1000MW超超臨界鍋爐水冷壁超溫原因分析及對策

文/張建鵬

0 引言

本文針對HG-2994/28.25-YM4型超超臨界鍋爐垂直水冷壁特性，通過現(xiàn)場燃燒調(diào)整實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了鍋爐制粉系統(tǒng)、磨煤機(jī)組合方式、熱一次風(fēng)調(diào)平對鍋爐水冷壁壁溫的影響，并提出了相應(yīng)控制調(diào)整策略，對同類型機(jī)組的調(diào)試和運(yùn)行控制方式提供參考借鑒。

1 工程概況及設(shè)備參數(shù)

本文以廣東粵電茂名博賀電廠2×1000MW“上大壓小”超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐為研究對象。其生產(chǎn)廠家為哈爾濱鍋爐廠，型號為HG-2994/28.25-YM4型，是變壓運(yùn)行直流鍋爐，采用單爐膛、П型布置、一次中間再熱、低NOX主燃燒器分級燃燒技術(shù)、反向雙切圓燃燒方式，爐膛為內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁，水冷壁入口裝設(shè)節(jié)流孔圈，同時(shí)在燃燒器上部裝設(shè)中間混合集箱和混合器，對由下爐膛來的工質(zhì)進(jìn)行充分混合，消除由下爐膛的吸熱不均產(chǎn)生的偏差。鍋爐采用了平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全懸吊結(jié)構(gòu)、全鋼構(gòu)架。機(jī)組負(fù)荷250MW~500MW運(yùn)行時(shí)，水冷壁超溫位置主要集中于前墻水冷壁中部（見圖1）313號至449號，水冷壁溫度在445℃~590℃，鍋爐的最高度達(dá)608℃。設(shè)計(jì)煤種由40%澳洲煤與60%印尼煤組成的混煤。鍋爐配置6臺ZGM123G-III型中速磨煤機(jī)，每臺磨的出口為四根煤粉管道，經(jīng)煤粉分配器分成八根后接至爐膛八個角的同一層煤粉噴嘴。鍋爐主要參數(shù)見表1。

圖1 鍋爐水冷壁測點(diǎn)布置

表1 鍋爐技術(shù)參數(shù)

2 鍋爐燃燒調(diào)整與水冷壁壁溫特性分析

2.1 壁溫超溫原因及對策分析

實(shí)驗(yàn)中的鍋爐制粉系統(tǒng)配置6臺中速磨煤機(jī)及動態(tài)分離器，每臺磨煤機(jī)分離器出口引出4根母管，經(jīng)水平布置“T”型煤粉分配器（見圖2）分出兩根支管分別至#1、#2角燃燒器，#3、#4角燃燒器、#5、#6角燃燒器，#7、#8角燃燒器。各母管均配置一個調(diào)節(jié)縮孔調(diào)節(jié)風(fēng)量，但分配器分出的兩根支管無調(diào)節(jié)縮孔，且各支管的阻力不同，阻力越大則風(fēng)量越小，風(fēng)量小時(shí)煤粉容易沉積，進(jìn)一步增加阻力，進(jìn)而造成風(fēng)量更小的惡性循環(huán)；同時(shí)各角粉量的偏差也會影響爐內(nèi)溫度的均衡，最終導(dǎo)致水冷壁前墻中部壁溫超溫。

圖2 鍋爐的煤粉分配器

為解決上述壁溫超溫問題，應(yīng)在各支管增加可調(diào)縮孔以調(diào)整風(fēng)量；同時(shí)，應(yīng)重新布置煤粉分配器位置，避免水平90°直角布置，優(yōu)化煤粉管道布置方式，減少彎頭及斜管，減少阻力。建議各磨煤機(jī)在入口風(fēng)量前增加導(dǎo)流板，以防止磨入口冷熱風(fēng)搶風(fēng)現(xiàn)象。

2.2 磨組合對壁溫的影響分析

此類型鍋爐水冷壁在中低負(fù)荷啟磨時(shí)也容易造成水冷壁超溫，因?yàn)椴煌ソM合改變爐內(nèi)火焰中心的高度、燃燒的切圓大小和水冷壁進(jìn)出口溫度場的變化。

在3500MW負(fù)荷下，實(shí)驗(yàn)A+B、B+C磨組合啟動第三臺磨時(shí)對水冷壁進(jìn)出口壁溫特性影響，分別進(jìn)行ABC和BCE兩種磨組合運(yùn)行方式的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明在負(fù)荷350MW至500MW之間，磨組ABC和BCE運(yùn)行時(shí)，前墻水冷壁N251-N0647中部入口管壁溫由369℃升至570℃；磨組BCE運(yùn)行時(shí)，前墻水冷壁N251-N0647中部入口溫度為500℃以下，其中500MW負(fù)荷超溫報(bào)警值為536℃（見圖3、圖4）。這是由于磨組合A+B+C相比B+C+E增大了爐膛內(nèi)部切圓直徑，降低了爐膛火焰中心，導(dǎo)致水冷壁前墻中部超溫。

為解決上述壁溫超溫問題，應(yīng)在低負(fù)荷時(shí)采用上層磨組合方式，如B+D+E、D+E+F、C+D+E、C+E+F，把過熱度控制在20℃~40℃，調(diào)整燃燒器擺角在85°~95°之間。

圖3 鍋爐的A+B+C磨組運(yùn)行結(jié)果

圖4 鍋爐的B+C+E磨組運(yùn)行測試結(jié)果

2.3 熱一次風(fēng)調(diào)平實(shí)驗(yàn)分析

磨煤機(jī)的一次風(fēng)量主要是通過改變磨煤機(jī)的通風(fēng)量來調(diào)整爐內(nèi)切圓大小，通過調(diào)平八根粉管熱一次風(fēng)量，使得每個燃燒器噴口均勻燃燒。由于磨組B、C、D磨煤機(jī)容易出現(xiàn)堵粉管現(xiàn)象，并且母管裝有可調(diào)縮孔以及煤粉分配器，磨組A、E、F在首次測量時(shí)發(fā)現(xiàn)粉管風(fēng)速初始偏差均在國標(biāo)要求的±5%范圍以內(nèi)，故調(diào)平實(shí)驗(yàn)主要針對B、C、D三臺磨煤機(jī)進(jìn)行。

2.3.1 調(diào)平前一次風(fēng)粉測量與分析

實(shí)驗(yàn)采用風(fēng)速儀對煤粉管進(jìn)行一次風(fēng)粉速度測量，結(jié)果如表2所示。B、C、D磨煤機(jī)八角的最大一次風(fēng)粉速度最大偏差分別是-2.8m/S、-5.2m/s和-10.7m/s，算出最大相對平均值偏差分別是-11.3%、-14.2%和-10.7%。

表2 調(diào)平前一次風(fēng)粉速度表 單位：m/s

2.3.2 調(diào)平過程與效果分析

根據(jù)測量結(jié)果有針對性地對可調(diào)縮孔和煤粉分配器開始調(diào)節(jié)，通過這個方法調(diào)節(jié)粉管內(nèi)的阻力。調(diào)整措施如表3所示。

表3 煤粉管可調(diào)縮孔調(diào)節(jié)情況

同時(shí)將B4煤粉分配器開大至80°，B6煤粉分配器開大至75°，C4煤粉分配器全開至90°，調(diào)平后測量結(jié)果見表4。

表4 調(diào)平后一次風(fēng)粉速度 單位：m/s

通過對比（見圖5、圖6）調(diào)整前后的一次風(fēng)粉速度可知，B、D磨煤機(jī)的8根粉管風(fēng)速初始偏差均在國標(biāo)要求的±5%以內(nèi)、另外，C磨煤機(jī)的相對偏差由-14.2%降到-7.10%,每臺磨各粉管風(fēng)速偏差進(jìn)一步縮小，風(fēng)速分布更加均勻，水冷壁壁溫在調(diào)平后運(yùn)行更加平穩(wěn)（圖7）。但是由于粉管煤粉分配器位置是水平垂直布置，支管沒有可調(diào)縮孔等原因，所以調(diào)節(jié)手段有限，故建議電廠按照上面所提的意見進(jìn)行技術(shù)改造。

圖5 調(diào)整前一次風(fēng)速相對偏差

圖6 調(diào)整后一次風(fēng)速相對偏差

圖7 一次風(fēng)調(diào)平后鍋爐的水冷壁壁溫

3 結(jié)語

本文通過上述針對HG-2994/28.25-YM4型鍋爐的調(diào)試，得出了水冷壁超溫的主要原因是煤粉管道堵管，提出了解決堵管的主要手段和方法:通過改變磨組合運(yùn)行方式，改變爐內(nèi)火焰中心高度，極大地改善了鍋爐的水冷壁超溫現(xiàn)象；通過實(shí)驗(yàn)對磨出口熱一次風(fēng)速度參數(shù)調(diào)平，調(diào)整各墻燃燒器射流剛性，保證鍋爐內(nèi)切圓不偏移，優(yōu)化爐內(nèi)燃燒，保證爐膛水冷壁入口壁溫均勻分布。研究提出的方法可為同類型機(jī)組的調(diào)試和運(yùn)行提供參考借鑒。