300 MW鍋爐微油點火啟動中防超溫控制策略

毛志堅

（浙能嘉興發(fā)電有限公司，浙江嘉興314201）

300 MW鍋爐微油點火啟動中防超溫控制策略

毛志堅

（浙能嘉興發(fā)電有限公司，浙江嘉興314201）

介紹了嘉興發(fā)電廠1，2號鍋爐微油啟動中過熱蒸汽溫度超限和溫度變化率過大的情況，分析了超溫和升溫率過大的原因，闡述了防止超溫的原理，列舉了一般對策及其弊端，提出了改善燃燒、提高汽包壓力的運行措施，包括控制入爐煤的品質，控制啟動不同階段的燃料量，調整一、二次風，提高給水溫度，提前啟動第2套制粉系統(tǒng)等，有效解決了微油啟動中過熱蒸汽超溫和溫度變化率過大的問題。

微油點火；超溫；汽壓；控制策略

嘉興發(fā)電廠1，2號300 MW機組完成了鍋爐微油點火和無電泵啟動改造后，在機組啟動帶初負荷后主蒸汽溫度上升快，甚至出現(xiàn)超溫嚴重的情況。1，2號鍋爐已運行十多年，過熱器管內壁已有明顯的氧化皮，管材劣化，鍋爐主蒸汽超溫或者溫度變化率過大將可能使氧化皮脫落或加速過熱器等管材的劣化，影響鍋爐安全運行；同時主蒸汽短時內溫升過大，將造成高壓缸內外溫差過大，即內壁溫度高、外壁溫度低，超過設計值過多，可能使汽缸內表面壓應力、外表面拉應力過大，汽缸垂直方向的內圓周伸長，結合面出現(xiàn)內張口，使汽缸產生變形[1]。因此必須有妥善的控制方法來解決機組啟動過程中帶初負荷后主蒸汽溫度上升快或超溫的問題。

1 超溫原因分析

1，2號鍋爐為亞臨界中間一次再熱汽包爐，采用四角切圓燃燒方式，設計燃料為0號柴油和神木煙煤，制粉系統(tǒng)是正壓直吹式。每臺磨煤機帶1層4個一次風噴嘴，燃燒器一次風自下而上分別為ABCDE 5層，二次風自下而上分別為AA，AB，BC，CD，DE，EF，OFA，一、二次風為間隔布置，每個一次風噴嘴均配備周界風，二次風噴嘴AB，BC，DE內設有大油槍。鍋爐微油點火改造后，磨煤機B的4個燃燒器改為微油燃燒器，燃燒器內設有微油槍。

首臺磨煤機啟動由機組并網帶初負荷后直接提前到鍋爐點火時，即微油槍點火后直接啟動，替代了2～3層大油槍。微油點火方式下機組并網后汽溫上升很快，在6 MW時將給水由省煤器進水旁路切至主路，主蒸汽溫度上升過快甚至超溫，見表1。

另外，柴油的低位發(fā)熱量是煙煤的1.7倍多，能量更集中。因此鍋爐微油點火后，爐膛火焰中心溫度有所下降而出口溫度卻有所上升，后屏過熱器與末級過熱器出口蒸汽溫度升高。

無電泵改造后，將電泵出口旁路閥移至鍋爐省煤器進口電動閥旁路上，在給水由省煤器進水旁路切至主路控制前，由于旁路調節(jié)閥通流能力和節(jié)流的限制，省煤器進口電動閥前壓力較改造前有了明顯提高（壓力不再取決汽泵壓力，僅取決于汽泵轉速）。由于過熱器減溫水處于此區(qū)間內，在給水由省煤器進水旁路切換至主路控制后，過熱器減溫水壓力下降，引起過熱器一、二級減溫水大幅度減少，主蒸汽溫度也會快速上升。

2 一般對策及其弊端

（1）從以上的分析可以看到，在機組改造后啟動中，主蒸汽溫度上升成了必然，其上升值約有100℃。為了控制主蒸汽升溫率，在并網初期主蒸汽量還未達到保護限定值前手動投入減溫水。由于主蒸汽流量較低，減溫水對主蒸汽的溫度影響較大，且很容易在某些管子內形成水塞，使管子過熱變形或爆管。

（2）為控制溫度，減溫水的投入量較大，省煤器進水由旁路切主路后，給水壓力下降較多，減溫水壓力也跟著下降，致使減溫水量降幅較大，引起主蒸汽溫度上升較多，甚至長時間超溫。

（3）在出現(xiàn)了主蒸汽溫度快速上升或超溫后，通?？坷摵?，也就是通過開大汽機調門的方法來控制汽溫。但是負荷經過快速拉升后又會跌回，汽溫上升，只能再拉升負荷，如此往復，最終使得主蒸汽發(fā)生長時間超溫。

3 避免超溫的原理

過熱蒸汽區(qū)的定溫線在高壓區(qū)域彎曲較大，在低壓區(qū)域趨向于水平直線[2]。在機組通流量較小工況下，過熱蒸汽流經包括調節(jié)級在內的級組處于亞臨界狀態(tài)，忽略背壓變化，應用弗留格爾公式[3-4]，級組前蒸汽壓力、溫度與級組蒸汽流量的關系，可以近似地用表達式予以確定：

式中：G0為參考工況下級組內的蒸汽流量；p0為參考工況下級組前的蒸汽壓力；T0為參考工況下級組前的蒸汽溫度；為變動工況下級組內的蒸汽流量；為變動工況下級組前的蒸汽壓力；為變動工況下級組前的蒸汽溫度。

綜合過熱蒸汽焓熵圖上定溫曲線和蒸汽流量與壓力的關系，可以看到在過熱蒸汽壓力升高到定溫曲線斜率等于過熱蒸汽的流量曲線斜率之前，隨著主蒸汽的壓力升高，雖然單位質量過熱蒸汽的焓值下降，但是通過汽輪機汽流的總焓值是增加的[2]。因此如果鍋爐在同一燃料量下（假定鍋爐燃燒工況不變），隨著主蒸汽壓力升高，過熱器區(qū)域煙氣溫度下降，蒸汽溫度也呈下降趨勢。

表1 帶初負荷后溫度與升溫率值

如果此時開大汽輪機調門開度，主蒸汽流量將增加。但是對于固定燃料量，人為增加蒸汽流量后，鍋爐內溫度下降，產汽量萎縮，汽壓下降，蒸汽流量下降。持續(xù)開調門，汽壓持續(xù)下降，蒸汽溫度持續(xù)升高。此時如果增加燃料量，由于低負荷時爐內火焰溫度水平低，煤粉燃燒時間長，同時爐膛容積熱負荷設計值較大，所以對汽壓的影響不顯著，過量的燃料量反而進一步使蒸汽溫度升高。

因此，機組帶初負荷后要控制主蒸汽溫度，關鍵是提高爐內溫度，改善燃燒，提高主蒸汽壓力，等汽壓上升后，再相應地開大汽輪機調門。

4 兩種控制策略比較及其弊端

第一種控制策略：并網后增投1層大油槍。0號柴油較神木煙煤的能量大，柴油的液滴較煤粉顆粒燃燒快，因此投入AB層大油槍以柴油替代一部分煤粉，燃燒加快，火焰溫度提高；另外油槍高溫火焰對煤粉進行加熱，加快煤粉的著火和燃燒。增投1層大油槍后等量燃料量下汽包壓力有明顯的上升，但是這使微油點火啟動的節(jié)油目標大打折扣。

第二種控制策略：推遲給水旁路切主路。隨著鍋爐負荷的增加，爐內燃燒加強，蒸汽流量增加，蒸汽溫度更易控制。如果在機組負荷150 MW時再將給水由旁路切至主路控制，將有利于汽溫的調節(jié)。但是，對于亞臨界機組，給水泵功率占主機發(fā)電功率3%～4%左右，低負荷時降低鍋爐給水壓力來降低給水泵耗功將給機組的熱經濟性帶來明顯益處[5]，因此，推遲給水旁路切主路，與機組無電泵啟動的初衷是背道而馳的。

5 綜合控制策略及效果

（1）鍋爐啟動過程中盡可能燃用高熱值、高揮發(fā)分、低灰分、低水分的煤種。通常揮發(fā)分愈多的煤，愈容易著火；水分多，使著火推遲，燃燒也不易完全，水分增大對過熱汽溫也有影響，一般經驗數(shù)據(jù)為：水分增加1%，過熱汽溫升高1.5℃；灰分大，使煤不易燃盡、燃燒不穩(wěn)定，并帶走大量物理顯熱，灰分增大對過熱汽溫也有影響，一般經驗數(shù)據(jù)為：灰分增加10%，過熱汽溫升高5℃[6]。

（2）汽輪機沖轉前后合理控制煤量。在關閉高、低旁路準備汽輪機沖轉前可以適當減少鍋爐燃料量，防止蒸汽溫度在汽輪機沖轉至并網前上升幅度過大，尤其是在試驗或等待時間較長時。在機組并網前適當增加鍋爐燃料量，可以減緩機組并網后汽壓下降的速度。

（3）提高給水溫度，加強除氧器加熱。在機組并網后，及時投入高、低壓加熱器尤其是高壓加熱器，在其投入后可提高給水溫度90℃左右，大大提高了給水焓值，鍋爐水冷壁上的溫度將升高，爐壁附近煙氣溫度也將升高，有利于煤粉顆粒的著火和穩(wěn)燃。

（4）合理控制一次風和二次風。適當降低投用磨煤機組的一次風量，磨煤機出口煤粉細度會有所上升，同時提高一次風溫，可以加快煤粉顆粒的著火和燃盡。二次風雖經過空預器加熱，但在鍋爐低負荷時其溫度仍遠低于爐膛內煙氣的溫度，所以過大的二次風量涌入必然降低著火區(qū)域的溫度。通常控制總風量在45%左右過剩空氣量已足夠，同時控制磨煤機組對應區(qū)域的二次風量不過大，以提高爐膛內溫度，加快煤粉顆粒的著火和燃盡。

（5）盡早投入底層磨煤機A。在機組準備并網前，應盡可能完成第2臺磨煤機的暖磨工作，以利于在機組并網后第2臺磨煤機盡早投入。這樣A，B層燃燒器出口火焰間形成互補，即A層火焰對B層煤粉燃燒起到助燃作用，A層煤粉的燃燒通過B層火焰又得以充分發(fā)展，改善爐內煤粉燃燒狀況，提高火焰溫度，同時也使得火焰中心下移，改善鍋爐受熱面輻射熱量和對流熱量的分配，提高主蒸汽壓力，從而減緩主蒸汽溫度上升。

（6）省煤器進水由旁路切主路盡可能在主、再熱蒸汽減溫水投入前完成，可以減少主、再熱蒸汽的波動。如果在切換前已經出現(xiàn)了減溫水投入的情況，可預先開大減溫水調節(jié)閥，接著馬上完成切換，減少減溫水壓力變化對減溫水量的擾動。

機組啟動時采取以上控制措施后，帶初負荷蒸汽溫度上升快或超溫的問題得以控制，見表2。

6 結語

機組啟動過程帶初負荷后主蒸汽溫度上升過快或超溫的問題出現(xiàn)在鍋爐微油點火改造和無電泵啟動改造后，這是由于在鍋爐點火后煤粉替代柴油，爐內燃燒、鍋爐受熱面輻射和對流換熱分配發(fā)生了改變，對應鍋爐燃料量的蒸汽壓力下降所造成的。通過控制入爐煤的品質，控制啟動不同階段的燃料量，調整一、二次風，提高給水溫度，提前啟動第2套制粉系統(tǒng)，注意省煤器進水由旁路切主路時的減溫水控制等措施，蒸汽溫度上升過快或超溫的問題得以解決。這對容積熱負荷較大、微油燃燒器布置較高的鍋爐微油點火啟動中避免超溫有借鑒意義。

表2 機組帶初負荷后的蒸汽溫度與減溫水量

[1]陳錫活.汽輪機高壓內缸變形原因分析及處理方法[J].廣東科技，2009（2）∶109-110.

[2]華自強，張忠進，高青.工程熱力學[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]李勇，金國華，曹祖慶.弗留格爾公式的證明及應用[J].汽輪機技術，1995（6）∶158-162.

[4]許立敏.弗留格爾公式的修正應用[J].浙江電力，1994（6）∶1-4.

[5]沈士一，莊賀慶，康松，等.汽輪機原理[M].北京：水利電力出版社，1992.

[6]容鑾恩，袁鎮(zhèn)海，劉志敏，等.電站鍋爐原理[M].北京：中國電力出版社，1997.

（本文編輯：陸瑩）

Control Strategies of Over-temperature for Micro-oil Ignition Startup of 300 MW Boiler

MAO Zhi-jian
（Jiaxing Power Generation Co.，Ltd，Jiaxing Zhejiang 314201，China）

The paper introduces the situation of superheated steam over-temperature and the excessive temperature change rate during the micro-oil ignition startup of No.1 and 2 boilers in Jiaxing Power Plant. Through the cause analysis,it elaborates the principles of preventing over-temperature，illustrates the general strategies and disadvantages,puts forward the operation measures to improve combustion and increase the drum pressure，which includes quality control for coal as fired,fuel quantity control during different stages of startup，adjustment of primary and secondary air，increase of feedwater temperature，run the second pulverizing system in advance etc.to effectively solve the problems of superheated steam over-temperature and excessive temperature change rate during the startup.

micro-oil ignition；over-temperature；steam pressure；control strategy

TK223.7+2

：B

：1007-1881（2012）03-0039-04

2011-08-30

毛志堅（1977-），男，浙江江山人，工程師，主要從事大型火電機組生產運行方面的研究工作。