國產(chǎn)2 060 t/h“W”型火焰鍋爐安全經(jīng)濟啟動

張 巖

（中國大唐集團(tuán)公司山西分公司，山西 太原 030002）

國產(chǎn)2 060 t/h“W”型火焰鍋爐安全經(jīng)濟啟動

張 巖

（中國大唐集團(tuán)公司山西分公司，山西 太原 030002）

“W”型火焰鍋爐采用了分級送風(fēng)的雙拱絕熱爐膛等措施以解決劣質(zhì)無煙煤的著火及燃盡問題，但目前國內(nèi)運行的同類型鍋爐在啟動過程中普遍存在著啟動用油量大，汽溫波動大、屏過管壁超溫等問題。為解決該問題國內(nèi)同類型機組大多采用投入大量減溫水、減小二次風(fēng)量等措施，但效果均不太理想。某電廠采用優(yōu)化啟動操作、去除部分衛(wèi)燃帶耙釘、油槍改造等措施后，冷態(tài)啟動用油量由最初的240 t/次降至100 t/次左右，且屏過在啟動中無超溫現(xiàn)象。

“W”型火焰；超溫；節(jié)油

某電廠安裝有2臺國產(chǎn)2 060 t/h“W”型火焰鍋爐，由東方鍋爐廠引進(jìn)美國F.W公司技術(shù)設(shè)計制造，型號為DG2060/17.6-II3。該鍋爐在低揮發(fā)分無煙煤著火及穩(wěn)燃方面有較大的突破，但運行中存在啟動過程中用油量大、屏過管壁超溫等嚴(yán)重問題。

1 鍋爐設(shè)計特點

1.1 煤質(zhì)特性

鍋爐設(shè)計煤種為晉東南無煙煤，特點為揮發(fā)分低（Vdaf=7.14），煤質(zhì)硬，哈氏可磨系數(shù)僅為38，為目前國內(nèi)極難研磨、極難著火及燃盡的無煙煤之一，其特性見表1。

表1 設(shè)計煤質(zhì)特性

1.2 制粉系統(tǒng)

制粉系統(tǒng)采用冷一次風(fēng)正壓直吹式系統(tǒng)。配置6臺雙進(jìn)雙出球磨煤機，型號為BBD4760，磨煤機兩端分離器有調(diào)節(jié)葉片調(diào)節(jié)煤粉細(xì)度。

1.3 燃燒系統(tǒng)

鍋爐共布置有36只雙旋風(fēng)筒濃淡分離式燃燒器。燃燒器采用分級配風(fēng)調(diào)節(jié)，每個燃燒器對應(yīng)1個配風(fēng)調(diào)節(jié)單元（共36個單元），每1單元內(nèi)布置6個二次風(fēng)道及擋板，其中A、B、C擋板控制拱上部分的二次風(fēng)量，D、E、F擋板控制拱下部分的二次風(fēng)量。

1.4 鍋爐爐膛

鍋爐分為上、下爐膛兩部分，為了提高著火區(qū)和燃燒區(qū)的溫度，在下爐膛拱部、前后垂直墻、翼墻、側(cè)墻等部位原設(shè)計有衛(wèi)燃帶，但鑒于已運行的同類型鍋爐排煙溫度較高，在施工過程中爐膛有278 m2的區(qū)域未敷設(shè)衛(wèi)燃帶。

1.5 汽溫調(diào)節(jié)

主汽溫度主要通過兩級噴水減溫來調(diào)節(jié)。其中一級減溫器布置在低過至全大屏的連接管上，是過熱汽溫的主要調(diào)節(jié)手段。二級減溫器布置在全大屏過熱器和高過之間，主要用來調(diào)節(jié)高溫過熱器出口蒸汽溫度，在運行中作汽溫的微調(diào)節(jié)。

再熱汽溫主要采用擋板調(diào)溫方式，在尾部低溫過熱器和低溫再熱器下面布置有煙氣調(diào)節(jié)擋板。在再熱蒸汽的進(jìn)口管道上設(shè)計有事故噴水減溫裝置，用于緊急狀態(tài)下控制再熱汽溫。

1.6 點火裝置

鍋爐每個燃燒器配1支機械霧化式油槍，共36支，設(shè)計有C擋板為油槍供風(fēng)。

2 啟動過程中存在的問題

2.1 機組冷態(tài)啟動用油量大

鍋爐自投產(chǎn)以來，冷態(tài)啟動用油量一直居高不下，最高時達(dá)到280 t，普遍在240 t左右。造成用油量大的主要原因為無煙煤本身著火和燃盡都比較困難，為保證煤粉充分引燃啟動過程中投油量比較大，啟動后期撤油槍速度也較慢。

2.2 啟動過程中屏過超溫

鍋爐冷態(tài)啟動時經(jīng)常發(fā)生屏過超溫現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅受熱面的安全運行，制約著機組啟動速度。發(fā)生超溫的主要階段為啟磨投粉過程中，主要原因為熱負(fù)荷與蒸汽流量間的不平衡，另外爐內(nèi)火焰中心高，火焰行程長也是造成超溫的另一個關(guān)鍵因素。

2.3 啟動過程中主再熱汽溫波動大

由于爐內(nèi)燃燒室衛(wèi)燃帶敷設(shè)過多等原因?qū)е聠又姓羝麎毫蜏囟葒?yán)重不匹配，造成汽溫對減溫水依賴過大，難以調(diào)節(jié)，波動較大，延誤時間，耗費燃油。

3 運行優(yōu)化及安全經(jīng)濟性分析

3.1 投運爐底蒸汽加熱系統(tǒng)

鍋爐設(shè)計有爐底蒸汽加熱系統(tǒng)，輔汽從下降管底部接入。在點火前可使?fàn)t水和金屬壁溫緩慢上升，減少鍋爐汽包上下壁溫差，加快啟動速度，節(jié)省冷態(tài)啟動用油量。在機組調(diào)試初期，投運該系統(tǒng)時出現(xiàn)過水冷壁管及下降管振動，導(dǎo)致投產(chǎn)初期一直無法正常使用。造成水冷壁管及下降管振動的原因是由于爐底蒸汽加熱時水冷壁與下降管的水流方向與正常運行時的水循環(huán)流動方向正好相反，所以投入爐底加熱系統(tǒng)前，必須確保汽包內(nèi)爐水淹沒汽水分離器出口（約在+300 mm的汽包水位處，并注意保護(hù)值），從而爐水能通過旋風(fēng)分離器進(jìn)入汽包夾層與水冷壁上升管連通，形成連續(xù)的介質(zhì)流動。解決了投運過程中出現(xiàn)的水冷壁管及下降管振動問題，啟動過程中投運該系統(tǒng)，可使汽包壁溫加熱到120℃左右，爐膛內(nèi)部溫度可加熱到100℃左右，改善了點火條件，可使每次啟動用油節(jié)約5～10 t左右。

3.2 加大二次風(fēng)量

為防止啟動投粉時管壁超溫，在點火時將二次風(fēng)量都控制的比較小，在220～240 m3/s之間，這樣造成點火時油槍供風(fēng)量不足，燃燒不完全，爐內(nèi)火焰發(fā)黃、發(fā)黑，行程較短。針對燃油的特點必須在著火初期供給充足，將二次風(fēng)量增加至280～300 m3/s之間，此時爐內(nèi)火焰發(fā)亮，剛性增強，行程增長，火核溫度達(dá)到1 300～1 400℃之間，煙囪中無黑煙冒出，在減小損失的同時提高了爐膛溫度，為啟動投粉創(chuàng)造了良好的條件。

3.3 控制主再熱汽溫

啟動過程中主再熱汽溫應(yīng)滿足汽機的要求且避免大幅波動，否則直接影響汽輪機的安全啟動，如無有力的調(diào)整方法將會拖延啟動時間，耗費啟動用油。通常調(diào)整汽溫的手段主要有減溫水量、二次風(fēng)量、油槍數(shù)量、蒸汽流量等。單一依靠某一種手段來調(diào)整汽溫是不可取的，例如通過減溫水量調(diào)整汽溫理論上是可以的，但實際上若單一采用減溫水量來調(diào)節(jié)由于操作難度較大極易造成汽溫大幅波動。針對鍋爐和煤質(zhì)特性，采用各種手段相結(jié)合的方法來調(diào)整汽溫，但在使用各種手段時應(yīng)有主次之分。

a）減溫水量調(diào)整汽溫效果直接，但減溫水量調(diào)整汽溫操作難度較大，極易造成汽溫波動，將減溫水量調(diào)整至50～80 t/h，且不要頻繁調(diào)整。

b） 蒸汽流量（旁路開度）的變化影響汽溫變化，但蒸汽流量只作為次要的手段使用；另外當(dāng)出現(xiàn)調(diào)整旁路、開關(guān)疏水門、汽機暖閥沖轉(zhuǎn)等重大影響蒸汽流量變化的操作時，會導(dǎo)致汽溫發(fā)生波動，故此時應(yīng)先做好聯(lián)系，做到預(yù)控，減小汽溫波動范圍。

c）給水壓力直接影響到減溫水量從而導(dǎo)致汽溫波動。當(dāng)汽包水位發(fā)生變化時運行人員需要調(diào)整給水泵轉(zhuǎn)速來響應(yīng)，這時會造成減溫水母管壓力的變化，最終造成汽溫的波動，所以在調(diào)整汽包水位過程中應(yīng)盡量保證減溫水母管壓力平穩(wěn)。

3.4 合理選擇投粉時機

投粉時機的選擇主要考慮煤粉氣流著火燃盡問題，另外對于“W”型火焰鍋爐還應(yīng)考慮到局部熱負(fù)荷過高導(dǎo)致屏過管壁溫度超限、主再熱汽溫波動等問題。投粉時爐內(nèi)燃燒狀況經(jīng)驗參數(shù)應(yīng)達(dá)到以下狀態(tài)：油槍約16支左右，二次風(fēng)量280～300 m3/s，蒸汽流量 260～270 t/h。

a）投粉前油槍的火核溫度實測值達(dá)到1 300～1 400℃，周圍煙氣溫度達(dá)到800℃左右，超過晉東南煤粉氣流著火溫度444℃（理論值），煤粉氣流著火問題得到解決。

b） 在啟磨前沿爐寬均勻投運約16支油槍，此時爐內(nèi)火焰發(fā)亮，負(fù)壓平穩(wěn)，爐膛火焰充滿度良好，沿爐寬溫度分布較為均勻，煤粉燃盡問題得以解決。

c） 投粉前蒸汽流量應(yīng)達(dá)到260～270 t/h之間，滿足投粉初期受熱面冷卻流量。另外，屏過壁溫最高未超過430℃，避免了啟磨后屏過壁溫報警（530℃報警）。

3.5 優(yōu)化各臺磨煤機啟動操作

磨煤機的啟動操作技巧直接影響鍋爐的安全，各臺磨煤機的啟動銜接是否合理嫻熟影響到啟動的經(jīng)濟性。在啟磨煤機時應(yīng)注意以下幾方面。

a）為節(jié)省啟動時間，降低啟動用油，在汽機定速后應(yīng)啟動一次風(fēng)機，逐漸開始暖各臺磨煤機。

b）啟動磨煤機時最好選擇6個火嘴運行，使?fàn)t內(nèi)熱負(fù)荷分配均勻。

c） 磨煤機啟動后調(diào)整F擋板開度在20%左右即可，盡量使火焰中心下移，改善屏過管壁溫度狀況（屏過為輻射特性受熱面）。

d）增加爐內(nèi)熱負(fù)荷過程中為避免受熱面壁溫過高，可采取開大高低壓旁路，增加蒸汽流量的方法。

e） 第2、3臺磨煤機啟動間隔時間一般在25～30 min為宜，該過程啟動控制重點為防止屏過受熱面管壁超溫，操作難點為調(diào)節(jié)蒸汽流量（通過旁路開度控制）和減溫水量。

在啟動第2臺磨煤機前應(yīng)加大第1臺磨煤機出力，以增加啟動冷卻蒸汽流量要求，通常應(yīng)將蒸汽流量增加至460 t/h左右方可啟動第2臺磨煤機，此時油槍投運個數(shù)應(yīng)為17支左右，高再前煙溫基本在490℃左右，屏過看火孔溫度可升至850℃左右，燃燒基本安全穩(wěn)定。

第3臺磨啟動前應(yīng)加大前2臺磨煤機出力，通常情況下應(yīng)將蒸汽流量增加至550 t/h左右，此時油槍數(shù)量維持不變，高再前煙溫基本在550℃左右，屏過看火孔溫度可升至860℃左右。

3.6 防止屏式過熱器管壁溫度超溫措施

F.W公司設(shè)計的“W”型火焰鍋爐由于爐內(nèi)結(jié)構(gòu)原因，冷態(tài)啟動過程中經(jīng)常出現(xiàn)屏過管壁超溫現(xiàn)象，嚴(yán)重影響管材壽命，同時減慢了啟動速度，從而使該階段消耗了大量的燃油。

3.6.1 通過開大再熱器調(diào)節(jié)擋板來減小過熱器側(cè)煙氣流量

再熱汽溫的調(diào)溫方式為煙氣調(diào)節(jié)擋板，在啟動過程中為了防止再熱器出現(xiàn)“干燒”情況，要求在點火過程中再熱器側(cè)煙氣擋板關(guān)閉，過熱器側(cè)煙氣擋板全開。在啟動過程中過熱器側(cè)擋板全開后會導(dǎo)致過熱器側(cè)煙氣流量增加，低過入口蒸汽溫度升高，一級減溫水流量增加最終導(dǎo)致其后屏過超溫。采取了以下措施后，緩解了屏過壁溫超溫問題。

a）通過開大旁路開度，增加蒸汽流量，保證再熱器受熱面不受“干燒”。

b）投粉后開大再熱器側(cè)煙氣擋板，關(guān)小過熱器側(cè)煙氣擋板，減小過熱器側(cè)煙氣流量，降低低過入口蒸汽溫度，避免屏過管壁超溫。

3.6.2 減溫水量及蒸汽流量控制

控制屏過壁溫的主要操作手段有一級減溫水量及蒸汽流量（旁路開度控制），由于減溫水量投運過多可能會導(dǎo)致減溫后的蒸汽溫度低于飽和溫度，故在操作過程中應(yīng)主要依靠蒸汽流量調(diào)節(jié)。

雖然管屏間的流量偏差導(dǎo)致每根管子的壁溫情況不盡相同，但超溫的管子一般都有規(guī)律性，啟動過程中應(yīng)重點監(jiān)視，尤其是蒸汽流量變化工況下，應(yīng)及時調(diào)整。

3.7 啟動后期及時撤油槍

機組并網(wǎng)后用油量占總用油量的42%～53%，為降低該階段用油必須及早撤出油槍，但過早過快撤油槍很可能造成燃燒惡化。以往撤油槍主要根據(jù)煙溫及汽壓等參數(shù)大致估算，缺乏爐內(nèi)燃燒狀況評估及精確的參數(shù)依據(jù)。通過多次測量煙溫，摸清了爐內(nèi)燃燒狀況，解決了以上問題。

a）撤油槍前后，必須測量屏過看火孔處煙溫變化狀況，保證爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，防止因撤油槍速度過快導(dǎo)致爐內(nèi)燃燒惡化。若撤油槍過程中屏過處煙溫出現(xiàn)大幅度下降時不得繼續(xù)撤出油槍。

b）撤油槍的同時結(jié)合蒸汽流量、汽壓、高再前煙溫等參數(shù)變化情況分析，同時監(jiān)視爐內(nèi)火焰燃燒狀況，當(dāng)變化幅度較大時，停止撤油槍，防止出現(xiàn)燃燒惡化情況。

c） 通常在啟動第3臺磨煤機后，爐內(nèi)基本具備開始撤油槍條件，但此時應(yīng)保證爐指令大于320 MW，蒸汽流量在750 t/h左右，屏過看火孔處煙溫為1 000℃，高再前煙溫（在線測點） 為550～580℃之間。

d）撤出油槍的同時相應(yīng)增加磨煤機，保證爐指令反饋值逐漸增加，以確保爐內(nèi)燃燒強度。

e）當(dāng)爐指令增加至350 MW以上，屏過處煙溫在1 050℃左右（正常運行值1 200～1 300℃之間）時可逐漸加快撤油槍速度。

4 技改措施

4.1 去除水冷壁殘余耙釘

F.W公司在設(shè)計時，在爐內(nèi)布置了大量的衛(wèi)燃帶，這也是啟動中屏過易超溫的主要原因。根據(jù)廠家建議，該廠在施工過程中已有278 m2的區(qū)域未敷設(shè)衛(wèi)燃材料，但該部位的耙釘并沒有去掉。在鍋爐停運后，檢查發(fā)現(xiàn)遺留耙釘區(qū)域出現(xiàn)了嚴(yán)重的結(jié)焦?fàn)顩r，自然地形成一層新的焦渣“衛(wèi)燃帶”。在機組大修期間去掉了爐內(nèi)殘留耙釘，破壞了焦渣衛(wèi)燃帶形成的條件，增加下爐膛吸熱。在隨后啟動中機組調(diào)溫特性有了明顯的改善，相同熱負(fù)荷下屏過壁溫明顯降低。

4.2 部分去除爐膛衛(wèi)燃帶

在爐膛著火區(qū)域敷設(shè)衛(wèi)燃帶是“W”型火焰鍋爐保證煤粉著火及燃盡重要的手段，但在設(shè)計時不能單一僅考慮穩(wěn)燃因素，應(yīng)根據(jù)煤灰特性等因素綜合考慮敷設(shè)位置及面積。從運行情況來看該鍋爐衛(wèi)燃帶面積設(shè)計有過多跡象，會導(dǎo)致啟動過程中下爐膛吸熱不足，爐膛出口煙溫高，蒸汽壓力和溫度溫升不匹配。在減少衛(wèi)燃帶敷設(shè)面積及去掉耙釘后，取得了很好的效果。

4.3 將部分油槍出力由原來1.15 t/h改為0.8 t/h

鍋爐原油槍設(shè)計出力為1.15 t/h，將啟動中常用的磨煤機油槍霧化片更換為小孔徑霧化片，將出力降低至0.6～0.8 t/h?？梢酝ㄟ^多投油槍個數(shù)改善爐內(nèi)沿爐寬熱負(fù)荷分布的均勻性，減少熱負(fù)荷不均引起的管壁超溫；另外可以降低啟動后期用油量。通過改造后測量，油火焰火核溫度仍能達(dá)到1 250～1 350℃之間，火焰周圍1 m（無明火處）溫度仍高達(dá)900℃，滿足煤粉著火燃盡火的溫度要求。通過降低油槍出力，啟動后期用油量降低了20%左右，受熱面管壁溫度分布明顯均勻。

5 結(jié)論及建議

國產(chǎn)600 MW“W”型火焰鍋爐在啟動中由于其燃燒特性暴露出許多問題，通過優(yōu)化啟動操作和實施技術(shù)改造，摸索出啟動過程中投粉時機和后期撤油槍，解決屏過管壁超溫、汽溫難以控制等關(guān)鍵問題，機組冷態(tài)啟動各受熱面管壁溫度變化平穩(wěn)，管壁局部超溫問題得到遏制；用油量由原來的超240 t降至100 t左右；整個啟動過程中爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定火焰明亮，實現(xiàn)了安全經(jīng)濟啟動，達(dá)到了國內(nèi)同類型機組燃用劣質(zhì)無煙煤啟動的先進(jìn)水平。

Safe and Oil-saved Start-up of Domestically Produced 2 060 t/h“W”Type Flame Boiler

ZHANG Yan
（China Datang Corporation Shanxi Branch，Taiyuan,Shanxi030002,China）

Air-staging double-arc heat-insulated furnace is adopted for W-type flame boiler to address the ignition and burn-away problems of poor quality anthracite.At present,the same type of boilers in China widely suffer some problems,including large oil consumption for unit start-up,large temperature fluctuation and over-temperature at curtain wall etc..In a power plant,transformation measures are adopted to deal with the problems,including start-up optimization,getting rid of rake nails at ignition belt and oil-gun modification etc..Consequently,the oil consumption for cold start-up decreased from 240 t to 100 t each time with the temperature of curtain wall beingnormal.

“W”-type flame;over-temperature;fuel-efficient

TK227．7

A

1671-0320（2017）06-0038-04

2017-08-15，

2017-10-20

張 巖（1970），男，山西介休人，1992年畢業(yè)于太原電力高等?？茖W(xué)校熱能動力專業(yè)，工程師，從事電力生產(chǎn)及安全環(huán)保工作。