摘要：從切圓大小和切圓偏斜兩個(gè)方面分析了1 000 MW切圓燃燒塔式爐過(guò)、再熱器壁溫超限的原因，并針對(duì)性地提出了運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整方法，對(duì)因受熱面積灰造成的超溫，給出了針對(duì)性吹灰的方法措施，可為同類(lèi)型機(jī)組的運(yùn)行調(diào)整提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：切圓;塔式爐;壁溫;吹灰;運(yùn)行調(diào)整

中圖分類(lèi)號(hào)：TK227.1" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2023）15-0010-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.15.003

0" " 引言

切圓燃燒由于具有燃燒穩(wěn)定、煤種適應(yīng)性廣、燃燒效率高及NOx生成量低等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為我國(guó)大容量煤粉鍋爐的主要燃燒布置方式，廣泛應(yīng)用于660 MW及以上等級(jí)電站鍋爐。然而，由于布置形式造成的爐膛出口殘余旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的煙速、煙溫偏差，勢(shì)必會(huì)造成過(guò)、再熱器出現(xiàn)汽溫偏差，尤其是布置在靠近爐膛出口的三過(guò)和二再，進(jìn)而導(dǎo)致過(guò)、再熱器部分管屏出現(xiàn)超溫，嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性[1]。再加上近年來(lái)水、風(fēng)、光等新能源不斷發(fā)展，導(dǎo)致火電機(jī)組調(diào)峰任務(wù)越來(lái)越嚴(yán)峻，低負(fù)荷、超低負(fù)荷運(yùn)行已成為常態(tài)，更是加劇了過(guò)、再熱器壁溫超溫現(xiàn)象，使其進(jìn)一步惡化。

本文以某電廠投產(chǎn)的1 000 MW切圓燃燒塔式爐為例，分析了切圓大小及切圓偏斜對(duì)過(guò)、再熱器壁溫的影響，并針對(duì)性地提出了運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整方法;對(duì)因受熱面積灰造成的超溫，給出了針對(duì)性吹灰的方法措施，可為同類(lèi)型機(jī)組的運(yùn)行調(diào)整提供借鑒和參考。

1" " 設(shè)備概況

某電廠1 000 MW鍋爐為超超臨界壓力參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流鍋爐，型號(hào)為SG-3040/27.56-M538，采用單爐膛塔式布置形式、一次中間再熱、四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊構(gòu)造、露天布置，主、再汽溫額定值為605/603 ℃。爐膛上部依次分別布置有一級(jí)過(guò)熱器、三級(jí)過(guò)熱器、二級(jí)再熱器、二級(jí)過(guò)熱器、一級(jí)再熱器、省煤器。

鍋爐燃燒系統(tǒng)按照中速磨正壓直吹系統(tǒng)設(shè)計(jì)，配備6臺(tái)磨煤機(jī)，正常運(yùn)行中運(yùn)行5臺(tái)磨煤機(jī)可以帶到BMCR，每臺(tái)磨煤機(jī)引出4根煤粉管道到爐膛四角，爐外安裝煤粉分配裝置，每根管道分配成兩根管道分別與兩個(gè)一次風(fēng)噴嘴相連，共計(jì)48個(gè)直流式燃燒器分12層布置于爐膛下部四角（每?jī)蓚€(gè)煤粉噴嘴為一層），在爐膛中呈四角切圓方式燃燒。緊挨頂層燃燒器設(shè)置有CCOFA，在燃燒器組上部設(shè)置有SOFA，每個(gè)角9個(gè)噴嘴，采用TFS分級(jí)燃燒技術(shù)，可以減少NOx的排放。

2" " 存在問(wèn)題

直流燃燒器的運(yùn)行特點(diǎn)是煤粉進(jìn)入爐膛后，在爐內(nèi)切向燃燒形成強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)上升的氣流，氣流最大切向速度的連線構(gòu)成爐內(nèi)實(shí)際切圓，爐膛中心是速度很低的微風(fēng)區(qū)。實(shí)際切圓是切向燃燒的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)爐膛結(jié)焦、穩(wěn)燃以及爐膛出口的煙速、煙溫偏差都有一定的影響。

2.1" " 切圓大小的問(wèn)題

該電廠自投產(chǎn)以來(lái)，在中、高負(fù)荷（700 MW以上）時(shí)，三過(guò)各屏吸熱情況明顯呈駝峰型曲線分布，吸熱偏差相對(duì)嚴(yán)重，表現(xiàn)為在三過(guò)6屏和17屏附近吸熱最多，且吸熱最多區(qū)域正對(duì)應(yīng)爐內(nèi)火焰集中的環(huán)形區(qū)域（也即火焰切圓），由圖1可知。通過(guò)改變火焰切圓大小，就可以改變各屏吸熱情況，從而達(dá)到調(diào)整控制壁溫不超限的目的。

2.1.1" " 影響切圓大小的因素

2.1.1.1" " 燃燒器設(shè)計(jì)角度

燃燒器設(shè)計(jì)切角的大小決定了燃燒切圓的大小。如圖2所示，α為煤粉氣流、周界風(fēng)與燃燒器安裝中心線形成的夾角，煤粉氣流、周界風(fēng)均沿該方向射入爐膛，形成一個(gè)小的切圓;β為偏置輔助風(fēng)相對(duì)煤粉氣流的偏置角度，形成一個(gè)較大的切圓，火焰集中在兩個(gè)切圓圍成的環(huán)狀區(qū)域;γ為SOFA風(fēng)與燃燒器安裝中心線形成的反切角，其旋轉(zhuǎn)方向與火焰相反，可以減小切圓。煤粉氣流、周界風(fēng)、偏置輔助風(fēng)、SOFA風(fēng)等的相互作用疊加，共同決定了爐內(nèi)燃燒切圓的大小。而α、β和γ的大小受鍋爐一/二次風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)壓以及二次風(fēng)量在各二次風(fēng)噴口的分配、一/二次風(fēng)配比等影響，通過(guò)改變鍋爐相關(guān)參數(shù)，就可以改變爐內(nèi)切圓的大小[2]。

2.1.1.2" " 磨煤機(jī)運(yùn)行方式

磨煤機(jī)的運(yùn)行方式對(duì)切圓的大小有一定影響。一般相同工況下，磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)較多以及出現(xiàn)斷層燃燒的情況時(shí)，切圓會(huì)偏小一些。

2.1.2" " 應(yīng)用實(shí)例

圖3所示為該電廠750 MW時(shí)再熱器各管出口溫度情況：二再出口1/4管溫度偏高，2/3管即使減溫水已經(jīng)關(guān)閉仍然偏低。對(duì)比此時(shí)E、F燃燒器二次風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度情況（圖4）發(fā)現(xiàn)，E、F層燃燒器偏置二次風(fēng)開(kāi)度明顯偏大，甚至比同層的煤層輔助風(fēng)開(kāi)度都大，顯然這種情況將導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)切圓偏大，造成過(guò)、再熱器吸熱出現(xiàn)偏差。將E、F層燃燒器偏置二次風(fēng)開(kāi)度收小后，再熱器管子之間的溫差可以縮小到10 ℃左右，偏差情況明顯好轉(zhuǎn)。

2.1.3" " 調(diào)整注意事項(xiàng)

當(dāng)然，爐內(nèi)燃燒切圓大小的調(diào)整必須有一個(gè)度，過(guò)大或過(guò)小均不行。切圓過(guò)大一次風(fēng)氣流偏斜程度可能增大，易引起水冷壁的結(jié)渣、磨損;切圓偏小則影響燃燒穩(wěn)定性，不利于煤粉的著火和燃燼。另外，在使用二次風(fēng)門(mén)擋板調(diào)整切圓大小時(shí)，應(yīng)避免在水冷壁附近產(chǎn)生還原性氣氛，造成水冷壁的高溫腐蝕，同時(shí)還應(yīng)密切關(guān)注送風(fēng)機(jī)出口壓力情況，防止送風(fēng)機(jī)失速。

2.2" " 切圓偏斜的問(wèn)題

近年來(lái)，由于新能源的快速發(fā)展，煤電機(jī)組負(fù)荷率及利用小時(shí)數(shù)快速下降，低負(fù)荷運(yùn)行已然成為常態(tài)，這給大容量機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，該廠同樣也不例外。當(dāng)鍋爐運(yùn)行在中、低負(fù)荷時(shí)（700 MW以下），因鍋爐熱負(fù)荷下降，爐膛火焰充滿度降低，水冷壁出口溫度出現(xiàn)了明顯的偏差，嚴(yán)重時(shí)能達(dá)到30 ℃以上，水冷壁T-max頻繁報(bào)警，過(guò)熱器各管屏吸熱情況偏差也更加明顯（圖5），壁溫駝峰曲線不再對(duì)稱(chēng)，壁溫最高點(diǎn)發(fā)生了偏移，顯然此時(shí)爐內(nèi)燃燒切圓發(fā)生了偏斜。

根據(jù)前文分析的火焰切圓大小的影響因素，不難得出造成火焰切圓偏斜的原因不外乎以下幾點(diǎn)：1）各角燃燒器二次風(fēng)擋板開(kāi)度出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致二次風(fēng)量偏差;2）各角燃燒器擺角擺動(dòng)角度不一致;3）因布置原因造成的磨煤機(jī)各角一次風(fēng)量、風(fēng)速等不平。對(duì)于這些設(shè)備上的問(wèn)題，除了嚴(yán)格執(zhí)行電廠的定期校驗(yàn)制度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題主動(dòng)干預(yù)調(diào)整外，還應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，利用日常消缺還有停爐檢修機(jī)會(huì)，對(duì)設(shè)備缺陷進(jìn)行徹底治理;對(duì)于磨煤機(jī)各角一次風(fēng)不平，除了利用檢修機(jī)會(huì)檢查一次風(fēng)縮孔磨損程度并及時(shí)重新調(diào)整，還應(yīng)在熱態(tài)時(shí)進(jìn)行一次風(fēng)調(diào)平試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)校驗(yàn)調(diào)整各角一次風(fēng)情況;另外，低負(fù)荷時(shí)，鍋爐工況回縮，火焰偏小且集中，此時(shí)適當(dāng)增大鍋爐氧量，對(duì)緩解切圓偏斜有一定作用。

2.3" " 受熱面不均勻積灰及處理

除火焰切圓偏斜外，受熱面不均勻積灰也會(huì)導(dǎo)致過(guò)、再熱器部分管屏出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。此時(shí)進(jìn)行針對(duì)性吹灰，可以清除受熱面上的積灰，有效緩解甚至消除部分管屏的超溫現(xiàn)象。

下面以三級(jí)過(guò)熱器為例，介紹如何進(jìn)行針對(duì)性吹灰。

三級(jí)過(guò)熱器共有22屏，每屏共有38根管子。三級(jí)過(guò)熱器#1～#22屏從爐左側(cè)依次向右側(cè)布置，每屏38根管子由內(nèi)向外依次編號(hào)為#1～#38，吹灰器布置在爐左右兩側(cè)，編號(hào)從前到后依次為L(zhǎng)/R7～L/R12，如圖6和圖7所示。

2.3.1" " 吹灰器的投用

所謂“針對(duì)性吹灰”，即明確受熱面積灰位置后投入該區(qū)域吹灰器對(duì)該位置進(jìn)行吹灰。受熱面積灰位置的判定可根據(jù)受熱面區(qū)域壁溫情況，該區(qū)域汽溫、減溫水等來(lái)綜合考量;還應(yīng)考慮受熱面煙溫情況，若該區(qū)域管屏壁溫偏低、煙溫偏高且相應(yīng)位置蒸汽溫度較低或蒸汽溫度正常但減溫水量較其他管子明顯偏少，則可判定該區(qū)域積灰。再結(jié)合受熱面及吹灰器布置情況，即可選擇相應(yīng)區(qū)域吹灰器進(jìn)行吹灰。

如圖8所示，某次吹灰前三過(guò)6屏15管至6屏38管區(qū)域壁溫明顯低于其他區(qū)域，且6屏1管壁溫異常偏高，已接近報(bào)警值630 ℃，顯然三過(guò)6屏附近產(chǎn)生了積灰，對(duì)照三過(guò)區(qū)域吹灰器布置情況，選擇L7進(jìn)行吹灰后，三過(guò)6屏15管至6屏38管區(qū)域壁溫明顯回升，6屏1管壁溫也已回落，積灰情況好轉(zhuǎn)，吹灰后三過(guò)壁溫情況如圖9所示。

2.3.2" " 吹灰時(shí)長(zhǎng)的選擇

該廠吹灰器完整吹灰時(shí)長(zhǎng)為10 min，進(jìn)、退兩個(gè)過(guò)程各5 min，有效吹灰半徑為1.5～3.5 m?？梢酝ㄟ^(guò)人為縮短吹灰時(shí)長(zhǎng)從而控制吹灰器影響區(qū)域，進(jìn)而達(dá)到針對(duì)性吹灰的目的。

圖10為某次減負(fù)荷后三過(guò)出口溫度情況，結(jié)合圖11三過(guò)1管溫度曲線圖可知，#1管減負(fù)荷之前汽溫就不高，只有590 ℃左右，一波減負(fù)荷直接跌到570 ℃。試吹L10吹灰器1.5 min后，汽溫明顯好轉(zhuǎn)，基本穩(wěn)定在600 ℃左右，且對(duì)其他區(qū)域壁溫影響很小。

2.3.3" " 吹灰時(shí)注意事項(xiàng)

吹灰器的有效工作半徑與吹灰蒸汽壓力有關(guān)，可根據(jù)受熱面布置密集程度、積灰程度等，適當(dāng)調(diào)整吹灰壓力，從而保證吹灰效果;一過(guò)、三過(guò)布置在爐膛出口斷面前，主要吸收爐膛內(nèi)的輻射熱量，投用該處吹灰器時(shí)，可能吹到附近的水冷壁，造成主、再汽溫同時(shí)下降，因而吹灰時(shí)應(yīng)特別慎重，注意觀察汽溫變化情況，避免過(guò)吹。

3" " 結(jié)束語(yǔ)

1 000 MW切圓燃燒塔式爐過(guò)、再熱器壁溫超限的原因多種多樣，國(guó)內(nèi)不少學(xué)者從鍋爐燃燒系統(tǒng)及爐內(nèi)過(guò)程特性、過(guò)熱器與再熱器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布置等方面開(kāi)展了大量的理論分析與試驗(yàn)研究工作，取得了良好的效果[1]。本文結(jié)合前人經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)切圓大小的調(diào)整、切圓偏斜程度的改善以及針對(duì)性吹灰等運(yùn)行調(diào)整手段，有效改善了各工況條件下過(guò)、再熱器壁溫超限情況，提高了鍋爐主再汽溫，保證了機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 吳乃新，王剛，吳明州，等.燃盡風(fēng)水平偏轉(zhuǎn)對(duì)切圓燃燒鍋爐再熱器煙氣側(cè)偏差的影響分析[J].鍋爐技術(shù)，2016，47（3）：45-52.

[2] 趙曉磊.關(guān)于超臨界四角切圓直流爐汽溫調(diào)整方法的探討[J].能源與節(jié)能，2020（6）：148-150.

收稿日期：2023-04-21

作者簡(jiǎn)介：鹿存龍（1990—），男，江蘇徐州人，工程師，研究方向：1 000 MW火電機(jī)組的運(yùn)行調(diào)整。