通過SOFA風調整減少爐膛煙溫偏差

李 誠，余貴云

（國家電投集團江西電力有限公司貴溪發(fā)電有限責任公司，江西 貴溪 335400）

0 引言

貴溪發(fā)電廠三期為2臺640MW-HG-1964/25．4-YM17型超臨界鍋爐機組，為哈爾濱鍋爐廠自主開發(fā)研制的640MW等級超臨界鍋爐。該鍋爐為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行帶內置式再循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的直流鍋爐、單爐膛、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結構、露天布置的π型鍋爐。采用中速磨直吹制粉系統(tǒng)，每爐配6臺HP1003碗式中速磨煤機，燃用設計煤種時5臺運行，1臺備用；煤粉細度R90=18.4%。鍋爐采用新型切圓燃燒方式，爐內煙氣的旋轉方向為逆時針，主燃燒器布置在水冷壁的四面墻上，每層4只燃燒器對應一臺磨煤機。SOFA燃燒器布置在主燃燒器區(qū)上方的水冷壁的四角，以實現分級燃燒降低NOX排放，同時SOFA燃燒器擺角水平可調，可實現與主氣旋的正切（逆時針）和反切（順時針）。

2號鍋爐自投產以來，兩側主、再熱汽溫偏差一直較大，造成平均主、再汽溫長期偏低，同時由于偏差造成單側主、再熱蒸汽管壁溫度較高，管壁經常超溫報警。2017年1至4月份主、再熱汽溫見表1。

表1 2017年1至4月份主、再熱汽溫℃

1 汽溫偏差形成的原因

2號鍋爐采用的是新型切圓燃燒方式，主燃燒器布置在水冷壁的四面墻上。這種燃燒方式具有爐膛充滿度好，擾動大、有利于燃燼，并且可實現空氣分級供風、燃燒分級的燃燒，從而降低NOx排放量，有利于環(huán)保。然而，隨著火力發(fā)電機組不斷向更高參數，更大容量發(fā)展，爐膛煙道寬度也隨之增大，但爐膛高度有限，氣流的旋轉作用在爐膛出口不能完全消失，存在殘余旋轉。對于在爐內形成逆時針旋轉氣流的鍋爐，左右墻煙氣的流動特征是不一樣的，靠近爐膛左側處的氣流并不是直接流向水平煙道，而是由于殘余旋轉的作用，氣流的方向先有一個向前墻流動的趨勢，然后氣流被主氣流的疊加后，經歷了一個減速、滯止和反向加速的運動過程，而右側的氣流在得到主氣流的疊加后直接向水平煙道處流動，速度變大，出現左側氣流的運動速度比右側小，從而導致了爐膛出口水平煙道左右側的速度分布不均勻，而出現煙速偏差現象，見圖1。

圖1 煙氣流速偏差

對于氣流在爐內形成逆時針旋轉切圓的墻式切圓鍋爐，煙氣由爐膛出口通過水平煙道時，由于爐膛上部左側的煙氣向爐膛后面運動的趨勢小于爐膛上部右側煙氣隨主氣流運動的趨勢，引起了左、右側速度分布的不均勻。同時由于左側煙氣流動的機理要比右邊復雜的多，煙氣在左邊流動的過程中存在著一個減速、停滯、反向加速的過程，在這個過程中流向爐膛前方反方向流動的煙氣卻與煙道中旋轉回流的氣流發(fā)生相對抨擊，產生強大的氣流擾動，導致對流換熱作用得到加強。然而右側煙氣流動的情況就相對比較簡單，進入屏區(qū)之后，能夠穩(wěn)定快速的流向爐后。

爐膛的殘余旋轉使爐膛煙氣室左側煙氣的主流方向先流向前墻再返回流向爐膛后方，煙氣在左邊流動的過程中存在著一個減速、停滯、反向加速的過程，在這個過程中流向爐膛前方反方向流動的煙氣卻與煙道中旋轉回流的氣流發(fā)生相對抨擊，產生強大的氣流擾動，導致對流換熱作用得到加強，并且使爐膛上部左側煙氣充滿度強于右側，屏區(qū)受熱面吸熱量左側大于右側，導致爐膛出口煙溫出現左低右高，并且由于右側煙氣流速較左側高、右側煙氣流量大總放熱量大，從而引起爐膛上部過熱器和再熱器系統(tǒng)因吸熱不均而出現氣溫偏差[1-5]。

2 采用SOFA風調整的方法

通過前面的原因分析可以得出造成左、右側汽溫偏差的原因主要是由于爐內煙氣的殘余旋轉使煙氣進入左、右兩側水平煙道所遇阻力不同，進而造成左、右兩側溫度場和速度場的不均勻。由此入手，要調整兩側汽溫偏差有兩種手段：消除殘余旋轉；采取一定的方法使左側煙氣更順利的進入水平煙道。從這兩點出發(fā)，通過運行中的摸索得出以下SOFA風的調整方法：

1）將四層SOFA風調至反切位置。將SOFA風調至反切角度的目的是消旋，通過現場檢查發(fā)現2號鍋爐的SOFA風全部在正切位置，SOFA風起不到消旋的作用。5月份C修將2號鍋爐SOFA調至反切位置后，通過調整發(fā)現部分負荷段通過將四層SOFA開大可以起到減小汽溫偏差的效果，但效果不是特別理想。SOFA反切效果見圖2：

2）四層SOFA集中開啟并保持大開度，同時保持合適的二次風檔板開度。同時開啟并保持60%以上的開度其作用非常明顯。由于二次風與SOFA風共同擁有一個風箱，減小二次風量則間接增加了SOFA風量，即增加了其反切作用，有利于氣流旋轉強度降低，所以二次風檔板開度的配合也很重要，基本原則是保持SOFA風60%以上開度，通過調整二次風擋板開度維持風箱差壓在0.5 kPa以上。

圖2 煙氣反切效果示意

3）四層SOFA風采取縮腰型配風方式。當負荷不高、總風量不大的情況下四層SOFA同時保持大開度會造成風箱差壓過低，造成SOFA動能不足，此時SOFA風可以采用縮腰型配風，開大第一層與第四層SOFA風，適當關小第二層與第三層SOFA風。

4）SOFA風采用非對稱配風方式（只開啟2號角關閉其他角）。通常的SOFA風調節(jié)方式是四個角同時對稱開啟，但目前由于SOFA消旋的作用有限，四個角SOFA對稱開啟時尚不足以使爐膛出口的殘余旋轉消除，反而削弱了每個角SOFA的動能。圖2所示2號角的位置在左后墻位置，靠近左側水平煙道入口方位，當開啟2號角SOFA風時由于其與主氣旋呈反切形式，可以對該區(qū)域的氣流起到制動轉向的作用，使氣流更易被引風機的吸力帶入水平煙道，使左側氣流的流動呈現與右側相似的情況，因此可以起到平衡左右兩側煙氣速度場與溫度場的作用，并且單獨開啟2號角的SOFA可以提高風箱差壓，強化SOFA的動能。目前2號鍋爐SOFA基本上采用此種方法，高負荷采用均等配風，四層開度一致，開度保持在80%-100%，中低負荷開度保持在50%-80%，當風箱差壓不足時中低負荷可采用縮腰型配風方式。

2號鍋爐500MW負荷采用原來的SOFA四個角同時開啟配風方式下的煙溫及汽溫情況見圖3-5。

圖3 SOF風四個角同時開啟配風

圖4 SOF風四個角同時開啟煙溫

圖5 SOF風四個角同時開啟主再汽溫

2號鍋爐采用改進的非對稱配風方式，即只開戶2號角關閉其他角，500 MW負荷的煙溫及汽溫情況見圖6-8。

圖6 SOF風非對稱配風

圖7 SOF風非對稱配風煙溫

圖8 SOF風非對稱配風主再汽溫

通過以上截圖數據對比可以發(fā)現，采用單獨開啟2號角SOFA風的配風方式兩側煙溫及汽溫都非常平衡。

3 取得的效果及效益

通過采用非對稱調整SOFA風的調整試驗，不僅顯著提高了2號鍋爐的主、再熱蒸汽平均汽溫，提高了機組的經濟性；同時由于煙溫差減小，使右側分隔屏及高溫再熱器管壁超溫現象大幅改善，安全效益顯著。2號鍋爐調整試驗前后汽溫比較見表2。

表2 調整前后主、再熱汽溫對比℃

4 對環(huán)保參數及燃燒經濟性的影響分析

設置SOFA風（燃燼風）燃燒器的目的是實現燃燒過程中空氣的分級供給，以減少NOx的生成量，在燃燒的后半段補充燃燼風可以使煤粉充分燃燒。采用此種非對稱SOFA配風方式，只是改變了SOFA在四個角之間的分配，并未影響燃燒后半段空氣的供給量，因此對NOx的生成量與飛灰含碳量不會產生不利影響。實際運行結果也證實，采用非對稱的SOFA風配風方式，脫硝入口的NOx濃度與鍋爐的飛灰含碳量與采用對稱配風方式時一樣。

5 結語

切圓燃燒方式具有許多優(yōu)點，目前我國燃煤電站鍋爐約有70%以上采用切圓燃燒方式。切圓燃燒方式主要特點是爐內氣流旋轉，引起爐內旋轉中心低壓區(qū)卷吸高溫煙氣，讓氣流充分混合，形成良好的著火條件和穩(wěn)定的燃燒環(huán)境，并且顆粒在爐內停留時間長，有利于燃盡。但由于爐膛高度有限，爐膛出口仍然存在氣流的殘余旋轉，導致水平煙道處左右側出現煙速偏差與煙溫偏差的現象，使過熱器與再熱器的管屏左右側吸熱不均勻，出現熱偏差現象，造成兩側汽溫偏差大進而拉低平均汽溫，影響機組經濟性，情況嚴重時，導致受熱面出現超溫爆管事故。因此，研究爐膛出口煙溫偏差對提高鍋爐運行的安全性、可靠性及經濟效益均具有重要意義。本文從提高2號鍋爐平均汽溫入手，通過分析造成汽溫偏差的原因，找到了適合貴溪發(fā)電公司640 MW兩臺鍋爐SOFA風配風的方法。在實際調整過程中發(fā)現，隨著機組負荷、磨煤機運行方式的改變，SOFA風的配風方式亦有所不同，但基本方向仍如本文所述。