鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)過程中汽溫倒掛問題的分析與對(duì)策

蔡國(guó)柱，胡中慶，李文華，李 劍

（1.浙江浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江 樂清 325602；2.浙江天工自信科技有限公司，杭州 310014；3.浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

0 引言

微油點(diǎn)火技術(shù)是在鍋爐啟動(dòng)時(shí)以煤代油為啟爐提供能量，以達(dá)到鍋爐啟動(dòng)和穩(wěn)燃工況下節(jié)省用油的目的。微油點(diǎn)火改造后啟爐時(shí)，因爐內(nèi)傳熱分配比例發(fā)生變化，相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)會(huì)與改造前有所不同，出現(xiàn)啟爐時(shí)升溫、升壓速率不同，過熱器進(jìn)、出口汽溫倒掛（末級(jí)過熱器進(jìn)口汽溫高于出口汽溫）等情況。從已進(jìn)行微油點(diǎn)火改造的鍋爐運(yùn)行情況看，微油點(diǎn)火改在最下層（A層）時(shí)汽溫倒掛現(xiàn)象并不明顯，但改在從下往上數(shù)第二層（B層）時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定程度的過熱器汽溫倒掛現(xiàn)象。

溫州發(fā)電廠二、三期4臺(tái)300 MW機(jī)組鍋爐完成微油點(diǎn)火技術(shù)改造后，在冷爐啟動(dòng)過程中一直存在較嚴(yán)重的汽溫倒掛現(xiàn)象。為避免在啟動(dòng)過程中汽溫倒掛過大而引起屏式過熱器出口汽溫超溫，以及可能給鍋爐帶來的一些不安全因素，在冷爐啟動(dòng)時(shí)機(jī)組帶負(fù)荷前需投入大油槍，同時(shí)降低微油點(diǎn)火燃燒器的出力。如此的運(yùn)行方式導(dǎo)致啟爐時(shí)微油點(diǎn)火技術(shù)無法得到充分應(yīng)用，節(jié)油效率大打折扣。

1 設(shè)備概況及改造情況

溫州發(fā)電廠300 MW機(jī)組二期3號(hào)、4號(hào)鍋爐以及三期5號(hào)、6號(hào)鍋爐均為上海鍋爐廠引進(jìn)美國(guó)ABB-CE公司技術(shù)生產(chǎn)，分別為SG-1025/18.3-M843和SG-1025/17.5-M869型的亞臨界中間一次再熱控制循環(huán)汽包爐，配用中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，單爐膛π型露天布置、固態(tài)排渣、平衡通風(fēng)、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，采用四角正反切圓燃燒、噴嘴擺動(dòng)調(diào)溫，燃用中等結(jié)渣性煙煤，現(xiàn)常用煤種為富動(dòng)24、優(yōu)混煤，設(shè)計(jì)煤種參數(shù)如表1所示。3號(hào)、4號(hào)機(jī)組分別于2001年4月和2001年9月投產(chǎn)，5號(hào)、6號(hào)機(jī)組分別于2005年3月和2005年7月投產(chǎn)。

表1 鍋爐設(shè)計(jì)煤種參數(shù) %

爐前布置5臺(tái)HP-863型中速磨煤機(jī)，每臺(tái)磨煤機(jī)出口4根煤粉管道接1層燃燒器，4臺(tái)磨煤機(jī)就可滿足鍋爐最大出力（BMCR）負(fù)荷，其中1臺(tái)備用。燃燒器四角布置，采用WR燃燒器和同心反切圓燃燒系統(tǒng)，共20只切向燃燒擺動(dòng)式燃燒器，分5層布置。燃燒器自下而上依次為：AA，A，AB，B，BC，C，CD，D，DE，E，EF，OFA。

每臺(tái)鍋爐設(shè)有3層輕油槍，共12支，采用機(jī)械霧化，二級(jí)點(diǎn)火方式，燃用0號(hào)輕柴油，單支油槍出力1 000 kg/h。

2006年4月—2007年8月，相繼對(duì)5號(hào)、6號(hào)、4號(hào)、3號(hào)爐進(jìn)行微油點(diǎn)火改造。考慮到鍋爐正常運(yùn)行一般投用上4層燃燒器，為了能在低負(fù)荷工況投微油槍運(yùn)行時(shí)減少切換磨煤機(jī)的工作量，將B磨所對(duì)應(yīng)的B層燃燒器（從下往上第二層）改造為微油點(diǎn)火燃燒器，B磨改造后啟動(dòng)給煤量為10 t/h，微油槍設(shè)計(jì)出力為40～60 kg/h·支。改造后大油槍系統(tǒng)保持不變。

2 汽溫倒掛現(xiàn)象

溫州發(fā)電廠300 MW機(jī)組利用微油點(diǎn)火進(jìn)行冷爐啟動(dòng)時(shí)，存在鍋爐升壓緩慢而升溫較快的問題，鍋爐啟壓后末級(jí)過熱器進(jìn)口汽溫高于出口汽溫。隨著B磨給煤量的增加，末級(jí)過熱器汽溫倒掛進(jìn)一步加劇，特別在汽機(jī)沖轉(zhuǎn)至帶30～40 MW負(fù)荷階段，為了穩(wěn)住鍋爐蒸汽壓力，增加了B磨出力，汽溫倒掛現(xiàn)象更加嚴(yán)重，高達(dá)60℃以上，甚至出現(xiàn)屏式過熱器出口汽溫超溫現(xiàn)象，而溫州發(fā)電廠鍋爐一、二級(jí)過熱器減溫水要在機(jī)組帶30 MW負(fù)荷后才可投用，因而給鍋爐運(yùn)行安全帶來一定隱患。為了控制啟爐過程中汽溫倒掛現(xiàn)象，運(yùn)行人員會(huì)在汽機(jī)沖轉(zhuǎn)前投入2～4只大油槍進(jìn)行助燃，同時(shí)降低B磨出力，投入A磨運(yùn)行。鍋爐微油點(diǎn)火啟動(dòng)過程的汽溫曲線如圖1所示。

圖1 鍋爐微油點(diǎn)火啟動(dòng)相關(guān)參數(shù)

嘉興發(fā)電廠一期300 MW機(jī)組鍋爐與溫州發(fā)電廠二、三期鍋爐同類型，微油點(diǎn)火改造時(shí)也將B層燃燒器改為微油點(diǎn)火燃燒器。在微油點(diǎn)火啟爐過程中同樣出現(xiàn)了過熱器汽溫倒掛現(xiàn)象，但倒掛程度略好于溫州發(fā)電廠，最高約30℃，主要原因是嘉興發(fā)電廠一期鍋爐減溫水在機(jī)組帶負(fù)荷之前即可投入，有效控制了過熱器進(jìn)口蒸汽溫度，減小了汽溫倒掛程度。另外，嘉興發(fā)電廠一期鍋爐燃用的神華煤揮發(fā)份較高，也有利于汽溫倒掛的控制。

3 原因分析

微油點(diǎn)火是在鍋爐啟爐時(shí)以煤代油，由于煤與油的燃燒特性不同，引起微油點(diǎn)火冷爐啟動(dòng)初期爐內(nèi)的傳熱分配與大油槍啟動(dòng)有所不同。爐膛水冷壁吸熱有95%來自輻射，從爐膛的輻射公式來看， 決定輻射強(qiáng)度的 2 個(gè)關(guān)鍵因素是火焰溫度和傳熱系數(shù)。用微油點(diǎn)火啟爐時(shí)，煤的燃燼時(shí)間比燃油長(zhǎng)，燃燒強(qiáng)度偏弱，相應(yīng)的煤粉火焰會(huì)比較長(zhǎng)，從而引起啟爐初期火焰中心上移，隨著磨煤機(jī)給煤量的增加，火焰中心上移會(huì)更加明顯，同時(shí)由于微油點(diǎn)火燃燒器安裝在B層，使火焰中心上移的影響更為突出。冷爐啟動(dòng)時(shí)，微油點(diǎn)火燃燒器產(chǎn)生的煤燃燒火焰溫度比油火焰低，利用微油點(diǎn)火，在啟爐初期燃燒器噴口處的煤粉火焰溫度雖可達(dá)1 000℃左右，但隨著火焰向爐膛推進(jìn)，溫度逐漸下降，爐膛內(nèi)煤粉整體火焰溫度約為600～850℃。另外，利用微油點(diǎn)火啟爐，煤粉燃燒產(chǎn)生的大量飛灰充滿爐膛，加之此時(shí)爐內(nèi)通風(fēng)比較弱，爐膛內(nèi)非常渾濁，可見度差，飄浮在爐膛內(nèi)的飛灰焦炭顆粒溫度較低，且具有很強(qiáng)的輻射吸熱能力，阻礙了煤粉火焰對(duì)爐壁的輻射傳熱。以上原因?qū)е聽t膛下部輻射吸熱減少，更多的熱量傳到爐膛上部或?qū)α魇軣崦妫瑢?dǎo)致微油點(diǎn)火啟爐時(shí)鍋爐升壓慢而升溫快，出現(xiàn)汽溫倒掛現(xiàn)象。

4 解決措施

根據(jù)以上研究分析，為減緩溫州發(fā)電廠300 MW機(jī)組微油點(diǎn)火冷爐啟動(dòng)過程中出現(xiàn)的汽溫倒掛現(xiàn)象，需要提高微油點(diǎn)火燃燒器煤粉燃燒強(qiáng)度，控制煤粉火焰的中心，加強(qiáng)爐膛下部的輻射傳熱比率。根據(jù)各臺(tái)機(jī)組的具體情況，采取了以下調(diào)節(jié)措施：

（1）在微油點(diǎn)火冷爐啟爐時(shí)，盡可能給B磨提供高揮發(fā)份、高熱值、低水份的燃煤。高揮發(fā)份、低水份燃煤有利于微油點(diǎn)火時(shí)加強(qiáng)煤粉燃燒，提高煤粉的燃燒強(qiáng)度和火焰溫度，強(qiáng)化爐膛下部的傳熱。

（2）在微油點(diǎn)火燃燒器許可范圍內(nèi)適當(dāng)提高微油槍出力，增強(qiáng)微油點(diǎn)火燃燒器的引燃能力，促進(jìn)煤粉燃燒。在提高微油槍出力時(shí)，應(yīng)密切關(guān)注微油燃燒器的壁溫情況，以防燃燒器燒損。

（3）在微油點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)，適當(dāng)關(guān)小微油燃燒器所對(duì)應(yīng)的磨煤機(jī)出口風(fēng)門擋板，以提高煤粉細(xì)度，加強(qiáng)煤粉燃燒，有利于提高煤粉火焰溫度、煤粉燃燼和火焰中心的控制。

（4）合理控制啟爐時(shí)磨煤機(jī)一次風(fēng)的投用，中速磨啟爐時(shí)可以把一次風(fēng)量控制在50 t/h左右。一次風(fēng)量的降低不但可以提高煤粉細(xì)度，還可以延長(zhǎng)煤粉在微油燃燒器高溫引燃區(qū)的停留時(shí)間，有利于煤粉引燃和燃燼。另外，運(yùn)行條件允許時(shí)可盡量提高磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫度，以提高一次風(fēng)風(fēng)煤混合物的溫度，加強(qiáng)煤粉燃燒。

（5）調(diào)整二次風(fēng)的配風(fēng)方式，合理控制二次風(fēng)總風(fēng)量。過多的二次風(fēng)量會(huì)降低燃燒區(qū)域的整體火焰溫度，減弱高溫?zé)煔庠跔t膛底部的輻射傳熱，所以在保證鍋爐安全運(yùn)行的前提下，盡量減小啟爐初期的二次風(fēng)總風(fēng)量，把鍋爐運(yùn)行總風(fēng)量控制在45%～55%，滿足運(yùn)行所需即可。調(diào)整二次風(fēng)配風(fēng)方式，當(dāng)鍋爐啟壓后，提高微油燃燒器上方的BC和CD層二次風(fēng)風(fēng)量，減小爐膛上部DE，EF，OFA和爐膛下部AB層的二次風(fēng)風(fēng)量，延長(zhǎng)煤粉火焰在爐膛下部的停留時(shí)間，防止火焰中心上移。

溫州發(fā)電廠5號(hào)爐微油點(diǎn)火冷爐啟動(dòng)時(shí)，對(duì)配風(fēng)方式和油槍出力進(jìn)行調(diào)整，從點(diǎn)火到帶40 MW負(fù)荷的整個(gè)過程不投大油槍，僅用微油點(diǎn)火完成，取得了較好的效果，汽溫倒掛現(xiàn)象得到有效控制，最高倒掛溫度小于35℃，較以往有了明顯改善。啟爐過程相關(guān)數(shù)據(jù)曲線如圖2所示。

圖2 5號(hào)爐微油點(diǎn)火啟動(dòng)調(diào)整后運(yùn)行參數(shù)

5 結(jié)語

溫州發(fā)電廠300 MW機(jī)組鍋爐微油點(diǎn)火冷態(tài)啟爐時(shí)出現(xiàn)末級(jí)過熱器汽溫倒掛現(xiàn)象，主要是由于微油點(diǎn)火啟爐時(shí)投用燃煤，相對(duì)于燃油，煤粉燃燒具有燃燒強(qiáng)度低、燃燼時(shí)間長(zhǎng)、火焰溫度低等特點(diǎn)，導(dǎo)致啟爐時(shí)火焰中心上移，爐膛下部輻射吸熱比率減小，而微油點(diǎn)火改造在B層（從下往上數(shù)第二層）更加劇了火焰中心上移。

結(jié)合鍋爐具體情況，提出了啟爐時(shí)調(diào)整煤質(zhì)和啟動(dòng)磨煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)、微油槍出力、二次風(fēng)配風(fēng)方式等具體措施來控制汽溫倒掛現(xiàn)象。從調(diào)整后5號(hào)爐的啟動(dòng)情況來看，不投大油槍、僅利用微油點(diǎn)火完成啟爐過程，汽溫倒掛得到了有效控制，微油點(diǎn)火技術(shù)也得到了充分應(yīng)用，取得了較好的效果。

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