330 MW燃煤鍋爐蒸汽超溫分析研究

李 琳 ，張芬芬，閆東海 ，王 志，劉建航

（1.國(guó)家能源菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032；2.山東省菏澤第一中學(xué)，山東 菏澤 274000）

0 引言

汽溫作為火力發(fā)電機(jī)組的重要運(yùn)行調(diào)整參數(shù)，對(duì)汽輪機(jī)、鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用［1］。但是影響汽溫的因素多，影響過程復(fù)雜多變，調(diào)節(jié)過程慣性較大，因此在調(diào)整過程中容易出現(xiàn)主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度過高或過低的現(xiàn)象。蒸汽溫度過高可導(dǎo)致受熱面超溫爆管，而蒸汽溫度過低將使機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低［2］。本文針對(duì)兩臺(tái)330 MW燃煤機(jī)組頻繁出現(xiàn)主蒸汽和再熱蒸汽溫度過高的現(xiàn)象，以機(jī)組正常工況下主蒸汽、再熱蒸汽的溫度變化情況為研究對(duì)象，通過加強(qiáng)對(duì)汽溫的監(jiān)視與調(diào)整，摸索出機(jī)組汽溫控制調(diào)節(jié)的方法與措施，避免了超溫現(xiàn)象的發(fā)生，為同類機(jī)組汽溫調(diào)節(jié)控制提供借鑒。

1 鍋爐汽溫調(diào)節(jié)概況

某發(fā)電廠三期5號(hào)和6號(hào)兩臺(tái)330MW燃煤鍋爐為亞臨界參數(shù)、四角切圓燃燒方式、自然循環(huán)汽包爐，其制粉系統(tǒng)是正壓直吹式，配3臺(tái)雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)。

為避免機(jī)組運(yùn)行過程中過熱器出口左、右兩側(cè)汽溫出現(xiàn)較大偏差，通常采取調(diào)節(jié)三級(jí)減溫水的方式進(jìn)行調(diào)整：

1）一級(jí)減溫水設(shè)置在低溫過熱器至大屏過熱器的連接管上，作為機(jī)組正常工況下汽溫粗調(diào)用，過熱蒸汽溫度主要用一級(jí)噴水進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2）二級(jí)噴水減溫器數(shù)量為2個(gè)，設(shè)置在大屏至后屏左、右兩個(gè)連接管上。正常工況下作為備用調(diào)節(jié)手段，根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況可用來(lái)調(diào)節(jié)左、右側(cè)汽溫偏差，防止后屏超溫。

3）三級(jí)噴水減溫器數(shù)量為2個(gè)，設(shè)置在后屏至高溫過熱器的左、右交叉連接管上，作為正常工況下汽溫微調(diào)使用，以維持過熱蒸汽額定溫度。

再熱器的汽溫調(diào)節(jié)主要依靠燃燒器噴口的擺動(dòng)。主燃燒器和高位燃盡風(fēng)最大擺角均為±30°，壁式再熱器出口至中間再熱器入口的左、右側(cè)連接管上設(shè)置噴水減溫器，作微調(diào)使用，并調(diào)節(jié)兩側(cè)汽溫偏差，使再熱汽溫控制在正常范圍內(nèi)。當(dāng)?shù)拓?fù)荷時(shí)還可以同時(shí)增大爐膛進(jìn)風(fēng)量，作為再熱蒸汽溫度控制調(diào)節(jié)的輔助手段。

2 存在問題

兩臺(tái)330 MW機(jī)組作為該發(fā)電廠的主力機(jī)組，需根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度中心的要求運(yùn)行，機(jī)組基本上處于AGC模式。當(dāng)投入AGC-R模式時(shí)，機(jī)組負(fù)荷經(jīng)常出現(xiàn)大幅度調(diào)整，在較短時(shí)間內(nèi)負(fù)荷突升或突降50～80 MW。為適應(yīng)負(fù)荷的變化，機(jī)組燃料量和風(fēng)量也出現(xiàn)大幅度變化。由于機(jī)組各項(xiàng)自動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)在短時(shí)間無(wú)法適應(yīng)調(diào)整，導(dǎo)致汽溫忽高忽低，很難維持在正常范圍，出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行及設(shè)備壽命。經(jīng)過運(yùn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)2臺(tái)機(jī)組主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度頻繁出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。鍋爐汽溫超溫情況統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 鍋爐汽溫超溫情況統(tǒng)計(jì)

3 原因分析

3.1 過熱汽溫變化因素

1）負(fù)荷變化。負(fù)荷增加時(shí)，燃料量、風(fēng)量也要增加，爐膛出口煙溫升高，汽溫就會(huì)升高；反之汽溫降低。

2）壓力變化。壓力升高，主汽溫和再熱汽溫也會(huì)升高；壓力降低，主汽溫和再熱汽溫也會(huì)降低。

3）煤質(zhì)變化。當(dāng)煤的揮發(fā)份含量高時(shí)，煤易著火，在爐內(nèi)燃燒時(shí)間短，火焰中心上移，汽溫降低。當(dāng)煤粉變粗時(shí)，燃料在爐內(nèi)燃盡時(shí)間長(zhǎng)，汽溫將升高。當(dāng)燃料水分增加時(shí)，水分在爐內(nèi)蒸發(fā)需吸收部分熱量，使?fàn)t膛溫度降低；水分增加使煙氣體積增大，煙氣流速增加，輻射過熱器的吸熱量降低，對(duì)流過熱器的吸熱量增加［3］。

4）風(fēng)量及其配風(fēng)變化。爐內(nèi)氧量增大時(shí)，說(shuō)明送風(fēng)量大，煙氣量增加，造成對(duì)流式過熱器溫度升高，使?fàn)t膛出口溫度升高。在總風(fēng)量不變的情況下，配風(fēng)的變化也會(huì)引起汽溫的變化，當(dāng)下層風(fēng)量不足時(shí)，部分煤粉燃燒不完全，使得火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，引起汽溫升高。

5）噴燃器擺角變化。燃燒器擺角上擺，使火焰中心上移，引起汽溫升高；燃燒器擺角下擺，使火焰中心下移，引起汽溫降低。

6）制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式變化。低負(fù)荷時(shí)，如停止下層制粉系統(tǒng)、運(yùn)行上層制粉系統(tǒng)將造成汽溫升高。

7）過量空氣系數(shù)變化。過量空氣系數(shù)過大，過量空氣增加，燃燒生成的煙氣量增多，煙氣流速增大，對(duì)流傳熱加強(qiáng)，導(dǎo)致過熱汽溫升高。

8）給水溫度變化。給水溫度升高，產(chǎn)生蒸汽所需要的燃料量、風(fēng)量就少，爐膛燃燒就會(huì)減弱，引起汽溫降低；給水溫度降低，產(chǎn)生蒸汽所需要的燃料量、風(fēng)量就要增加，煙氣量增多且爐膛燃燒加強(qiáng)，引起汽溫升高［4］。

9）爐膛受熱面清潔程度變化。水冷壁結(jié)焦和過熱器、再熱器受熱面積灰時(shí)，受熱面的吸熱減少，爐膛出口溫度升高，引起汽溫升高。當(dāng)水冷壁結(jié)焦時(shí)，爐內(nèi)吸熱不好，大部分熱量都隨煙氣帶到過熱器和再熱器處，過熱蒸汽和再熱蒸汽吸熱多，使過熱汽溫和再熱汽溫升高。過熱器、再熱器等受熱面積灰時(shí)，傳熱效果不佳，汽溫將降低。

10）減溫水量或溫度變化。減溫水量或溫度變化時(shí)將引起蒸汽側(cè)總熱量的變化，如煙氣側(cè)工況未變，汽溫將發(fā)生相應(yīng)的變化。

3.2 再熱汽溫變化因素

再熱蒸汽容積大，流速較慢，布置在煙氣低溫區(qū)域，煙氣側(cè)的傳熱溫差小，因而再熱汽溫變化比較遲緩。再熱蒸汽壓力低，比熱小，使得當(dāng)工況變化時(shí)再熱汽溫的變化幅度較大。同時(shí)，再熱汽溫不僅受鍋爐工況變化的影響，還受其他因素影響，如再熱汽冷段至輔汽聯(lián)箱開度變化、臨機(jī)用汽、抽汽量變化及高壓缸排汽溫度變化等都會(huì)引起再熱汽溫的變化［5］。

1）高壓缸排汽溫度變化。機(jī)組定壓運(yùn)行時(shí)，高壓缸排汽溫度將隨機(jī)組負(fù)荷的增加而升高；過熱汽溫的升高也將造成高壓缸排汽溫度的升高；主蒸汽壓力越高，蒸汽在汽輪機(jī)中做功能力越強(qiáng)，焓降也大，高壓缸排汽溫度則相應(yīng)降低。

2）鍋爐送風(fēng)量變化。送風(fēng)量越大，產(chǎn)生的煙氣量越大。因再熱器換熱呈對(duì)流特性，再熱器吸熱多，再熱汽溫升高。

3）鍋爐負(fù)荷變化。鍋爐負(fù)荷降低時(shí)，輻射受熱面的吸熱比例增加，作為對(duì)流受熱面的再熱器吸熱量減少，再熱汽溫降低。

4）煙氣擋板開度變化。過熱器煙氣擋板開度過大，則過熱汽溫升高，再熱汽溫降低；再熱器煙氣擋板開度過小，則過熱汽溫降低，再熱汽溫升高。

5）其他因素。如受熱面清潔程度、火焰中心位置、減溫水量的變化等因素對(duì)再熱汽溫的影響與過熱汽溫基本類似。

4 調(diào)整措施

4.1 控制負(fù)荷升降速率

當(dāng)負(fù)荷變化大，在投入機(jī)組自動(dòng)協(xié)調(diào)的情況下，必然開大汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥，此時(shí)鍋爐主汽壓力下降。為保持設(shè)定的主汽壓力，鍋爐自動(dòng)增加燃料量，開大一次風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，開大容量風(fēng)門，鍋爐燃燒加強(qiáng)，主汽溫和再熱汽溫升高，減溫水量增大［6］。因此，負(fù)荷變化越大，壓力變化就越大，減溫水量就越大。在升負(fù)荷時(shí)，保持較小的變化速率和壓力變化率，做到超前調(diào)整，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)升至或降到規(guī)定的負(fù)荷。

4.2 加強(qiáng)鍋爐燃燒調(diào)整

1）由于鍋爐采用擺動(dòng)式燃燒器，抬高或壓低燃燒器噴口角度可明顯改變火焰中心。燃燒器噴口一共6層，除頂二次風(fēng)噴口上下擺動(dòng)15°外，其余各層噴口均可上下擺動(dòng)30°。調(diào)整燃燃器擺角是調(diào)整汽溫的主要方式，當(dāng)汽溫升高時(shí)，可減小燃燒器擺角，減少減溫水量。

2）多層燃燒器，投上面幾層時(shí)火焰中心高，投下面幾層時(shí)火焰中心低。當(dāng)減溫水量過大時(shí)，可選擇性切除上層的燃燒器，例如切除C磨C2端的兩個(gè)粉管對(duì)應(yīng)層的燃燒器。

3）當(dāng)上層燃燒器增加燃燒率時(shí)，火焰中心上移；當(dāng)下幾層燃燒器增加燃燒率時(shí)，火焰中心下移。當(dāng)減溫水量過大時(shí)，可增大A和B磨煤機(jī)容量風(fēng)門的開度，減小C磨煤機(jī)容量風(fēng)門的開度，降低上層燃燒器的燃燒率。通過長(zhǎng)期運(yùn)行調(diào)整表明，該調(diào)節(jié)方式可降低機(jī)組減溫水量，并降低鍋爐排煙溫度。

4）適當(dāng)改變層級(jí)配風(fēng)可改變火焰中心。減小上部二次風(fēng)量，或增大下部二次風(fēng)量，會(huì)使火焰中心上移。當(dāng)減溫水量過大時(shí)，可增大上部二次風(fēng)量，減小下部二次風(fēng)量。增大最上二層的消旋風(fēng)，將火焰壓在消旋風(fēng)以下，降低火焰中心，降低汽溫；減少飛灰可燃物，消除煙溫偏差。

5）加強(qiáng)受熱面吹灰，保證受熱面的清潔程度。如果減溫水量投入過大，汽溫較高時(shí)，不僅威脅機(jī)組安全運(yùn)行，還會(huì)使整個(gè)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性大大降低。加強(qiáng)對(duì)爐膛水冷壁的吹灰，如汽溫低，則要加強(qiáng)對(duì)過熱器和再熱器的吹灰，保證其受熱面清潔，加強(qiáng)熱交換。

4.3 控制制粉系統(tǒng)啟停

當(dāng)磨煤機(jī)啟停時(shí)，鍋爐內(nèi)燃燒工況變化較大。此時(shí)如調(diào)整不好，極易造成主蒸汽超溫，減溫水量過大。磨煤機(jī)啟停，有兩個(gè)較典型的工況：第一種工況為A和B磨煤機(jī)運(yùn)行，啟動(dòng)C磨煤機(jī)；第二種工況為A、B、C磨煤機(jī)運(yùn)行，停止A磨煤機(jī)。

1）A和B磨煤機(jī)運(yùn)行，啟動(dòng)C磨煤機(jī)。此工況一般發(fā)生在升負(fù)荷過程中，當(dāng)啟動(dòng)C磨煤機(jī)時(shí)，火焰中心上移，容易造成過熱汽和再熱汽超溫，減溫水量增大。在開啟C磨煤機(jī)的過程中，可超前壓低噴燃器擺角，同時(shí)控制好主蒸汽壓力，使主蒸汽壓力緩慢升高，避免主蒸汽壓力升高過快。

2）A、B、C磨煤機(jī)運(yùn)行，停止A磨煤機(jī)。此工況發(fā)生在降負(fù)荷過程中，為了降低廠用電率，停止A磨煤機(jī)運(yùn)行，即切除下層的兩層噴燃器，只保留上面的4層運(yùn)行，使火焰中心上移。此種工況過熱汽溫和再熱汽溫升高，需投大量減溫水。

4.4 調(diào)節(jié)煙氣擋板開度

在燃燒比較穩(wěn)定的情況下，減溫水用量較小，一般通過控制過熱器和再熱器煙氣擋板的開度來(lái)調(diào)節(jié)汽溫。開大過熱器煙氣擋板，過熱汽溫升高，再熱汽溫降低；開大再熱器煙氣擋板，過熱汽溫降低，再熱汽溫升高。

4.5 其他措施

1）機(jī)組正常運(yùn)行過程中，鍋爐燃燒比較穩(wěn)定，汽溫調(diào)整應(yīng)平穩(wěn)、均勻，操作減溫水閥門時(shí)不要大開大關(guān)，以免引起汽溫劇烈波動(dòng)。在汽溫調(diào)節(jié)的過程中，一級(jí)減溫作為主要調(diào)溫手段，二級(jí)減溫作為備用并保護(hù)后屏，三級(jí)減溫作為細(xì)調(diào)。在后屏過熱器不超溫的情況下，一般不用一級(jí)、二級(jí)減溫調(diào)整，盡量用三級(jí)減溫來(lái)調(diào)節(jié)汽溫。

2）再熱汽溫的調(diào)節(jié)采取控制煙氣擋板、調(diào)整噴燃器擺角、吹灰等手段進(jìn)行，盡量不投噴水減溫。再熱汽減溫水每投1 t／h可使機(jī)組效率降低0.01%，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性［7］。鍋爐在啟動(dòng)初期，產(chǎn)生的蒸汽量少，較小的燃燒變化都會(huì)引起汽溫大幅度波動(dòng)，因此在調(diào)節(jié)燃燒時(shí)，一定要兼顧汽溫的調(diào)整。另外，可利用旁路的開度來(lái)調(diào)節(jié)主蒸汽和再熱蒸汽的溫度偏差。

3）機(jī)組突然甩負(fù)荷、受熱面大面積結(jié)焦、爐底水封失水等異常工況都會(huì)引起汽溫大幅度波動(dòng)，尤其是在汽溫較低的時(shí)候，一定要保證蒸汽的過熱度，防止蒸汽帶水進(jìn)入汽輪機(jī)，避免發(fā)生汽輪機(jī)葉片損壞事故［8］。

5 調(diào)整效果

通過采取有針對(duì)性的調(diào)整措施，在AGC模式下，5號(hào)和6號(hào)鍋爐的主蒸汽和再熱蒸汽超溫現(xiàn)象明顯減少，優(yōu)化調(diào)整后鍋爐超溫情況統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 優(yōu)化調(diào)整后鍋爐超溫情況統(tǒng)計(jì)

根據(jù)以往同類機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，鍋爐受熱面因壁溫超溫爆管停機(jī)大約一周時(shí)間，再加上維修費(fèi)用、機(jī)組少發(fā)電量損失的效益、機(jī)組啟停廠用電量的增加、兩個(gè)細(xì)則考核等，經(jīng)濟(jì)損失較為嚴(yán)重。通過對(duì)5號(hào)和6號(hào)鍋爐頻繁出現(xiàn)的蒸汽超溫現(xiàn)象進(jìn)行分析，找出原因并采取有效的調(diào)整措施。經(jīng)優(yōu)化調(diào)整后，5號(hào)和6號(hào)機(jī)組的安全性得到提高，基本上避免了鍋爐穩(wěn)定燃燒過程中過熱汽溫和再熱汽溫的長(zhǎng)時(shí)間超溫現(xiàn)象的發(fā)生，減少了因超溫而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失。

6 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)時(shí)間超溫會(huì)引起主蒸汽和再熱蒸汽管道蠕變而破裂，甚至發(fā)生爆管事故，嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行和發(fā)電量完成率。本文分析了某330 MW機(jī)組燃煤鍋爐出現(xiàn)超溫的原因，并采取一系列調(diào)整手段進(jìn)行汽溫控制，減少了在AGC模式下主蒸汽和再熱蒸汽超溫的次數(shù)，避免了超溫導(dǎo)致鍋爐壽命降低甚至爆管，提高了鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，可為同類機(jī)組汽溫調(diào)整提供參考和借鑒。