超臨界燃煤鍋爐金屬受熱面壁超溫探究與處理

陳增春，席朝輝，洪艷，顧四勝

(華電宿州發(fā)電有限公司，安徽宿州234101)

0 引言

鍋爐是由東方鍋爐(集團(tuán))有限公司制造的超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流鍋爐，單爐膛、一次中間再熱、采用前后墻對(duì)沖燃燒方式，平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、露天布置燃煤鍋爐、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。鍋爐采用前后墻對(duì)沖燃燒方式，24只煤粉燃燒器分三層布置在爐膛前后墻上。在最上排燃燒器上方布置一排燃燼風(fēng)口(OFA)，減少NOx的生成。煤粉燃燒器采用日立－巴布科克公司(BHK)的HT-NR3型低NOx旋流燃燒器。配有等離子點(diǎn)火裝置，用于鍋爐啟停。鍋爐采用冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配6臺(tái)ZGM113G型中速磨煤機(jī)，B-MCR工況時(shí)5臺(tái)磨即可滿足，1臺(tái)備用。風(fēng)煙系統(tǒng)配有2臺(tái)動(dòng)葉調(diào)節(jié)軸流式送風(fēng)機(jī)，2臺(tái)靜葉調(diào)節(jié)軸流式吸風(fēng)機(jī)，2臺(tái)動(dòng)葉調(diào)節(jié)軸流式一次風(fēng)機(jī)，2臺(tái)密封風(fēng)機(jī)，2臺(tái)火檢風(fēng)機(jī)，2臺(tái)三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。

1 超溫情況

自2009年上半年以來(lái)一直存在1號(hào)鍋爐金屬壁溫高問題，尤其以屏過壁溫最為明顯，表1為鍋爐壁溫報(bào)警值，至12月底，多次出現(xiàn)屏過壁溫超過600℃的情況，且1號(hào)爐出現(xiàn)過屏過掛焦現(xiàn)象。圖1為2010年1月6日至8日屏過壁溫監(jiān)測(cè)曲線，可以看出，短短3天內(nèi)壁溫有5次超過600℃，最高611℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于屏過壁溫控制值585℃，對(duì)鍋爐安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

表1 鍋爐壁溫報(bào)警值℃

圖1 調(diào)整前2009年12月鍋爐屏過壁溫監(jiān)測(cè)圖

2 超溫分析

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況全面分析，認(rèn)為造成1號(hào)鍋爐受熱面金屬壁溫高的直接原因是爐內(nèi)燃燒行程拉長(zhǎng)，火焰中心上移。

1)燃盡風(fēng)噴嘴中心風(fēng)拉桿開度過大。根據(jù)HTNR3型燃燒器燃盡風(fēng)噴口的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，必須對(duì)燃盡風(fēng)進(jìn)行節(jié)流，以免造成燃盡風(fēng)量偏大，下部煤粉燃燒器供氧不足。

圖2 燃燒器配風(fēng)示意圖

2)磨煤機(jī)出力不夠。磨煤機(jī)選用ZG113G中速磨煤機(jī)，保證出力71.36 t/h，選型偏大，但是實(shí)際磨煤機(jī)出力一般在45～50 t/h，很難達(dá)到55 t/h。磨煤機(jī)本身的運(yùn)行狀態(tài)不佳，造成出粉細(xì)度達(dá)不到要求，煤粉細(xì)度偏粗造成燃燒行程拉長(zhǎng)，火焰中心上移。

3)一次風(fēng)量偏大。一是一次風(fēng)速偏高，二是磨煤機(jī)投運(yùn)臺(tái)數(shù)偏多。一次風(fēng)速偏高造成煤粉顆粒入爐速度偏高，煤粉在爐內(nèi)停留時(shí)間變短，著火點(diǎn)推后，火焰中心上移。同時(shí)，鍋爐的控制邏輯決定一次風(fēng)量偏大必然造成二次風(fēng)量偏低，燃燒器區(qū)域二次風(fēng)供應(yīng)不足。

4)二次風(fēng)量測(cè)量裝置不準(zhǔn)，鍋爐總風(fēng)量計(jì)算邏輯不合理。具體分析是鍋爐二次風(fēng)測(cè)量裝置測(cè)量結(jié)果比實(shí)際值偏大。

5)爐內(nèi)總風(fēng)量計(jì)算邏輯有問題，計(jì)算邏輯未考慮空預(yù)器漏風(fēng)?？疹A(yù)器漏風(fēng)以一次風(fēng)漏入煙氣側(cè)為主，而在總風(fēng)量的計(jì)算邏輯中以一次風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量計(jì)算，所以計(jì)算總風(fēng)量大于實(shí)際值。因一次風(fēng)機(jī)以保證制粉系統(tǒng)安全為前提，而爐總風(fēng)量跟蹤負(fù)荷曲線，所以一次風(fēng)計(jì)算量偏大就造成了送風(fēng)機(jī)出力下降，二次風(fēng)量偏小。

6)燃燒器三次風(fēng)影響。三次風(fēng)門設(shè)置呈明顯的“倒三角”布置，即最上層燃燒器三次風(fēng)門全開，中間層三次風(fēng)門開度50%，最下層燃燒器三次風(fēng)門全關(guān)。此種配風(fēng)方式針對(duì)較好煤質(zhì)有降低爐膛中心溫度，拉升火球長(zhǎng)度，降低NOx排放的優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)于劣質(zhì)煤而言卻存在著供氧不及時(shí)，火焰中心上升，燃燒器區(qū)域溫度下降，爐渣含碳量升高等劣勢(shì)。同時(shí)，燃盡風(fēng)比重加大又加重了“倒三角”的影響，勢(shì)必造成屏過吸熱量及壁溫的升高。

7)過熱器減溫水量影響。分析發(fā)現(xiàn)，在給水流量不變的情況下，隨著減溫水量的增加，因屏過蒸汽流量減少，金屬冷卻效果降低，屏過壁溫升高。

3 解決方法

1)針對(duì)電廠入爐燃料多變、煤質(zhì)不穩(wěn)的情況，采用“正三角”的配風(fēng)方式。三次風(fēng)門均設(shè)置在50%位置，而采用風(fēng)箱入口電動(dòng)門調(diào)節(jié)配風(fēng)方式。根據(jù)HT-NR3型燃燒器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，適當(dāng)關(guān)小燃盡風(fēng)中心風(fēng)量，拉桿位置關(guān)小15%～20%。

2)運(yùn)行人員對(duì)風(fēng)機(jī)的調(diào)正以調(diào)平風(fēng)機(jī)電流為原則，以調(diào)平兩側(cè)風(fēng)機(jī)出力，必要時(shí)可進(jìn)行手動(dòng)設(shè)偏置調(diào)節(jié)。

3)進(jìn)行磨煤機(jī)調(diào)整，優(yōu)化磨煤機(jī)出口煤粉細(xì)度，同時(shí)降低一次風(fēng)速，降低一次風(fēng)量，降低火焰中心。

4)運(yùn)行人員保證風(fēng)箱一定的二次風(fēng)箱壓力，保證二次風(fēng)射流剛度及三次風(fēng)旋流強(qiáng)度。在一次風(fēng)速偏高的情況下，根據(jù)燃燒器設(shè)計(jì)特點(diǎn)，二次風(fēng)入爐風(fēng)速應(yīng)高于一次風(fēng)，形成“風(fēng)包粉”的形式，三次風(fēng)需要一定的風(fēng)箱壓力以形成旋流動(dòng)力。如果風(fēng)箱壓力無(wú)法保證，則無(wú)法保證二次風(fēng)及時(shí)送達(dá)劇烈燃燒區(qū)域而沿爐墻上升，造成二次風(fēng)與缺氧區(qū)域混合延遲，火焰中心上移。所以運(yùn)行人員應(yīng)根據(jù)負(fù)荷情況及時(shí)調(diào)整送風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓，以保證風(fēng)箱壓力。

5)合理調(diào)整過熱器減溫水量，避免大幅調(diào)節(jié)。

6)利用停爐備用機(jī)會(huì)進(jìn)行一次風(fēng)冷態(tài)試驗(yàn)，對(duì)一次風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量調(diào)整，提高測(cè)量準(zhǔn)確性。2010年2月一次風(fēng)冷態(tài)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一次風(fēng)速存在較明顯測(cè)量偏差，最大偏差超過8 m/s。

4 結(jié)論

通過制定合理的解決策略，進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整，至2010年2月底解決長(zhǎng)期困擾鍋爐安全運(yùn)行的屏過壁溫超溫問題。圖3為2010年3月4日至7日的屏過壁溫監(jiān)測(cè)圖，可以分析出屏過壁溫與調(diào)整前整體運(yùn)行水平下降15℃，最高溫度一般在580℃以下，瞬間未超過583℃。

圖3 調(diào)整后2010年3月鍋爐屏過壁溫監(jiān)測(cè)圖

超臨界燃煤鍋爐運(yùn)行中受熱面壁溫應(yīng)該嚴(yán)格控制，發(fā)生超溫時(shí)通過認(rèn)真分析原因，制定解決策略，進(jìn)行細(xì)致的調(diào)整試驗(yàn)，可以有效解決。