660MW超超臨界再熱汽溫偏差分析及優(yōu)化方案研究

郝建剛，金 李，車 方，吳桂福

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

660MW超超臨界再熱汽溫偏差分析及優(yōu)化方案研究

郝建剛，金 李，車 方，吳桂福

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

針對某電廠660MW超超臨界機(jī)組再熱汽溫偏差問題，通過對該機(jī)組燃燒器設(shè)計、煙氣流場以及受熱面布置方式等方面進(jìn)行分析，并根據(jù)該機(jī)組的設(shè)備實際運(yùn)行情況，為機(jī)組的安全運(yùn)行提出了一系列的控制策略和控制參數(shù)優(yōu)化方案。方案實施后，機(jī)組的安全穩(wěn)定性能得到了較大的提高，優(yōu)化效果顯著，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

鍋爐；超超臨界；氣溫偏差；優(yōu)化調(diào)整

0 引言

過熱器和再熱器汽溫左右偏差是四角切圓鍋爐典型現(xiàn)象，其產(chǎn)生的主要原因是由于煤粉和氣流混合物通過布置在四角的燃燒器進(jìn)入爐膛進(jìn)行高速切圓燃燒，隨著氣流進(jìn)入水平煙道，在爐膛出口發(fā)生煙氣扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致煙氣流量和煤粉殘余顆粒左右分布不均勻，煙溫和汽溫也隨之出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致大量減溫水投入和局部管材超溫。鍋爐容量越大，煙氣流量和殘余旋轉(zhuǎn)力就越大，此種現(xiàn)象就越明顯，嚴(yán)重時，將導(dǎo)致尾部受熱面超溫爆管，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[1]。

本文以某電廠660MW機(jī)組為例，分析了主、再熱汽溫偏差出現(xiàn)的原因并結(jié)合機(jī)組特點(diǎn)提出預(yù)防措施和優(yōu)化建議。

1 煤粉燃燒器設(shè)計簡介

某電廠660MW機(jī)組鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行Π型直流爐，型號為SG-2024/26.15-M621，燃燒器采用典型的LNCFS-Ⅲ型燃燒器，設(shè)計煤種為淮南煤。

LNCFS-Ⅲ型燃燒器，見圖1，設(shè)有6層強(qiáng)化著火（EI）煤粉噴嘴，四周布置有燃料風(fēng)（周界風(fēng)）；每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置有1層輔助風(fēng)噴嘴，其中包括上下2只預(yù)置水平偏角（22°）的輔助風(fēng)噴嘴（CFS），1只直吹風(fēng)噴嘴。

主燃燒器最上層布置有2層燃盡風(fēng)（CCFOA），最下部布置有1層UFA（火下風(fēng)）噴嘴。在主風(fēng)箱上部布置有SOFA風(fēng)箱，布置有5層可水平擺動的分離燃盡風(fēng)（SOFA）噴嘴。SOFA風(fēng)箱距離CCOFA中心線為7.98m，距離上排一次風(fēng)為9.18m。

圖1 燃燒器及SOFA燃燒器立面布置圖

圖2 煤粉燃燒器平面布置圖

燃燒器水平布置如圖2所示，設(shè)計采用同心切圓（CFS）燃燒方式，部分二次風(fēng)氣流（CFS）與一次風(fēng)煤粉氣流在逆時針方向存在約22°的偏差，將一次風(fēng)煤粉氣流裹在爐膛中央，分別形成富燃料區(qū)域和富空氣區(qū)域，此種布置方式有兩個優(yōu)點(diǎn)：一是推遲了燃料與空氣的混合，有利于降低NOx，二是有效的保護(hù)了水冷壁，有利于減少了灰渣在水冷壁上面的沉積并形成疏松的灰渣，大大減少了墻式吹灰器的使用頻率，同時，水冷壁附件氧含量增加，有利于產(chǎn)生降低高硫煤在水冷壁的高溫腐蝕傾向。

本文主要在煙氣速度場、受熱面對接方式、左右二次風(fēng)量平衡等方面對氣溫偏差影響進(jìn)行了試驗和理論分析。

2 煙氣速度場對汽溫偏差的影響分析

從目前國內(nèi)外的四角切圓燃燒鍋爐的運(yùn)行和研究情況看[4]，四角切圓鍋爐汽溫偏差問題主要是由于爐膛出口處存在煙氣流殘余旋轉(zhuǎn)造成。

通過對爐內(nèi)溫度場的測試、以及對各相關(guān)換熱器上管壁溫度、汽溫、煙溫的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，在分隔屏、后屏區(qū)域汽溫呈現(xiàn)右高左低，而在水平煙道的對流受熱面末級過熱器汽溫左高右低，后豎井煙道低溫再熱器溫度左高右低。該結(jié)果與其它電廠的同類型鍋爐的表現(xiàn)是基本一致的。

產(chǎn)生上述現(xiàn)象的主要原因是：該機(jī)組鍋爐為順時針切圓的鍋爐，爐膛出口煙氣存在殘余旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致分隔屏左側(cè)的煙氣越過折焰角上部進(jìn)入水平煙道，而分隔屏右側(cè)的煙氣則首先流向前墻，然后折返向后進(jìn)入水平煙道，如圖3所示。

圖3 上爐膛煙氣主流走向示意圖

上述煙氣流場分布導(dǎo)致分隔屏左側(cè)煙氣阻力小、流量大，易在折焰角上部形成“煙氣走廊”，直接進(jìn)入水平煙道，而分隔屏右側(cè)煙氣阻力大、流量小，因此，分隔屏右側(cè)由于有煙氣折向流動，導(dǎo)致分隔屏內(nèi)工質(zhì)溫升呈左低右高，與試驗測量結(jié)果是一致的；而尾部煙道內(nèi)的受熱面以對流換熱為主，而根據(jù)上述分析，左側(cè)煙氣流量大，煙溫溫降低，因此，各換熱器汽溫左高右低，與煙溫偏差趨于一致。

綜上所述，四角切圓鍋爐有設(shè)計上先天存在的偏差，但是可以通過爐膛空氣動力場調(diào)整，汽溫偏差還是會控制在允許范圍內(nèi)。

3 受熱面連接方式對汽溫偏差的影響分析

此鍋爐過熱器和再熱器受熱面連接方式有如下特點(diǎn)：低溫過熱器出口聯(lián)箱與前屏過熱器進(jìn)口聯(lián)箱之間的連接管道進(jìn)行了一次左右交叉連接，后屏過熱器出口聯(lián)箱與高溫過熱器進(jìn)口聯(lián)箱之間再次進(jìn)行了一次左右交叉連接。低溫再熱器出口聯(lián)箱與高溫再熱器進(jìn)口聯(lián)箱之間進(jìn)行了一次左右交叉連接。

這樣設(shè)計的目的是通過蒸汽的左右側(cè)的交換，以降低汽溫偏差。但是，結(jié)合上述四角切圓燃燒方式對汽溫偏差影響的分析，低溫過熱器的受熱情況是左側(cè)強(qiáng)于右側(cè)，經(jīng)過一次左右交叉后，左側(cè)溫度高的蒸汽進(jìn)入了前屏過熱器的右側(cè)，進(jìn)入后屏過熱器右側(cè)吸熱后又經(jīng)過一次左右交叉進(jìn)入高溫過熱器的左側(cè)，而前屏過熱器及后屏過熱器均是右側(cè)受熱情況強(qiáng)于左側(cè)，高溫過熱器的受熱情況是左側(cè)強(qiáng)于右側(cè)，這樣的結(jié)果就是使溫度較高的蒸汽吸收了更多的熱量，溫度較低的蒸汽吸收了較少的熱量，這樣就造成一路減溫水量要遠(yuǎn)大于另一路減溫水量。所以此鍋爐的過熱器管路的設(shè)計沒有達(dá)到減小汽溫偏差的目的，相反卻增加了汽溫偏差。

而對于再熱器，低溫再熱器左側(cè)受熱情況要強(qiáng)于右側(cè)，左側(cè)溫度較高的蒸汽經(jīng)過一次交叉進(jìn)入了高溫再熱器的右側(cè)，而高溫再熱器的左側(cè)受熱情況要強(qiáng)于右側(cè)，這樣的結(jié)果就是低溫再熱器左側(cè)溫度較低的蒸汽進(jìn)入高溫再熱器受熱較弱的右側(cè)，右側(cè)溫度較低的蒸汽進(jìn)入了高溫再熱器受熱較強(qiáng)的左側(cè)，這樣的設(shè)計就起到了減小汽溫偏差的目的[2，5]。

4 左右二次風(fēng)量不平衡對汽溫偏差的影響分析

經(jīng)過長期觀察，鍋爐大風(fēng)箱的二次風(fēng)量左右側(cè)偏差較大，見表1。

表1 風(fēng)箱風(fēng)量偏差

由以上數(shù)據(jù)分析可知，鍋爐左側(cè)的二次風(fēng)量比右側(cè)的二次風(fēng)量大10%以上，負(fù)荷越大差距越大，由此可以判斷，鍋爐左側(cè)二次風(fēng)的動量要比右側(cè)大，火焰中心將偏向鍋爐右側(cè)。結(jié)合前面的分析可進(jìn)一步推斷，在前屏和后屏過熱器處，右側(cè)的煙氣量將較火焰中心未偏斜的情況下有所增加，這樣將進(jìn)一步加劇前屏和后屏過熱器的汽溫偏差。但是，在水平煙道內(nèi)，由于左側(cè)煙氣量的相對減少，將減輕高溫過熱器和高溫再熱器左右側(cè)的汽溫偏差。這樣對高溫過熱器的汽溫偏差的降低是有利的，但是，對減小高溫再熱器的汽溫偏差是不利的。在低負(fù)荷下再熱汽溫偏差較小，而在高負(fù)荷下再熱汽溫的偏差較大，這與二次風(fēng)量的偏差有關(guān)[6]。

5 結(jié)論和建議

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)[2][3]以及上述分析可得主要結(jié)論如下：

（1）爐膛出口斷面處的煙氣流速相比煙氣溫度對汽溫偏差的影響大；

（2）對于爐內(nèi)氣流順時針旋轉(zhuǎn)的鍋爐，爐膛出口的煙溫偏差為左高右低而分隔屏出口汽溫偏差規(guī)律是右高左低，與煙氣側(cè)偏差趨勢相反。爐膛出口之后的對流受熱面汽溫偏差與煙溫偏差趨于一致。

（3）鍋爐右側(cè)上部換熱面上為爐膛輻射、屏間煙氣輻射、煙氣對流3種換熱方式疊加的效果，爐膛上部由于內(nèi)部流場因素，導(dǎo)致分隔屏、后屏和高再吸熱右側(cè)輻射換熱增強(qiáng)，容易引起右側(cè)汽溫偏高。鍋爐下五層磨運(yùn)行調(diào)整前，汽溫最大偏差可達(dá)18℃，調(diào)整后汽溫9℃左右。

（4）通過試驗分析CCOFA風(fēng)量的增加對再熱汽溫高低影響較大。CCOFA和SOFA風(fēng)量的適當(dāng)增加，主燃燒區(qū)域燃燒份額減少，中上部能量增加，火焰中心上移，主、再汽溫提高。

為消除或減小汽溫偏差，主要是需要減小爐膛出口的煙氣旋流。根據(jù)文獻(xiàn)和理論分析建議如下：

（1）在不影響爐膛燃燒的情況下，減小氣流入射角，控制煙氣流在爐膛內(nèi)的旋流強(qiáng)度；

（2）將CCOFA噴嘴和SOFA噴嘴反切一定角度，抵消部分煙氣流旋轉(zhuǎn)力；

（3）在不影響爐膛燃燒情況下，降低火焰中心溫度，增加其至爐膛出口的距離等，減弱其進(jìn)入爐膛出口的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度；

（3）合理的配煤也是提高主、再溫度的關(guān)鍵，對于灰溶點(diǎn)低的煤種應(yīng)減少爐內(nèi)上部的燃燒份額，增加主燃燒器的偏置二次風(fēng)量和提高一次粉風(fēng)剛性，減輕水冷壁結(jié)焦防止。屏過掛焦，提高機(jī)組安全性[7]。

（4）對上層二次風(fēng)的消旋風(fēng)加強(qiáng)監(jiān)控并定期測量，觀察其對于煙氣流旋轉(zhuǎn)力的消旋效果，平衡爐膛出口兩側(cè)的煙氣流量和流速，減小過熱器汽溫和再熱器汽溫偏差[4]。

6 結(jié)語

通過項目實施，主汽減溫水量降低明顯，提高了再熱汽溫10℃以上，再熱器減溫水沒有情況下汽溫偏差9℃左右，機(jī)組AGC投入和吹灰等導(dǎo)致偏差增加。通過對鍋爐冷態(tài)動力場試驗調(diào)整，降低了飛灰和大渣的可燃物，提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

[1]楊君義.四角切圓燃燒方式鍋爐水平煙道中的煙氣偏差[A].中國動力工程學(xué)會鍋爐專業(yè)委員會鍋爐燃燒技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文集[C].上海：中國動力工程學(xué)會，1996，65~68.

[2]吳桂福，劉青翠，朱斌帥.600MW超臨界四角切圓鍋爐汽溫偏差治理研究[J].發(fā)電技術(shù)，2011，141（32）：67~70.

[3]袁益超，等.大型電站鍋爐煙溫偏差研究[J].鍋爐技術(shù)，2003，34（3）：15~20.

[4]李建波，吳瓊.600MW機(jī)組鍋爐汽溫偏差試驗研究[J].發(fā)電設(shè)備，2011，25（2）：84~87.

[5]毛衛(wèi)華.600MW機(jī)組鍋爐主再熱汽溫左右側(cè)偏差大的原因分析及處理[J].電力與電工，2010，30（1）：44，45，54.

[6]周立群，張碧珠.600 MW超臨界機(jī)組燃燒調(diào)整中SOFA擺角的作用[J].華電技術(shù)，2010，32（4）：8~11.

[7]張家維，潘繼真，魏海濤.切向燃燒鍋爐再熱汽溫偏差調(diào)整及分析[J].東北電力技術(shù)，2012，（6）：31~33.

Analysis and Optimization Scheme of 660MW Ultra Supercritical Steam Temperature Deviation

HAO Jian-gang，JIN Li，CHE Fang，WU Gui-fu
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

For ultra-supercritical units of 660MW Reheat Temperature Deviation，Analyzed by burner design aspects of the unit，the flue gas flow field and the heating surface layout methods，and apparatus according to the actual operation of the unit for the safe operation of the unit made a series of control strategy and control parameter optimization.

boiler；ultra-supercritical units；steam temperature deviation；performance optimization

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.06.009

TM621

B

2095-3429（2015）06-0031-04

2015-08-06

修回日期：2015-12-09

郝建剛（1983-），男，江蘇南京人，碩士，工程師，從事火電廠煤電機(jī)組性能優(yōu)化及燃燒調(diào)整工作。