超臨界鍋爐低負(fù)荷運行高溫過熱器壁溫超溫控制淺析

陳喜 齊明震

摘 要：針對某電廠兩臺1045MW超超臨界鍋爐在低負(fù)荷運行中出現(xiàn)的高溫過熱器管壁超溫現(xiàn)象，結(jié)合現(xiàn)場運行實踐提出了超超臨界鍋爐防止低負(fù)荷運行高溫過熱器管壁超溫的控制策略，取得了良好的效果，保證了鍋爐安全運行。

關(guān)鍵詞：直流鍋爐;低負(fù)荷;高溫過熱器管壁超溫;控制策略

1 引言

某電廠兩臺1045MW超超臨界機(jī)組于2012年投產(chǎn)，自投產(chǎn)以來，受電網(wǎng)負(fù)荷影響，兩臺機(jī)組經(jīng)常啟停和低負(fù)荷運行。機(jī)組在200MW-300MW間運行時，高溫過熱器管間壁溫差大、易發(fā)生超溫現(xiàn)象，管壁超溫累積時間一長，金屬高溫蠕變、強(qiáng)度降低，容易爆管，給鍋爐安全運行帶來非常大的安全隱患。某廠全年兩臺機(jī)組高溫過熱器壁溫超限分鐘統(tǒng)計圖見圖1：

2 鍋爐設(shè)備情況

某電廠鍋爐選用東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司生產(chǎn)的DG3033/26.15-II2超超臨界參數(shù)燃煤直流爐[1]，為單爐膛、前后墻對沖燃燒、一次中間再熱、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)、采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、露天布置、全懸吊、鋼結(jié)構(gòu)П型鍋爐。每臺爐配6臺MGS4366型雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)，燃燒系統(tǒng)采用低NOx燃燒器。燃燒器分3層，每層共8只，前后墻各布置24只，每臺磨煤機(jī)帶一層燃燒器。

高溫過熱器蛇形管位于鍋爐折焰角上部，順流布置，爐內(nèi)過熱器管子外三圈采用HR3C材料，進(jìn)口內(nèi)圈材質(zhì)為SA213—TP347HFG，出口內(nèi)圈材質(zhì)為SUPER304H。

高溫過熱器材質(zhì)選用和壁溫報警控制設(shè)定值見圖2：

3 低負(fù)荷高溫過熱器管壁超溫原因分析

3.1 鍋爐濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)過程中，蒸汽流量降低，水煤比失調(diào)

直流鍋爐的三大過熱器（過熱器、省煤器、水冷壁） 串聯(lián)連接，雖然在結(jié)構(gòu)上是分清的，但是工質(zhì)狀態(tài)沒有固定的分界，它隨著工況而變化[2]。工質(zhì)物理特性影響，在干濕態(tài)轉(zhuǎn)換過程中，蒸汽比容等參數(shù)交變波動較大，引起管間流量偏差加劇，容易發(fā)生超溫。因此在鍋爐濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)過程中，必須嚴(yán)格控制好給水流量、給水溫度、水煤比等參數(shù)，防止出現(xiàn)管壁超溫甚至爆管。鍋爐轉(zhuǎn)態(tài)過程中，給水流量控制過大、給水溫度控制過低，均會造成鍋爐蒸汽流量不足，鍋爐蒸汽流量低，水煤比一旦失調(diào)，鍋爐過熱器就會超溫。

3.2 鍋爐啟、停過程中，鍋爐長時間濕態(tài)運行;

超超臨界鍋爐低負(fù)荷濕態(tài)運行中的汽溫控制比正常運行時更為復(fù)雜，因為蒸汽參數(shù)變化大而流量比較低，所以鍋爐濕態(tài)運行更容易超溫。鍋爐啟動過程中，因突發(fā)的制粉系統(tǒng)故障，導(dǎo)致鍋爐無法增加燃料，機(jī)組無法升負(fù)荷;鍋爐停運過程中，因燒空原煤倉，磨煤機(jī)不能停運，機(jī)組無法降負(fù)荷，這兩種情況都會導(dǎo)致鍋爐長時間濕態(tài)運行。

3.3 鍋爐濕態(tài)運行時，蒸汽流量降低

鍋爐濕態(tài)運行時，鍋爐一旦有外排量，會引起工質(zhì)熱量損失，蒸汽流量降低;給水溫度過低，蒸汽流量會降低，鍋爐過熱器容易超溫。鍋爐濕態(tài)運行時，應(yīng)盡量減少汽水分離器的排水，提高鍋爐給水溫度，增大蒸汽流量，對降低管間流量偏差大有好處。

3.4 鍋爐低負(fù)荷運行，啟、停磨過程中，燃料波動大;

雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)進(jìn)入鍋爐燃料量不能用給煤機(jī)煤量來準(zhǔn)確控制，只能用負(fù)荷風(fēng)門模糊控制，鍋爐低負(fù)荷階段，尤其是啟停磨階段，進(jìn)入鍋爐的燃料波動大，鍋爐過熱器易超溫，必須嚴(yán)格控制燃料投入速度和及時調(diào)整燃燒工況。

4 低負(fù)荷高溫過熱器管壁超溫控制策略

4.1 鍋爐濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)控制要點

1）鄰機(jī)運行時保持除氧器溫度在150℃左右，啟動爐供輔汽時維持除氧器溫度在100℃以上，建立高加正常水位，進(jìn)一步提高進(jìn)入鍋爐省煤器入口給水溫度，提高低負(fù)荷鍋爐蒸汽流量;

2）在機(jī)組負(fù)荷達(dá)到250MW～300MW時，進(jìn)行鍋爐濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)操作，進(jìn)行操作之前完成鍋爐給水由旁路切至主路運行;

3）鍋爐轉(zhuǎn)態(tài)前按照機(jī)組啟動汽溫、汽壓曲線確認(rèn)汽溫、汽壓是否匹配，轉(zhuǎn)態(tài)前主汽溫應(yīng)控制在550℃為宜，否則應(yīng)調(diào)整正常后再進(jìn)行轉(zhuǎn)態(tài)操作。

4）鍋爐轉(zhuǎn)干態(tài)應(yīng)待第三臺磨運行穩(wěn)定后再進(jìn)行，爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，密切關(guān)注爐膛負(fù)壓變化情況，必要時保持足量的油槍運行，轉(zhuǎn)態(tài)時燃料量應(yīng)平穩(wěn)緩慢增加。

5）鍋爐轉(zhuǎn)態(tài)時保持給水流量在800t/h左右，關(guān)閉鍋爐361閥前電動總門，避免鍋爐外排，增加鍋爐蒸發(fā)量，根據(jù)儲水箱水位逐漸關(guān)小爐水循環(huán)泵出口調(diào)節(jié)門，逐漸提升汽泵轉(zhuǎn)速，使給水平穩(wěn)過渡至汽泵接帶。

4.2 正常運行，燃料調(diào)整要點

1）正常運行期間氧量是反映爐內(nèi)燃料變化的重要指標(biāo)，燃料調(diào)整以氧量平穩(wěn)變化為主要參考。

2）從燃料調(diào)整至汽溫、壁溫等參數(shù)發(fā)生變化需要約2分鐘時間，因此增、減燃料后應(yīng)觀察氧量、汽溫、壁溫等參數(shù)變化情況，待變化趨勢變緩后再進(jìn)行下一步調(diào)整，避免過調(diào)。

3）燃料調(diào)整以磨煤機(jī)負(fù)荷風(fēng)門調(diào)整為主，一次風(fēng)壓調(diào)整為輔，在有余量的情況下磨負(fù)荷風(fēng)門最好保持在45～65%之間，留足調(diào)節(jié)裕量，運行中控制燃料反饋與燃料指令偏差<10%，避免燃料量與負(fù)荷不匹配。

4）一次風(fēng)壓的自動跟蹤存在滯后性，調(diào)節(jié)一次風(fēng)壓要打好提前量，負(fù)荷指令變化、開關(guān)磨煤機(jī)風(fēng)門等均會導(dǎo)致一次風(fēng)壓變化，此時應(yīng)及時調(diào)整，穩(wěn)定入爐燃料量。

5）磨煤機(jī)啟動建立料位出力階段盡量控制在機(jī)組加負(fù)荷時，磨煤機(jī)停磨吹空階段盡量控制在機(jī)組減負(fù)荷時，盡量避免這兩個時段落在穩(wěn)定負(fù)荷階段，減少啟停磨對參數(shù)的擾動。

6）啟、停磨煤機(jī)時，應(yīng)根據(jù)磨煤機(jī)出力及吹空特性，并根據(jù)氧量等參數(shù)變化，及時調(diào)整其它磨煤機(jī)出力，保持整體入爐燃料量穩(wěn)定。

7）加強(qiáng)磨煤機(jī)各參數(shù)監(jiān)視，避免空磨、堵磨造成的入爐燃料量大幅波動。

4.3 機(jī)組停運過程中，制粉系統(tǒng)控制要點

1）原煤倉燒空按計劃有序燒空，不要多臺磨煤機(jī)原煤倉同時燒空，一臺磨兩個原煤倉燒空倉間隔時間控制在20分鐘以內(nèi);

2）磨煤機(jī)停運按計劃有序進(jìn)行，不要同時進(jìn)行多臺磨煤機(jī)停運操作;

3）鍋爐濕態(tài)運行期間，輸煤皮帶連續(xù)運行，原煤倉倉位控低不控高，少加倉，精細(xì)化調(diào)整，控制最后兩臺磨燒空停運間隔時間在20分鐘以內(nèi)

4.4 機(jī)組啟動過程中，制粉系統(tǒng)控制要點

1）磨煤機(jī)啟動按計劃有序進(jìn)行，不要同時進(jìn)行多臺磨煤機(jī)啟動操作;

2）機(jī)組并網(wǎng)前啟動第二臺磨運行，鍋爐轉(zhuǎn)干態(tài)前啟動第三臺磨煤機(jī)，磨煤機(jī)啟動出力后，應(yīng)及時通過降低一次風(fēng)壓、關(guān)小運行磨負(fù)荷風(fēng)門等手段控制燃料量，避免鍋爐熱負(fù)荷快速增加，導(dǎo)致汽溫及壁溫快速升高。

5 結(jié)論

文中從現(xiàn)場實踐角度淺析了超超臨界鍋爐低負(fù)荷運行高溫過熱器管壁超溫的原因和控制策略，采取相關(guān)措施后，機(jī)組低負(fù)荷段運行時，鍋爐高溫過熱器管壁超溫的情況得到有效根治，保證了鍋爐安全運行。