超臨界燃煤鍋爐金屬受熱面壁超溫探究與處理

陳增春，席朝輝，洪艷，顧四勝

(華電宿州發電有限公司，安徽宿州234101)

0 引言

鍋爐是由東方鍋爐(集團)有限公司制造的超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流鍋爐，單爐膛、一次中間再熱、采用前后墻對沖燃燒方式，平衡通風、固態排渣、露天布置燃煤鍋爐、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐。鍋爐采用前后墻對沖燃燒方式，24只煤粉燃燒器分三層布置在爐膛前后墻上。在最上排燃燒器上方布置一排燃燼風口(OFA)，減少NOx的生成。煤粉燃燒器采用日立－巴布科克公司(BHK)的HT-NR3型低NOx旋流燃燒器。配有等離子點火裝置，用于鍋爐啟停。鍋爐采用冷一次風機正壓直吹式制粉系統，配6臺ZGM113G型中速磨煤機，B-MCR工況時5臺磨即可滿足，1臺備用。風煙系統配有2臺動葉調節軸流式送風機，2臺靜葉調節軸流式吸風機，2臺動葉調節軸流式一次風機，2臺密封風機，2臺火檢風機，2臺三分倉回轉式空氣預熱器。

1 超溫情況

自2009年上半年以來一直存在1號鍋爐金屬壁溫高問題，尤其以屏過壁溫最為明顯，表1為鍋爐壁溫報警值，至12月底，多次出現屏過壁溫超過600℃的情況，且1號爐出現過屏過掛焦現象。圖1為2010年1月6日至8日屏過壁溫監測曲線，可以看出，短短3天內壁溫有5次超過600℃，最高611℃，遠遠高于屏過壁溫控制值585℃，對鍋爐安全運行產生嚴重影響。

表1 鍋爐壁溫報警值℃

圖1 調整前2009年12月鍋爐屏過壁溫監測圖

2 超溫分析

通過對現場運行工況全面分析，認為造成1號鍋爐受熱面金屬壁溫高的直接原因是爐內燃燒行程拉長，火焰中心上移。

1)燃盡風噴嘴中心風拉桿開度過大。根據HTNR3型燃燒器燃盡風噴口的設計特點，必須對燃盡風進行節流，以免造成燃盡風量偏大，下部煤粉燃燒器供氧不足。

圖2 燃燒器配風示意圖

2)磨煤機出力不夠。磨煤機選用ZG113G中速磨煤機，保證出力71.36 t/h，選型偏大，但是實際磨煤機出力一般在45～50 t/h，很難達到55 t/h。磨煤機本身的運行狀態不佳，造成出粉細度達不到要求，煤粉細度偏粗造成燃燒行程拉長，火焰中心上移。

3)一次風量偏大。一是一次風速偏高，二是磨煤機投運臺數偏多。一次風速偏高造成煤粉顆粒入爐速度偏高，煤粉在爐內停留時間變短，著火點推后，火焰中心上移。同時，鍋爐的控制邏輯決定一次風量偏大必然造成二次風量偏低，燃燒器區域二次風供應不足。

4)二次風量測量裝置不準，鍋爐總風量計算邏輯不合理。具體分析是鍋爐二次風測量裝置測量結果比實際值偏大。

5)爐內總風量計算邏輯有問題，計算邏輯未考慮空預器漏風。空預器漏風以一次風漏入煙氣側為主，而在總風量的計算邏輯中以一次風機出口風量計算，所以計算總風量大于實際值。因一次風機以保證制粉系統安全為前提，而爐總風量跟蹤負荷曲線，所以一次風計算量偏大就造成了送風機出力下降，二次風量偏小。

6)燃燒器三次風影響。三次風門設置呈明顯的“倒三角”布置，即最上層燃燒器三次風門全開，中間層三次風門開度50%，最下層燃燒器三次風門全關。此種配風方式針對較好煤質有降低爐膛中心溫度，拉升火球長度，降低NOx排放的優點。但對于劣質煤而言卻存在著供氧不及時，火焰中心上升，燃燒器區域溫度下降，爐渣含碳量升高等劣勢。同時，燃盡風比重加大又加重了“倒三角”的影響，勢必造成屏過吸熱量及壁溫的升高。

7)過熱器減溫水量影響。分析發現，在給水流量不變的情況下，隨著減溫水量的增加，因屏過蒸汽流量減少，金屬冷卻效果降低，屏過壁溫升高。

3 解決方法

1)針對電廠入爐燃料多變、煤質不穩的情況，采用“正三角”的配風方式。三次風門均設置在50%位置，而采用風箱入口電動門調節配風方式。根據HT-NR3型燃燒器的設計特點，適當關小燃盡風中心風量，拉桿位置關小15%～20%。

2)運行人員對風機的調正以調平風機電流為原則，以調平兩側風機出力，必要時可進行手動設偏置調節。

3)進行磨煤機調整，優化磨煤機出口煤粉細度，同時降低一次風速，降低一次風量，降低火焰中心。

4)運行人員保證風箱一定的二次風箱壓力，保證二次風射流剛度及三次風旋流強度。在一次風速偏高的情況下，根據燃燒器設計特點，二次風入爐風速應高于一次風，形成“風包粉”的形式，三次風需要一定的風箱壓力以形成旋流動力。如果風箱壓力無法保證，則無法保證二次風及時送達劇烈燃燒區域而沿爐墻上升，造成二次風與缺氧區域混合延遲，火焰中心上移。所以運行人員應根據負荷情況及時調整送風機出口風壓，以保證風箱壓力。

5)合理調整過熱器減溫水量，避免大幅調節。

6)利用停爐備用機會進行一次風冷態試驗，對一次風速進行測量調整，提高測量準確性。2010年2月一次風冷態試驗發現，一次風速存在較明顯測量偏差，最大偏差超過8 m/s。

4 結論

通過制定合理的解決策略，進行針對性的調整，至2010年2月底解決長期困擾鍋爐安全運行的屏過壁溫超溫問題。圖3為2010年3月4日至7日的屏過壁溫監測圖，可以分析出屏過壁溫與調整前整體運行水平下降15℃，最高溫度一般在580℃以下，瞬間未超過583℃。

圖3 調整后2010年3月鍋爐屏過壁溫監測圖

超臨界燃煤鍋爐運行中受熱面壁溫應該嚴格控制，發生超溫時通過認真分析原因，制定解決策略，進行細致的調整試驗，可以有效解決。