1000MW超超臨界鍋爐反向雙切圓燃燒系統(tǒng)試驗研究

劉思平 華潤電力（海豐）有限公司

王毅斌 周 靜 西安交通大學熱能工程系

1000MW超超臨界鍋爐反向雙切圓燃燒系統(tǒng)試驗研究

劉思平 華潤電力（海豐）有限公司

王毅斌 周 靜 西安交通大學熱能工程系

過熱器超溫；冷態(tài)空氣動力場；溫差

1.概述

華潤電力（海豐）有限公司（以下簡稱“海豐電廠”）2×1000MW超超臨界燃煤機組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠設計制造的HG-3100/28.25-YM4型超超臨界變壓運行直流鍋爐，采用П型布置、單爐膛、一次中間再熱、低NOX主燃燒器和高位燃盡風分級燃燒技術(shù)、反向雙切圓燃燒方式，每臺鍋爐配6層煤粉燃燒器，每層各8只，共48只煤粉燃燒器。 A層燃燒器配有微油點火裝置，共8支，單支出力為120kg/h，還隔層配置AB、CD、EF三層大油槍，共24支，單支出力為1275kg/h。制粉系統(tǒng)為ZGM123G-II型中速磨煤機冷一次風正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺爐配6臺磨煤機，BMCR工況下5運1備，并配備6臺與之相適的電子稱重式給煤機（型號）。

2.問題現(xiàn)狀及原因分析

2.1 問題現(xiàn)狀

海豐電廠機組投產(chǎn)后鍋爐運行時存在如下問題：

（1）爐膛左右兩側(cè)煙氣溫度及過熱器、再熱器汽溫偏差較大（最大時達90℃），為平衡過熱器汽溫偏差需投大量的減溫水；

（2）燃燒器區(qū)域冷壁、前屏過熱器、后屏過熱器、末級過熱器、高溫再熱器經(jīng)常出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，尤其是燃燒器區(qū)域水冷壁2015年兩臺爐出現(xiàn)過4次超溫爆管情況；

2.2 原因分析

（1）煙氣溫度偏差大

雖在兩臺爐在吹管前均已進行冷態(tài)動力力場試驗及調(diào)整，但投產(chǎn)后前水#2、 #3號角及后#5、 #8角煙氣溫度偏高，屬于二次風風量標定、噴口擺角角度及一次風調(diào)平、標定未達到預期效果，運行實際爐膛內(nèi)切圓燃燒存在程橢圓狀偏斜現(xiàn)象，造成兩側(cè)煙氣溫度偏差大；雖經(jīng)電科院指導進行熱態(tài)燃燒調(diào)整，但收效甚微。

經(jīng)檢修時發(fā)現(xiàn)部分燃燒器風室隔板變形，造成二次風噴嘴擺動時卡死，燃燒器擺角拐臂的安全銷被切斷，噴嘴下擺，運行中不能調(diào)節(jié)擺角。

（2）水冷壁容易超溫、爆管

燃盡風燃燒器水冷壁區(qū)域?qū)儆诟邿嶝摵蓞^(qū)，管壁溫度偏高，且在變負荷時水煤比調(diào)節(jié)不及時容易超溫。同時，因中部水冷壁壁溫測點安裝在水冷壁的背火面，而背火面與向火面存在約30℃的溫度偏差，報警溫度設定值為480℃，當溫度測點達到480℃時，向火面實際溫度已超溫達510℃，兩臺鍋爐歷次超溫爆管位置及水冷壁鰭片拉裂位置集中在#2、#3、 #5角燃燼風燃燒器區(qū)域。

3.解決方案

3.1 重新進行冷態(tài)空氣動力場試驗

（1）冷態(tài)空氣動力場試驗過程

空氣動力場的合理性對于爐內(nèi)煤粉燃燒穩(wěn)定性、蒸汽側(cè)汽溫偏差等具有重要影響。2016年1月，在201C檢修期間，利用爐內(nèi)檢修平臺由西安熱工院對#2鍋爐重新進行冷態(tài)空氣動力場試驗，對爐內(nèi)檢查出的噴燃器口、二次風噴口存在的缺陷進行處理。

試驗前在煤粉管道上重新安裝了72只一次風測點，對一次風主管與支管風速、二次風總風量和水冷壁貼壁風進行測量，并與機組表盤顯示值進行對比與修訂，同時通過調(diào)節(jié)可調(diào)縮孔、煤粉分配器使每臺在運磨煤機的主風管風速和各支管風速偏差在±5%以內(nèi)。

最后進行爐內(nèi)煙花示蹤，判斷每層燃燒器噴口氣流的偏斜程度，從而可以較為詳細地了解爐膛內(nèi)部氣流的分布特征，為鍋爐熱態(tài)運行提供數(shù)據(jù)與理論支撐。

（2）試驗結(jié)果

通過對A與B磨煤機部分風粉管A3/4、A5/6、 B3/4和B5/6進行可調(diào)縮孔調(diào)平，最終實現(xiàn)將各磨主風管風速偏差降低在±5%以內(nèi)。一次風支管分別將A1、 B1、A5、A6、A7的分配器關(guān)小5%、5%、10%、5%、 5%后，各磨一次風支管的風速偏差降低在±5%之內(nèi)。

煙花示蹤的結(jié)果發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)#2角的第2/4/12/13/15層，#5角的3/4/10/14/18層，#3角第5/6/7/8/10層均會出現(xiàn)了火焰偏向水冷壁的現(xiàn)象。

（3）試驗后的調(diào)整

根據(jù)冷態(tài)動力場試驗結(jié)果，在冷態(tài)對#3角燃燒器二次風噴嘴擺角角度再次進行調(diào)整，消除火焰下偏問題， #2爐2月下旬點火后，在熱態(tài)時將#3、 #5角一、二次風適當開大，確?；鹧鎰傂?，避免火焰刷墻現(xiàn)象。目前#2爐爐膛左右側(cè)煙氣氣溫偏差有效減少（＜10℃），左右側(cè)汽溫偏差及超溫現(xiàn)象也得到有效控制，減溫水量投用也大大減少，進一步提高了機組運行的經(jīng)濟性，取得了較好的優(yōu)化效果。

3.2優(yōu)化點火及磨煤機運行方式

（1）點火方式

海豐電廠鍋爐燃燒系統(tǒng)采用微油點火系統(tǒng)，將A層煤粉燃燒器為微油點火燃燒器，鍋爐點火時，以往為節(jié)約用油，先點八只微油小油槍，暖風器加熱A磨入口一次風，分離器出口溫度至70℃時啟動A磨。但由于小油槍出力較小，熱量較低，自微油點火至投磨期間不足以將爐膛內(nèi)水冷壁有效加熱，投磨后爐膛熱負荷瞬間增加，溫度上升過快，易造成中下部局部水冷壁超溫及鰭片應力變化大易產(chǎn)生裂紋，進而延伸至管子根部造成管子母材撕裂爆管，同時煤粉燃燒不完全，飛灰含碳量偏高，燃燒推遲，尾部煙道內(nèi)易形成煤粉堆積，存在著火的不安全因素。

針對微油點火A磨的啟動方式存在的弊端，海豐電廠對點火方式進行了優(yōu)化，鍋爐點火時先投大油槍對爐膛進行充分加熱，再投微油小油槍， A磨入口風溫180℃時再投運，可有效控制啟動期間水冷壁壁溫，也有助于提高煤粉燃燼度及降低飛灰含碳量。

（2）磨煤機運行方式

機組啟動時優(yōu)化磨煤機投運方式，先投啟動磨A磨，再啟C磨，其次是D磨，機組啟動過程中，尤其是在干濕態(tài)轉(zhuǎn)變的時候水冷壁管最容易超溫，所以可以選擇快速完成干濕態(tài)轉(zhuǎn)換，同時可以最大限度的降低A磨的出力，條件允許可以盡快將機組負荷升至500MW。機組在500MW以下干態(tài)運行時，嚴格控制過熱度，不宜高于15℃。鍋爐正常運行時盡可能運行上層磨， A磨盡可能不投運。將原來投用下層磨運行方式改為多投上層磨， A磨為鍋爐點火啟動時投用，待機組帶高負荷時停用。目前機組在400MW-800MW以上負荷時基本維持C、 D、 E、 F中3臺磨或4臺磨運行，停用A、 B磨，當機組需滿負荷運行時再增開A/B磨，這樣既確保水冷壁中部及上部不超溫，也降低了飛灰含碳量。

（3）調(diào)整中部過渡段入口水冷壁汽溫限值

根據(jù)鍋爐廠運行說明將中部水冷壁入口壁溫限值設定為480℃，由于壁溫測點安裝在水冷壁管背火面，背火面與向火面最少存在30℃溫差，故當壁溫測點溫度為480℃時，向火面溫度已達510℃，因此將中部水冷壁入口壁溫限值降低至450℃進行優(yōu)化控制，自2015年9月優(yōu)化該報警保護定值以來，海豐電廠兩臺鍋爐均未再出現(xiàn)爆管泄漏事件，并且保持穩(wěn)定運行。

4.結(jié)束語

海豐電廠機組投產(chǎn)一年多以來，經(jīng)過技術(shù)部專業(yè)人員與發(fā)電部運行人員共同努力，結(jié)合外部調(diào)研及委托西安熱工院進行冷態(tài)空氣動力場試驗以后，解決了水冷壁超溫爆管、火焰偏斜、爐膛左右側(cè)煙氣偏差等問題，鍋爐灰、渣含碳量得以逐步降低，在煤種（煙煤摻燒印尼煤，發(fā)熱量約為4500大卡）偏離設計煤種較多的情況下，鍋爐熱效率能高于設計值（94.4%），鍋爐燃燒得到了較好的優(yōu)化調(diào)整，并取得了較好的效果。

［1］ 郭強， 馬萬軍， 孫銳.2000t/h 四墻切圓鍋爐爐內(nèi)空氣動力場試驗研究［J］.電站系統(tǒng)工程， 2010，26 （5）： 4-6.

［2］ 李世剛.超超臨界鍋爐燃燒器安裝控制［J］.信息技術(shù)，2010（3）：124-125.

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［5］ 劉建全.超 （超） 臨界機組鍋爐燃燒特性試驗與優(yōu)化研究［D］.華北電力大學，2012.

華潤電力有限公司2×1000MW鍋爐采用反向雙切圓燃燒系統(tǒng)，一直存在汽溫偏差大，水冷壁、過熱器超溫現(xiàn)象，2015年兩臺爐水冷壁出現(xiàn)了4次超溫爆管情況。為了充分掌握爐膛內(nèi)運行時氣流速度場的分布特性，深入分析與排查機組爐內(nèi)水冷壁多次超溫爆管的原因，對爐內(nèi)冷態(tài)空氣動力場進行了試驗研究。通過調(diào)整燃燒器、優(yōu)化點火和磨煤機運行等方法，解決了水冷壁超溫爆管、火焰偏斜、爐膛左右側(cè)煙氣溫度偏差等問題。