鍋爐深度調(diào)峰期間垂直水冷壁金屬壁溫超溫原因及解決方法分析

樊志鵬

（國電電力大連莊河發(fā)電有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116400）

1 深度調(diào)峰狀態(tài)下水冷壁超溫的現(xiàn)狀概述

某發(fā)電公司#1 機(jī)組均為額定容量600MW 純凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，東北電監(jiān)局核定最小運(yùn)行方式為280MW。脫硫系統(tǒng)與主體工程同步建設(shè)，同時投運(yùn)。為滿足國家關(guān)于NOX 排放要求，分別于2012 年、2013 年完成了兩臺鍋爐加裝脫硝裝置的改造，改造方式為低氮燃燒器+SCR，采用尿素水解制氨工藝。為提高機(jī)組在低負(fù)荷脫硝入口溫度，2014 年在尾部包墻一二級低過之間引出2 支煙氣旁路至脫硝入口煙道，煙道規(guī)格為5000mm*800mm，煙道墻板為15CrMOG，配合鍋爐投運(yùn)中上排磨運(yùn)行，在機(jī)組負(fù)荷240MW 以上時基本能夠滿足煙溫需要。2016 年進(jìn)一步采取了省煤器水旁路的改造方案，使部分給水不經(jīng)過省煤器換熱，從而提高SCR 入口處的煙氣溫度。通過以上改造，已具備將負(fù)荷簡直180MW 的能力。2021 年#1 機(jī)組C 級檢修期間，對燃燒器進(jìn)行了改造。#1 爐燃燒器改造后深度調(diào)峰下水冷壁頻繁出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，為了保證鍋爐運(yùn)行安全，避免水冷壁超溫的發(fā)生，無法繼續(xù)降低機(jī)組負(fù)荷。

2 水冷壁超溫的原因分析

通過長期的觀察、試驗(yàn)，總結(jié)出造成水冷壁壁溫升高的主要原因有以下幾個方面：

2.1 水燃比不合適導(dǎo)致中間點(diǎn)過熱度改變

水燃比是直流調(diào)節(jié)的關(guān)鍵，水燃比失調(diào)（變?。┦菍?dǎo)致水冷壁超溫的關(guān)鍵因素[1]，在直流方式下，隨著負(fù)荷降低，工作條件極為惡劣的水冷壁中，質(zhì)量流速也按比例下降，工質(zhì)流動的穩(wěn)定性受到影響，為了防止出現(xiàn)流動的多值性不穩(wěn)定現(xiàn)象，需限定最低直流運(yùn)行負(fù)荷時的質(zhì)量流速，也就是水燃比不能太小。協(xié)調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)策略為減負(fù)荷時先減水而后減煤，而后再恢復(fù)應(yīng)該的水燃比，這就導(dǎo)致了短暫的水燃比失調(diào)，即水燃比?。ㄋ倜憾啵?/p>

2.2 鍋爐氧量低、一次風(fēng)壓偏高

由于當(dāng)初（2011 年前后）為了加大摻燒褐煤需要，對A、C、F 磨煤機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行了提速，導(dǎo)致磨煤機(jī)運(yùn)行存在差異，F(xiàn) 磨煤機(jī)出口粉管的加粗，由于過流斷面的增加，F(xiàn) 粉管流速下降，存在煤粉堵管的風(fēng)險，為了防止F 堵管，不得已增加一次風(fēng)壓力，導(dǎo)致一次風(fēng)壓升高。過多的風(fēng)量使排煙溫度升高，最終導(dǎo)致鍋爐效率下降，直接導(dǎo)致燃料量增加，“水燃比”變小，燃燒加強(qiáng)。這就導(dǎo)致鍋爐水冷壁結(jié)焦、過熱器積灰等現(xiàn)象，進(jìn)一步導(dǎo)致鍋爐傳熱效果下降，鍋爐效率下降，燃料量增加，“水燃比”變小，燃燒加強(qiáng)。隨著鍋爐負(fù)荷的下降，燃料量下降，對應(yīng)的理論煙氣量下降，但是在240MW以下，為防止引風(fēng)機(jī)搶風(fēng)而引發(fā)失速，不得已總風(fēng)量不能太小，這也造成了鍋爐效率下降，直接導(dǎo)致燃料量增加，“水燃比”變小，燃燒加強(qiáng)。

2.3 制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式不合理、磨煤機(jī)分離器出口擋板開度過大或過小

某公司本次C 修對除E 磨以外的其他燃燒器進(jìn)行了更換，低負(fù)荷運(yùn)行時E 磨如果參與運(yùn)行，則水冷壁超溫現(xiàn)象時有發(fā)生。制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式不合理、磨煤機(jī)分離器出口擋板開度過大或過小是主要原因。

2.4 給水流量測點(diǎn)位置改變導(dǎo)致過熱器減溫水流量對給水流量影響大

#1 爐在省煤器水旁路改造時增加了一套給水流量計，此流量計在過熱器減溫水以前的主管路引出，原給水流量計在過熱器減溫水以后的主管路引出。原給水流量不包含過熱器減溫水及省煤器旁路流量，而增加了一套給水流量計，減去過熱器減溫水流量計算值，這就導(dǎo)致兩個給水流量計切換時過熱器減溫水流量影響實(shí)際的給水流量，特別是在240MW 左右低負(fù)荷階段時對給水流量真實(shí)性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

2.5 在燃燒側(cè)不變的情況下，水動力不均勻，個別管子工質(zhì)流量低或流速低，導(dǎo)致水冷壁吸熱不均勻

隨著深度調(diào)峰，由于壓力降低，飽和汽溫下降，煙氣和蒸汽之間的溫差增加，過熱器的焓增比定壓運(yùn)行機(jī)組要大，又促使汽溫進(jìn)一步升高，故需考慮較大的減溫器容量，同時還要保證各種負(fù)荷下的噴水量，在主蒸汽流量即不變的情況下，分配給水冷壁的給水流量下降[2]。保證中間點(diǎn)有一定的過熱度，把此過熱度一分為二，假設(shè)有個“中途過熱度”。“中途過熱度”即為爐膛出口溫度減去當(dāng)時的飽和溫度，“中途過熱度”若較大，在“中間點(diǎn)過熱度”不變的前提下，則水平煙道吸熱量小，這樣的后果是垂直管易超溫。依據(jù)熱力學(xué)知識，隨著壓力的升高，水的定壓比熱有所升高，也就是受熱面吸收等量的熱量工質(zhì)溫升小，對于受熱面金屬來說則不容易超溫。

2.6 在水動力不變地的情況下，燃燒側(cè)火焰強(qiáng)度、火焰中心位置改變，導(dǎo)致水冷壁吸熱不均勻

超溫，說明燃燒強(qiáng)，而冷卻少，對于直流鍋爐，在直流狀態(tài)，循環(huán)倍率為1，而燃料量因?yàn)轱L(fēng)煙系統(tǒng)運(yùn)行工況的改變而變化，爐膛的各種漏風(fēng)都會導(dǎo)致總?cè)剂狭吭龃骩3]；從熱力學(xué)原理看，如果中間點(diǎn)落在下界線上，則濕度為0，過熱度為0。水冷壁分為輻射受熱面和對流受熱面兩部分，螺旋水冷壁直到爐膛出口的垂直管段這段水冷壁依靠輻射換熱，而爐膛出口以后的水平煙道和水平煙道側(cè)包墻這段受熱面理論上是水冷壁延伸部分，但是水平煙道后部分在屏過后方，屬于對流換熱，對流換熱受煙氣流速和煙氣流量影響較大[4]。

3 針對水冷壁超溫采取的措施

針對已確定的導(dǎo)致水冷壁超溫的主要原因，分別采取實(shí)施方法如下：

3.1 水燃比不合適導(dǎo)致中間點(diǎn)過熱度過大或過小，保證“水燃比”在合適范圍內(nèi)

采取嚴(yán)格控制水燃比在正常范圍內(nèi)，把水燃比作為監(jiān)視重要參數(shù)，根據(jù)不同煤種摸索切合實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時必須明確認(rèn)識過熱器減溫水對水燃比的影響。在燃燒不變的情況下，即使鍋爐蒸發(fā)量不變，過熱器減溫水流量改變直接影響水燃比[5]。

3.2 鍋爐氧量低、一次風(fēng)壓偏高，防止和減少水冷壁結(jié)焦、過熱器積灰

水冷壁結(jié)焦、過熱器積灰都會導(dǎo)致鍋爐傳熱效果下降而引發(fā)“水燃比”變小。值長每日隨時關(guān)注網(wǎng)上新能源（如風(fēng)電變化趨勢），及時對受熱面進(jìn)行吹灰，保證受熱面的清潔。針對F 磨煤機(jī)粉管粗、轉(zhuǎn)速高，要合理對F磨煤機(jī)風(fēng)門開度，分離器擋板開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證運(yùn)行磨煤機(jī)盡可能出力保持平衡。在保證引風(fēng)機(jī)不搶風(fēng)失速的前提下，盡可能降低總風(fēng)量。

3.3 針對給水流量計位置改變導(dǎo)致過熱器減溫水流量對給水流量影響大采取的措施

負(fù)荷在240MW 以上時使用直接進(jìn)入省煤器的給水流量計（不包含過熱器減溫水及省煤器旁路流量，三選中值）。負(fù)荷在240MW 以下時使用省煤器旁路改造時新增的主給水管路流量計（含給水流量、省煤器旁路流量和過熱器減溫水流量）減去過熱器減溫水流量計算值（已限制在0t/h～100t/h）。兩種模式以240MW負(fù)荷為界，當(dāng)需要切換模式時，須同時滿足兩個給水流量值偏差在30t/h 以內(nèi)，才可以切換模式，切換速率為t/min。

3.4 制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式不合理、磨煤機(jī)分離器出口擋板開度過大或過小

通過調(diào)節(jié)磨煤機(jī)運(yùn)行方式和二次風(fēng)壓等方法使火焰中心在合理范圍內(nèi)。根據(jù)煤種及時調(diào)節(jié)磨煤機(jī)分離器出口折向擋板開度，保證最佳的煤粉細(xì)度，使煤粉充分并完全燃燒，防止煤粉過粗導(dǎo)致爐膛嚴(yán)重結(jié)焦發(fā)生。燃燒器盡可能對稱運(yùn)行，并且盡可能中下排磨煤機(jī)運(yùn)行。防止運(yùn)行的磨煤機(jī)臺數(shù)與機(jī)組負(fù)荷相匹配，避免負(fù)荷高而運(yùn)行磨煤機(jī)臺數(shù)少，導(dǎo)致運(yùn)行磨煤機(jī)過負(fù)荷。

3.5 在燃燒側(cè)不變的情況下，水動力不均勻，個別管子工質(zhì)流量低或流速低，導(dǎo)致水冷壁吸熱不均勻

為了克服協(xié)調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)策略為減負(fù)荷時先減水而后減煤對水燃比的影響，在減負(fù)荷的初始階段，人為干預(yù)，先通過“中間點(diǎn)燃料補(bǔ)償偏置”進(jìn)行干預(yù)，抑制短暫的燃料量過多，保證“水燃比”。盡可能不要使機(jī)前壓力過低，當(dāng)機(jī)前壓力低于14.5Mpa 時，及時進(jìn)行干預(yù)，使壓力大于14.5Mpa，以保證定壓比熱不至于因?yàn)閴毫档投鴾p少。盡可能減少過熱器減溫水流量，也就是盡可能把針對減溫水轉(zhuǎn)移到水冷壁中。

3.6 在給水側(cè)（水動力）不變的情況下，燃燒側(cè)火焰強(qiáng)度、火焰中心位置改變，導(dǎo)致水冷壁吸熱不均勻

及時觀察火焰燃燒情況，保證火焰中心正確，避免發(fā)生火焰撲墻現(xiàn)象。在保證磨煤機(jī)不堵煤的情況下，盡可能降低一次風(fēng)壓力。在保證充分燃燒的情況下，盡可能降低二次放風(fēng)壓力。盡最大努力減少爐膛和煙道的漏風(fēng)。合理進(jìn)行爐膛吹灰，保證受熱面的清潔。

4 實(shí)施效果

通過接近4 個月的不斷努力，采取以上措施，使水冷壁金屬壁溫超溫問題得到了解決。#1 爐不但在240MW工況下不超溫，同時將負(fù)荷進(jìn)一步降至180MW 工況下，同樣不超溫，并且壁溫偏差很小，在規(guī)定范圍內(nèi)。通過采取以上措施，#1 機(jī)能夠靈活自由深調(diào)峰至180MW并且保證不超溫，實(shí)現(xiàn)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 制定鞏固措施

為使企業(yè)創(chuàng)造更大的盈利空間，節(jié)能降耗為企業(yè)創(chuàng)造了財富，從長遠(yuǎn)來看也是今后資本的積累。將輔助服務(wù)收益列入部門內(nèi)部經(jīng)濟(jì)責(zé)任制考核，建立落實(shí)調(diào)峰獎勵機(jī)制。為保持良好的安全和經(jīng)濟(jì)兼顧局面，使成果能夠推廣下去，制訂了如下鞏固措施。

5.1 水燃比作為重要參數(shù)實(shí)時監(jiān)視，使過熱度保證在合適范圍內(nèi)

不同燃煤熱值對應(yīng)的不同水燃比做好對照參考表，防止水燃比失調(diào)引起超溫。爐膛出口汽溫的過熱度控制在5℃至8℃左右，分離器出口汽溫過熱度控制在10℃至15℃左右，隨時監(jiān)視中間點(diǎn)過熱度自動調(diào)節(jié)情況，使過熱度保證在以上范圍值內(nèi)。

5.2 運(yùn)行部內(nèi)部開展制粉單耗指標(biāo)值際競賽，激發(fā)運(yùn)行人員的積極性

根據(jù)鍋爐負(fù)荷，參照績效考評系統(tǒng)實(shí)時煙氣氧量參考值調(diào)節(jié)煙氣氧量，杜絕低氧燃燒，以避免因?yàn)闋t膛結(jié)焦而導(dǎo)致水冷壁超溫的發(fā)生。根據(jù)過熱器減溫水量、屏過、末過、末再金屬壁溫及中間點(diǎn)過熱度、排煙溫度及時對鍋爐進(jìn)行吹灰，提高傳熱效果。盡可能開足磨煤機(jī)熱風(fēng)門開度而關(guān)小冷風(fēng)門開度，保證進(jìn)入爐膛的冷風(fēng)為最少，提高了空預(yù)器的傳熱效率，降低排煙溫度的同時提高了鍋爐效率，其他因素不變的情況下鍋爐總?cè)剂狭繙p少，從而避免水冷壁超溫。

5.3 做好兩套給水流量計和過熱器減溫水流量計的運(yùn)行維護(hù)

原設(shè)計的省煤器的給水流量計和省煤器旁路改造時新增的主給水管路流量計，在負(fù)荷240MW 切換時嚴(yán)密監(jiān)視切換過程中給水流量的變化及金屬壁溫的變化，必要時停止切換，查清原因后再進(jìn)行切換。

加強(qiáng)對兩套流量計和過熱器減溫水流量的監(jiān)視，根據(jù)主蒸汽流量、給水泵流量、減溫水流量來反推給水流量的正確性與否，同理根據(jù)主蒸汽流量、給水泵流量、給水流量來反推減溫水流量的正確性與否，確保流量計準(zhǔn)確，否則及時通知維修處理。

5.4 保證制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式合理性

根據(jù)磨制不同煤種燃煤，及時調(diào)節(jié)磨煤機(jī)折向擋板開度并做好記錄，對灰、渣含碳量進(jìn)行采樣化驗(yàn)，特別是爐渣數(shù)據(jù)，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證運(yùn)行調(diào)節(jié)是否合適，并納入指標(biāo)經(jīng)競賽范疇。杜絕磨煤機(jī)超出力運(yùn)行，負(fù)荷280MW 以上保證四臺磨煤機(jī)運(yùn)行，負(fù)荷低于280MW 時保持三臺磨煤機(jī)運(yùn)行。燃煤熱值做到合理匹配，下排磨煤機(jī)高熱值，中排磨煤機(jī)低熱值，既保證帶高負(fù)荷的需求又能滿足深度調(diào)峰水冷壁安全運(yùn)行。

5.5 防止水燃比失調(diào)

運(yùn)行人員心中要牢記滑壓曲線，保證機(jī)前壓力不偏離滑壓曲線±0.5Mpa 范圍，否則及時干預(yù)，使實(shí)際機(jī)前壓力與滑壓曲線盡可能重合。

加負(fù)荷階段，起初機(jī)前壓力低于滑壓曲線值，此時可通過關(guān)小再熱器煙氣擋板、開大過熱器煙氣擋板提高主汽吸熱量和中間點(diǎn)過熱度修正增大給水流量的方法抑制主汽壓力的慢速增長，從而達(dá)到抑制過度增加燃料量，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷接近目標(biāo)值且機(jī)前壓力低于滑壓曲線0.5Mpa 時進(jìn)行過、再熱器煙氣擋板和給水流量反向調(diào)節(jié)的方法抑制機(jī)前壓力的反彈升高，同理，減負(fù)荷情況調(diào)節(jié)方法同上，從而確保燃料量不過調(diào)，也就從根本上保證了水燃比。