350 MW超臨界鍋爐受熱面熱偏差原因分析及處理

史曉華，楊德榮，吳 鵬

（1.山西漳電科學(xué)技術(shù)研究院，山西 太原 030006；2.華能國際電力股份有限公司上安電廠，河北 石家莊市050399）

0 引言

在現(xiàn)有的超臨界鍋爐運(yùn)行中，多數(shù)鍋爐都存在受熱面熱偏差、超溫而導(dǎo)致超溫爆管問題。參考文獻(xiàn)[1]提到：鍋爐冷水壁、過熱器和再熱器受熱面內(nèi)工質(zhì)的壓力和溫度都相當(dāng)高，且布置在煙溫較高的區(qū)域，因而其工作條件惡劣，受熱面溫度接近管材的極限允許溫度，而鍋爐容量的日益增大，使其過熱器和再熱器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布置更趨復(fù)雜。系統(tǒng)布置與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理會(huì)引起工質(zhì)流量和吸熱量的不均勻而造成受熱面熱偏差、超溫。某350 MW超臨界鍋爐在運(yùn)行過程中主要存在以下問題：一是左側(cè)墻、前墻靠左區(qū)域部分水冷壁易超溫，為控制超溫，低負(fù)荷時(shí)過熱度控制在10℃左右，嚴(yán)重威脅機(jī)組及設(shè)備運(yùn)行的安全性；二是汽水分離器至末級(jí)過熱器存在熱偏差，特別是在低負(fù)荷時(shí)，低溫過熱器出口汽溫偏差在30℃左右，末級(jí)過熱器出口汽溫偏差最大達(dá)到60℃～70℃，導(dǎo)致綜合主汽溫度低，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。針對(duì)此問題，我們進(jìn)行了原因分析，提出了適宜的調(diào)整措施。

1 設(shè)備概況

某350 MW超臨界鍋爐系哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的HG-1205/25.4-YM1型超臨界變壓直流爐。鍋爐本體采用∏型布置、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、運(yùn)轉(zhuǎn)層以上露天布置、運(yùn)轉(zhuǎn)層以下緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、前后墻對(duì)沖燃燒方式。鍋爐采用前后墻對(duì)沖燃燒方式，燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用分級(jí)燃燒和濃淡燃燒技術(shù)，20只從三井巴布科克公司引進(jìn)技術(shù)制造的LNASB型旋流燃燒器分布于爐膛前后墻，前墻3層、后墻2層，每層燃燒器對(duì)應(yīng)一套制粉系統(tǒng)；前墻從下至上依次布置D/C/B制粉系統(tǒng)、后墻布置A/E制粉系統(tǒng)。在前后墻頂層燃燒器的上方各布置2層燃燼風(fēng)，每層都有4個(gè)風(fēng)口。

制粉系統(tǒng)采用正壓直吹式冷一次風(fēng)系統(tǒng)，每臺(tái)鍋爐配5臺(tái)由北京電力設(shè)備廠生產(chǎn)的ZGM95N-II型中速輥式磨煤機(jī)，在鍋爐額定負(fù)荷下4臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，1臺(tái)磨煤機(jī)備用。每臺(tái)磨煤機(jī)通過煤粉分配器引出4根一次風(fēng)管，分別連至同層的4個(gè)燃燒器。

2 垂直水冷壁超溫及受熱面熱偏差原因

直流爐低負(fù)荷垂直水冷壁超溫是目前較為常見的問題，特別是當(dāng)入爐煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)值較大時(shí)，超溫現(xiàn)象更為突出，受熱面熱偏差產(chǎn)生的主要原因有以下幾方面[2]：

a）爐膛火焰偏斜或煤粉不均勻造成爐內(nèi)溫度場和熱負(fù)荷不均勻，可能引起水冷壁局部區(qū)域溫度較高，導(dǎo)致水冷壁出口汽溫產(chǎn)生較大的偏差。

b）低負(fù)荷下給水流量較低，容易出現(xiàn)水力不均的現(xiàn)象。由于工質(zhì)壓力降低，使汽水密度差增大，水冷壁容易出現(xiàn)較大的熱偏差和流動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象。

c）升、降負(fù)荷速率偏高也是水冷壁超溫的原因之一，造成過熱度過高或煤水比失調(diào)導(dǎo)致超溫現(xiàn)象的發(fā)生。

3 調(diào)整措施

3.1 一次風(fēng)速熱態(tài)調(diào)平

在各臺(tái)磨煤機(jī)日常出力35 t/h時(shí)，進(jìn)行一次風(fēng)管風(fēng)速測(cè)量及調(diào)平，測(cè)量及調(diào)平結(jié)果如表1所示。由表1可知，除D2、D3風(fēng)速偏差大于10%（D1/D3一次風(fēng)管可調(diào)縮孔卡死無法調(diào)節(jié)，D1/D3一次風(fēng)管可調(diào)縮孔已處于全開位置）外，制粉系統(tǒng)其他各粉管之間出力偏差不超過10%，基本消除了因一次風(fēng)速不平衡導(dǎo)致的熱偏差。

表1 磨煤機(jī)一次風(fēng)速測(cè)試及調(diào)整結(jié)果

3.2 調(diào)整煤粉細(xì)度

日常燃用煤種干燥無灰基揮發(fā)分（Vdaf）基本為27%，根據(jù)《大容量煤粉鍋爐爐膛選型導(dǎo)則》相關(guān)規(guī)定，該鍋爐合適的煤粉細(xì)度（R90）應(yīng)在13.5%以下[3]，但通過煤粉取樣化驗(yàn)，日常運(yùn)行過程中煤粉細(xì)度為15%～20%，會(huì)造成火焰加長及火焰中心上移，通過將煤粉動(dòng)態(tài)分離器頻率由60%調(diào)整至64%，煤粉細(xì)度降至11%左右，火焰中心高度得到有效控制。

3.3 改變爐內(nèi)燃燒工況[4]

針對(duì)左側(cè)垂直水冷壁頻繁超溫問題，增大左右側(cè)內(nèi)二次風(fēng)旋流強(qiáng)度，縮短煤粉著火距離，增大外二次風(fēng)風(fēng)量，并減小外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度，形成風(fēng)包粉；針對(duì)前墻垂直水冷壁頻繁超溫問題，有針對(duì)性地增大前墻噴燃器二次風(fēng)量，增強(qiáng)該層燃燒器射流動(dòng)量，調(diào)整中開大D層噴燃器二次風(fēng)風(fēng)量擋板，前墻左側(cè)水冷壁超溫情況得到了很大的改善。

3.4 調(diào)整水煤比

分離器出口過熱度對(duì)水冷壁溫度的影響一般是成倍的，在水冷壁溫度偏高時(shí)，可通過適當(dāng)調(diào)整水煤比降低過熱度的方式來控制水冷壁溫度。

4 調(diào)整效果

4.1 垂直水冷壁超溫問題得到改善

各負(fù)荷工況下，超溫現(xiàn)象明顯減少，僅在負(fù)荷升降速率頻次較多時(shí)，會(huì)出現(xiàn)短暫的瞬時(shí)超溫現(xiàn)象。不同穩(wěn)定負(fù)荷工況下，左墻水冷壁前部202管及前墻水冷壁左側(cè)333、344、366管的壁溫，在175～310 MW負(fù)荷區(qū)間處于440℃以下（如圖1—圖4所示），極大地保證了設(shè)備的安全性。

圖1 垂直水冷壁第202管壁溫

圖2 垂直水冷壁第333管壁溫

圖4 垂直水冷壁第366管壁溫

圖3 垂直水冷壁第344管壁溫

4.2 末級(jí)過熱器出口汽溫偏差減小

表2為調(diào)整結(jié)束后至停機(jī)前（7月8日—8月31日）251個(gè)相對(duì)穩(wěn)定負(fù)荷工況統(tǒng)計(jì)情況。由表2可以看出，A、B側(cè)主汽溫度平均偏差在4.31～11.32℃之間，特別是170～200 MW負(fù)荷區(qū)間，調(diào)整前A、B側(cè)主汽溫度偏差在30～60℃，調(diào)整后平均偏差在7℃以內(nèi)，最大偏差不超過20℃。綜合主汽溫度得到了極大改善。

表2 高溫過熱器出口汽溫

本機(jī)組為超臨界機(jī)組，過熱器減溫水來源于省煤器入口，對(duì)熱力循環(huán)效率無影響，實(shí)際運(yùn)行中過熱器減溫水總量控制在30 t/h以下，與調(diào)整之前相比并無增加，且從分隔屏到末級(jí)過熱器各受熱面均無超溫現(xiàn)象。

表3為該機(jī)組機(jī)側(cè)主汽溫度月度統(tǒng)計(jì)表。由表3可以看出，調(diào)整前1—5月，主汽溫度在551.18～557.16℃之間，加權(quán)平均為553.87℃，經(jīng)過6月份調(diào)整后，7月、8月主汽溫度分別為562.26℃和562.85℃，加權(quán)平均后為562.56℃，較調(diào)整前提高了8.69℃，可降低煤耗約1.1 g/（kW·h）。

表3 1—8月份機(jī)側(cè)主汽溫度統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)論

調(diào)整后垂直水冷壁超溫問題得到有效改善。各負(fù)荷工況下，超溫現(xiàn)象明顯減少，各壁溫基本處于435℃以下，最高不超過440℃，僅在負(fù)荷升降速率頻次較多時(shí)，會(huì)出現(xiàn)短暫的瞬時(shí)超溫現(xiàn)象，極大地保證了設(shè)備的安全性。

末級(jí)過熱器出口汽溫偏差明顯減小，除個(gè)別工況外，其他工況末級(jí)過熱器出口汽溫平均偏差在4.31～11.32℃之間，在170～200 MW低負(fù)荷區(qū)間，汽溫平均偏差在7℃以內(nèi)，最大偏差不超過20℃。機(jī)側(cè)主汽溫度較調(diào)整前提高8.69℃，可降低煤耗約1.1 g/（kW·h）。

為更好地控制垂直水冷壁壁溫，建議對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，在較好的相應(yīng)機(jī)組負(fù)荷變化的同時(shí)，防止因升降負(fù)荷過程中過熱度過高或煤水比失調(diào)導(dǎo)致水冷壁超溫。D2、D3一次風(fēng)管風(fēng)速偏差大于10%，需對(duì)縮孔進(jìn)行檢修處理后重新進(jìn)行調(diào)整，使熱態(tài)一次風(fēng)速控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，可以更好地控制鍋爐受熱面熱偏差。