蠕變孔洞增加且逐漸擴(kuò)大連接成串形成微裂紋，然后又形成較大的裂紋，直至過熱爆管。超溫過熱造成失效以蠕變爆管為主，這種形式的爆管在直管段、彎管段均有，以彎管段居多。

3 啟動(dòng)過程中受熱面壁溫超溫的特點(diǎn)

第一，機(jī)組從并網(wǎng)后到150 MW 以下負(fù)荷時(shí)，低溫再熱器比較容易發(fā)生超溫現(xiàn)象。第二，超溫時(shí)段發(fā)生在1 ～2 臺磨煤機(jī)運(yùn)行、負(fù)荷80 ～150 MW 時(shí)，其中低溫再熱器壁溫超溫最嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間最長，屏式過熱器次之。待機(jī)組負(fù)荷超過150 MW 后，開始恢復(fù)正常。第三，爐膛出口煙溫在500 ℃，而低溫再熱器壁溫可達(dá)600 ℃。超溫點(diǎn)發(fā)生在中部，兩側(cè)壁溫與中部壁溫差可達(dá)150 ～200 ℃。

4 啟動(dòng)過程中受熱面壁溫超溫原因

啟動(dòng)過程中，受熱面壁溫超溫原因主要包括熱偏差過大、煙氣流量與蒸汽流量不匹配、火焰中心上移、油槍及油火檢監(jiān)測運(yùn)行不可靠以及壁溫測點(diǎn)失真等[4]。

4.1 熱偏差過大

啟動(dòng)初期，爐膛周圍的溫度較低，W 形火焰鍋爐中部投運(yùn)火嘴較多，燃燒強(qiáng)，兩側(cè)燃燒較弱。投入的燃燒器在爐膛分布不均勻，造成燃燒中心偏斜，使沿爐膛寬度方向的爐膛出口煙溫和煙速分布存在一定的偏差。煙氣溫度場和速度場的分布偏差，使受熱面吸熱產(chǎn)生較大偏差，致使受熱面局部超溫。在啟、停磨機(jī)及鍋爐負(fù)荷升降的過程中，由于運(yùn)行工況的變化率過大，爐膛出口煙氣溫度場和速度場分布不均，也會加大局部超溫的可能性。

4.2 煙氣流量與蒸汽流量不匹配

在啟動(dòng)初期，鍋爐利用一部分熱量加熱鍋爐金屬使其達(dá)到穩(wěn)定溫度，利用另一部分熱量加熱爐水產(chǎn)生蒸汽。鍋爐產(chǎn)汽量與受熱面管內(nèi)蒸汽流量低于正常工況下燃料量相應(yīng)的水平。過熱器和再熱器蒸汽對受熱面的冷卻能力較正常工況低，受熱面金屬與工質(zhì)之間的溫差大于正常值。并網(wǎng)后低負(fù)荷階段，過熱器蒸汽流量本身較小，而過熱器蒸汽在高缸做功后，由于缸體疏水、抽汽等，使得再熱器蒸汽的流量更少。因此，鍋爐熱負(fù)荷發(fā)生改變時(shí)，再熱器蒸汽變化比過熱器蒸汽更快，更容易發(fā)生管壁超溫。

4.3 火焰中心上移

啟動(dòng)初期爐膛溫度低，著火推遲，導(dǎo)致火焰中心上移，產(chǎn)汽量減少，爐膛出口煙溫升高，容易造成屏式過熱器、低溫再熱器管壁超溫?；鹧嬷行氖艿綘t膛溫度、煤粉細(xì)度、磨煤機(jī)出口風(fēng)速、磨煤機(jī)出口溫度、燃燒器配風(fēng)、燃煤揮發(fā)分以及爐底漏風(fēng)情況等的影響。在爐膛溫度和條件不滿足的情況下，過早投入煤粉，煤粉不能及時(shí)著火，而推遲到上爐膛燃燒，甚至根本不燃燒；磨煤機(jī)運(yùn)行不正常，煤粉細(xì)度過粗，造成煤粉著火推遲，火焰中心升高；下爐膛送入風(fēng)量（F 風(fēng)量）過大或C 擋板風(fēng)量過小，油燃燒不完全，提升了火焰中心；鍋爐總風(fēng)量增加及爐底漏風(fēng)時(shí)，煙氣在爐內(nèi)帶走的熱量增多，爐內(nèi)輻射換熱減少，火焰中心上移，造成水冷壁產(chǎn)汽量減少、爐膛出口煙氣量增加，加劇超溫。

4.4 油槍及油火檢監(jiān)測運(yùn)行不可靠

機(jī)組啟動(dòng)過程中，投運(yùn)煤粉燃燒器要求對應(yīng)的油槍投運(yùn)正常。由于油槍霧化不好或火檢檢測不可靠，投入的油槍燃燒不好或根本未燃會影響相應(yīng)的煤粉燃燒，致使部分煤粉的燃燒推遲，火焰中心上移，造成屏式過熱器、低溫再熱器出口壁溫超溫。

4.5 壁溫測點(diǎn)失真

由于測點(diǎn)不準(zhǔn)或者部分受熱面未設(shè)置壁溫測點(diǎn)，致使受熱面壁溫運(yùn)行監(jiān)測點(diǎn)不能真實(shí)反映實(shí)際壁溫狀況，如顯示值低，甚至有的監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測不到數(shù)據(jù)，導(dǎo)致運(yùn)行人員進(jìn)行壁溫調(diào)整時(shí)誤判而造成超溫等。

4.6 煤水比調(diào)整失控

超臨界直流鍋爐的主蒸汽溫度主要是靠調(diào)整煤水比并以減溫水為輔助來調(diào)整維持目標(biāo)溫度穩(wěn)定，而煤水比調(diào)整對溫度的改變存在較大的滯后性。在鍋爐啟動(dòng)初期或者低負(fù)荷時(shí)，燃料量和給水量都較低，很容易調(diào)整不及時(shí)或者煤水比控制不當(dāng)，導(dǎo)致過熱器超溫現(xiàn)象的發(fā)生。

5 防止超溫的技術(shù)措施

在機(jī)組啟動(dòng)過程中，經(jīng)過實(shí)踐、摸索、分析和總結(jié)，對W 形火焰鍋爐啟動(dòng)過程中防止過熱器和壁溫超溫再熱器壁溫超溫采取以下措施[5]。

第一，從入爐煤管理著手，做好機(jī)組點(diǎn)火啟動(dòng)前準(zhǔn)備，配備啟動(dòng)用熱值較高、揮發(fā)分含量高、干燥的煤種。在點(diǎn)火初期運(yùn)行的制粉系統(tǒng)加入該煤種，有利于投粉后著火，并試轉(zhuǎn)給煤機(jī)檢查下煤情況。

第二，鍋爐啟動(dòng)前提前進(jìn)行風(fēng)門擋板開關(guān)實(shí)驗(yàn)并核實(shí)閥位正確，發(fā)現(xiàn)偏差較大時(shí)立即處理正常后再進(jìn)行啟動(dòng)，并對所有油槍進(jìn)行檢查、清洗，同時(shí)核實(shí)調(diào)整暖風(fēng)器疏水系統(tǒng)，防止疏水不暢導(dǎo)致點(diǎn)火熱風(fēng)溫度低。

第三，汽機(jī)盡早抽真空，鍋爐點(diǎn)火后及時(shí)投入高、低旁，保證點(diǎn)火初期再熱器及時(shí)通流蒸汽以冷卻受熱面。

第四，投油槍點(diǎn)火時(shí)充分考慮投入對角油槍，保證爐膛火焰能均勻充滿，同時(shí)每30 min 對角切換一次。升溫升壓過程必須安排就地確認(rèn)疏水門溫度是否逐步升高，確認(rèn)疏水暢通，同時(shí)對比受熱面壁溫來判斷管路是否暢通，避免疏水管或受熱面管路堵塞造成水塞。

第五，在汽機(jī)轉(zhuǎn)速2 000 r·min-1時(shí)啟一次風(fēng)機(jī)，選油槍投運(yùn)數(shù)較多的B 磨或E 磨進(jìn)行暖磨。投2 支燃燒器，待磨出口溫度達(dá)到120 ℃時(shí)啟動(dòng)磨煤機(jī)運(yùn)行，控制磨壓強(qiáng)不高于3.5 kPa。動(dòng)態(tài)分離器轉(zhuǎn)速設(shè)置高些，確保粉管少量帶細(xì)粉，將磨出口溫度控制在80 ～120 ℃。

第六，并網(wǎng)后逐漸提高磨內(nèi)壓強(qiáng)，保持低磨壓強(qiáng)運(yùn)行，F(xiàn) 擋板開度在30%左右。隨著投粉燃燒器數(shù)量的逐步增加，送風(fēng)量達(dá)到1 000 t·h-1，保證煤粉能完全著火燃燒。投運(yùn)燃燒器的油槍必須投入正常，若油槍未運(yùn)行，對應(yīng)的煤粉燃燒器要及時(shí)停運(yùn)。2 臺磨機(jī)運(yùn)行正常后，根據(jù)壁溫情況調(diào)整兩側(cè)與中部壁溫差，盡量投運(yùn)兩側(cè)燃燒器，停運(yùn)部分中部油槍和燃燒器，維持10 ～12 支油槍即可。注意爐膛出口煙溫偏差不得超過50 ℃，升負(fù)荷應(yīng)平穩(wěn)，不能采用快速升負(fù)荷的方法進(jìn)行壁溫調(diào)節(jié)。磨機(jī)的啟動(dòng)順序與油槍一致，按B、E、A、F 順序投入。

第七，在啟動(dòng)的各個(gè)階段，要及時(shí)調(diào)整二次風(fēng)擋板（即C、F 風(fēng)擋板）開度。投油時(shí)，投運(yùn)油槍的C擋板要及時(shí)開至70%，F(xiàn) 擋板開至10%；啟磨投粉初期，F(xiàn) 擋板開至30%；負(fù)荷100 MW 以上且有2 臺磨機(jī)運(yùn)行時(shí)，投運(yùn)燃燒器對應(yīng)F 擋板可開至40%。

第八，啟動(dòng)過程中控制好過熱器和再熱器氣溫，防止因氣溫超溫引起壁溫超限。沖轉(zhuǎn)前主氣溫根據(jù)油槍數(shù)控制爐膛出口氣溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，再熱器氣溫的調(diào)節(jié)需將低溫再熱器側(cè)煙氣擋板關(guān)小，開低過側(cè)煙氣擋板進(jìn)行調(diào)節(jié)。機(jī)組沖轉(zhuǎn)前嚴(yán)禁投用減溫水，防止過熱器管束發(fā)生水塞。在機(jī)組并網(wǎng)升負(fù)荷的初始階段，需采取措施增大冷再汽量。一方面，適當(dāng)開出高旁，投用高旁減溫水，增大進(jìn)入冷再的蒸汽流量的同時(shí)降低冷再氣溫；另一方面，減小二抽的抽氣量，保持暖管蒸汽即可，增大進(jìn)入冷再的蒸汽量。

第九，選取過熱器中間點(diǎn)溫度作為煤水比的調(diào)節(jié)參考值，將中間點(diǎn)溫度作為煤水比調(diào)整的前饋信號，當(dāng)中間點(diǎn)溫度發(fā)生改變時(shí)，立即調(diào)整煤水比溫度，同時(shí)輔助調(diào)整減溫水調(diào)節(jié)氣溫，起到克服煤水比調(diào)整氣溫滯后性的作用。在低負(fù)荷時(shí)，由于給煤量和給水量都較低，調(diào)整時(shí)不應(yīng)大幅操作，避免過調(diào)或者少調(diào)等造成氣溫波動(dòng)，同時(shí)應(yīng)避免氣溫驟降。

6 結(jié)語

研究分析超溫的原因，采取針對性的措施后，經(jīng)過幾次開機(jī)實(shí)踐，已能夠?qū)⑹軣崦姹跍乜刂圃谠试S范圍內(nèi)，有效避免了受熱面的超溫，確保了機(jī)組的安全性，避免發(fā)生四管泄漏問題。此外，有效控制壁溫能縮短1 h 左右的啟動(dòng)時(shí)間，節(jié)約燃油10 t 左右，確保安全性的同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性。