超臨界旋流對沖燃燒鍋爐蒸汽溫度偏差的試驗研究

陳連軍 黃啟龍 戴維葆

國電科學(xué)技術(shù)研究院

1.概述

國電某電廠600MW超臨界參數(shù)鍋爐，由東方鍋爐廠生產(chǎn)，采用旋流對沖燃燒方式，配5套MGS4060雙進(jìn)雙出鋼球磨正壓式直吹制粉系統(tǒng)，對應(yīng)20只雙調(diào)風(fēng)低旋流燃燒器分5層布置于爐膛前后墻上，前墻從下往上分別為B層、C層、D層，后墻從下往上分別為A層、E層。

2. 問題描述

鍋爐自投產(chǎn)后約一年時間內(nèi)，一直存在屏式過熱器A、B兩側(cè)溫升偏差，不同磨煤機(jī)組合時有不同的偏差。具體情況如下：當(dāng)A、B、C三臺磨煤機(jī)運行時，機(jī)組負(fù)荷400MW以下，過熱蒸汽參數(shù)額定，過熱減溫水量40～70t/h，再熱蒸汽555℃～562℃，再熱減溫水量為0，屏式過熱器溫升偏差高達(dá)30℃以上（A側(cè)高，B側(cè)低）；當(dāng)A、B、C、E四臺磨煤機(jī)運行，機(jī)組負(fù)荷400MW~520MW，過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度額定，過熱減溫水40t/h～60t/h，再熱減溫水量為0，屏式過熱器A、B兩側(cè)溫升偏差為10℃～15℃（A側(cè)高，B側(cè)低））；當(dāng)A、B、C、D、E五臺磨煤機(jī)運行時，機(jī)組負(fù)荷520MW以上，過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度額定，過熱減溫水量50t/h～90t/h，再熱減溫水量為0，屏式過熱器A、B側(cè)溫升偏差在5℃以內(nèi)。通過高溫過熱器前蒸汽交叉以及減溫水糾正后，末級過熱器出口蒸汽溫度沒有偏差，故對此問題沒引起注意。經(jīng)過近3個月的連續(xù)運行，屏式過熱器溫升偏差越來越嚴(yán)重，當(dāng)嚴(yán)重時，在ABCE磨運行時，A側(cè)屏式過熱器進(jìn)出口溫度分別為402℃和584℃，B側(cè)屏式過熱器進(jìn)出口溫度分別為411℃和525℃,兩側(cè)溫升偏差高達(dá)69℃。

蒸汽溫度偏差容易造成高溫側(cè)受熱面超溫，低溫側(cè)蒸汽溫度達(dá)不到額定，由于蒸汽偏差造成蒸汽溫度達(dá)不到額定，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，甚至影響機(jī)組帶負(fù)荷能力；超（超）臨界鍋爐由于受熱面高，易產(chǎn)生氧化皮，當(dāng)壁溫變溫速度達(dá)到一定程度，氧化皮容易脫落，造成受熱面堵管等，導(dǎo)致受熱面爆管[1]。

3. 原因分析

根據(jù)蒸汽溫度偏差的情況分析，顯然不同磨煤機(jī)組存在著不同的蒸汽溫度偏差表現(xiàn)形式，以往蒸汽溫度偏差研究，主要從配風(fēng)或汽水側(cè)著手分析解決[2-3]，本文根據(jù)現(xiàn)場情況，從各粉管煤粉量對蒸汽溫度偏差進(jìn)行分析。

3.1 省煤器出口氧量分布

機(jī)組450MW負(fù)荷下，A、B、C、E磨運行，對省煤器出口的煙氣氧量分布進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)煙氣氧量分布呈A側(cè)低B側(cè)高的趨勢，如圖1所示。

圖1 450MW負(fù)荷省煤器出口煙氣氧量與CO濃度分布情況（左-右）

由圖1可看出，省煤器出口氧量呈A側(cè)低B側(cè)高，與屏式過熱器出口壁溫分布（與屏式過熱器蒸汽溫升A側(cè)高B側(cè)低一致）趨勢相反，屏式過熱器出口壁溫分布如圖2所示。另外，由于氧量分布不均，CO濃度分布存在偏差，呈左高右低，局部區(qū)域CO濃度可達(dá)到1600ppm。

圖2 450MW時屏式過熱器壁溫分布情況（左-右）

3.2 磨煤機(jī)各粉管的煤粉出力

考慮到鍋爐采用前后墻對沖燃燒方式，爐寬方向上煙氣穿透作用非常弱，可忽略不計，從省煤器出口氧量分布情況可推斷爐膛出口的氧量分布呈A側(cè)低B側(cè)高的趨勢，因此爐寬方向上存在風(fēng)量或燃料量分布不均或二者兼有。首先對各磨煤機(jī)不同粉管的煤粉量進(jìn)行測量，采用零壓擺動式煤粉等速取樣裝置（AKOMA2000），試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同磨煤機(jī)各粉管8分鐘測得的煤粉量

由圖3可見，當(dāng)A、B、C磨煤機(jī)運行時，各層燃燒器左側(cè)的煤粉量之和明顯大于右側(cè)，如1號噴燃器（A側(cè)）的煤粉量之和在1500g/8min以上，4號噴燃器（B側(cè)）僅為1000g/8min，相差約35%；A、B、C、E磨煤機(jī)運行時，偏差明顯減??；ABCED磨運行時，各噴燃器的煤粉量之和分布較均勻。煤粉量分布情況與前文提到的不同磨煤機(jī)組合（ABC磨、ABCE磨、ABCED磨）的蒸汽溫度偏差情況非常吻合。450MW負(fù)荷（ABCE磨運行）時的屏式過熱器壁溫分布與煤粉量分布也一致，見圖2、圖3。

根據(jù)以上分析，爐寬方向上的煤粉量分布不均是造成爐內(nèi)熱負(fù)荷不均勻、蒸汽溫度偏差的根本原因，同時造成爐寬方向上的氧量不均、局部CO濃度高等問題。

3.3 各磨煤機(jī)出力偏差的原因

從制粉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性、運行狀況等方面分析各粉管煤粉出力偏差的原因。從制粉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)角度來看，磨煤機(jī)出口至動態(tài)分離器入口直管段的距離約3m～4m，所以分離器入口的流場較穩(wěn)定。根據(jù)動態(tài)分離器運行特性及相關(guān)試驗結(jié)果（應(yīng)該有相關(guān)文獻(xiàn)的引用?。?，隨著分離器轉(zhuǎn)速的提高，分離器后各粉管的煤粉出力趨于均勻，隨著分離器轉(zhuǎn)速從65%降低到45%，蒸汽溫度偏差無變化，由此可見分離器轉(zhuǎn)速不是煤粉出力偏差的主要原因。

結(jié)合煤粉量分布情況，對磨煤機(jī)出口各粉管的一次風(fēng)速進(jìn)行測量及熱態(tài)一次風(fēng)調(diào)平，進(jìn)一步分析各粉管煤粉出力大幅偏差的原因。試驗結(jié)果表明，磨煤機(jī)各粉管的一次風(fēng)速偏差較大，A、E磨煤機(jī)更為嚴(yán)重，且各粉管的煤粉出力偏差與一次風(fēng)速偏差具有一致性，見表1。

表1 A、E磨煤機(jī)各粉管一次風(fēng)速偏差、煤粉量偏差

試驗中，磨煤機(jī)各粉管的一次風(fēng)平均風(fēng)速為18m/s～19m/s，最低為12m/s，即一次風(fēng)管存在積粉現(xiàn)象，加劇了一次風(fēng)速和煤粉量的偏差，從而導(dǎo)致了嚴(yán)重的熱負(fù)荷偏差。

可見，一次風(fēng)速偏差是造成煤粉量偏差的重要因素。由于A、E磨煤機(jī)對應(yīng)的燃燒器在后墻，各一次風(fēng)管繞到鍋爐后墻，阻力偏差大，造成了一次風(fēng)管風(fēng)速偏差大，且粉管水平段較長，更易造成粉管積粉，加劇了一次風(fēng)速和煤粉量偏差。

4. 結(jié)語

根據(jù)以上分析，對一次風(fēng)管中積粉進(jìn)行吹掃，每臺磨煤機(jī)進(jìn)行一次風(fēng)速熱態(tài)調(diào)平后，并提高一次風(fēng)速至24m/s以上，屏式過熱器蒸汽溫度偏差得到緩解，氧量分布偏差減小。通過本試驗研究表明：

（1）一次風(fēng)速偏差是造成煤粉量偏差及爐內(nèi)熱負(fù)荷偏差的重要因素之一，當(dāng)總體一次風(fēng)速偏低的情況下，更易造成粉管積粉，加劇一次風(fēng)速和粉量偏差，故一次風(fēng)速熱態(tài)調(diào)平及合適的一次風(fēng)速是解決爐內(nèi)熱負(fù)荷偏差的基礎(chǔ)工作。

（2）前后墻對沖旋流燃燒方式的鍋爐，省煤器氧量分布與蒸汽溫度偏差存在著一定的相關(guān)性，蒸汽溫度高的一側(cè)氧量較低，從受熱面壁溫分布上也可說明這一點。

[1]樊泉桂,樊晉元. 超超臨界鍋爐的汽溫偏差探析[J]. 鍋爐技術(shù),2010（3）:1～4.

[2]陳瑞龍. 超臨界對沖燃燒器鍋爐屏過汽溫偏差原因分析及對策[J]. 電站系統(tǒng)工程,2010（9）:25～26.

[3]岳俊峰,高遠(yuǎn),黃磊等. 600MW超臨界旋流燃燒器鍋爐優(yōu)化運行研究[J]. 電站系統(tǒng)工程,2010(5):15～17.