660 MW直流鍋爐啟動時蒸汽溫度高的原因分析及解決措施

武虎坡，吳斌蕾

(神華河北國華定洲發電有限責任公司，河北 保定 073000)

1 設備概況

神華河北國華定洲發電有限責任公司(簡稱“定洲發電公司”)二期工程采用660 MW超臨界、變壓運行機組，鍋爐為SG2150/25.40-M976型，螺旋管圈單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊П型結構、露天布置的燃煤直流鍋爐。鍋爐設計采用正壓直吹式制粉系統，磨煤機為HP1003型中速碗式磨煤機，出口配置旋轉式分離器，燃燒方式采用擺動式四角切圓燃燒技術，煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動式直流燃燒器。

2 存在的問題及原因分析

2.1 存在的問題

為節約燃油成本，在啟動階段，鍋爐采用等離子拉弧后直接點燃煤粉燃燒，此時采用各種方法降低主蒸汽、再熱蒸汽溫度，但主蒸汽和再熱蒸汽出口的蒸汽溫度變化很小。在定洲發電公司3號機組沖轉時，當主蒸汽壓力為7 MPa時，對應溫度為450 ℃，再熱器壓力為0.8 MPa時，再熱蒸汽溫度為480 ℃，這與汽輪機廠要求冷態沖轉參數主、再熱蒸汽溫度小于400 ℃不匹配，如果直接沖轉則對汽輪機的安全及壽命構成了一定的風險。

2.2 原因分析

根據運行經驗，可以確定啟動時蒸汽溫度偏高的主要原因為水冷壁產生的蒸汽量太小。用再熱器噴水調溫時，發現稍微增加減溫水量，噴水后的溫度即降至該壓力下的飽和溫度。

由于鍋爐是按照燃油啟動工況設計的，采用等離子點火后，燃煤火焰的輻射特性與投油啟動時油燃燒有很大區別：爐膛的吸熱量遠遠小于燃油啟動時的吸熱量，產汽量小于燃油啟動時汽量，因此，要達到機組沖轉參數就要增大燃料量，如此產生惡性循環，造成過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度偏高并且難以控制，偏離機組沖轉時規程要求的主蒸汽和再熱蒸汽溫度參數；爐內燃燒工況和溫度場分布較以前發生了很大的變化，改變了煙氣和蒸汽的傳熱特性。同時，鍋爐在進入干態運行前，直流鍋爐主要表現為汽包鍋爐的運行特性：鍋爐的輻射和對流傳熱比例發生變化，輻射傳熱減小，對流傳熱增多；煤粉燃燒煙氣溫度會大幅升高,從而引起汽溫升高；鍋爐蒸發量相對減小，蒸汽系統流量偏小，蒸汽溫度偏高。

3 解決措施

3.1 減小過量空氣系數

機組啟動過程中，過量空氣系數對對流受熱面的吸熱有一定影響，過量空氣系數變大，對流受熱面吸熱增加；過量空氣系數變小，對流受熱面吸熱減少。過量空氣系數α=燃燒1 kg燃料所實際供給的空氣質量/完全燃燒1 kg燃料所需的理論空氣質量[1]，因此盡量減少鍋爐送風量，以增加爐膛輻射熱，減少后煙道對流熱。

3.2 降低一次風速度

將A磨入口風量調小至75 t/h，控制A磨出口壓力為2 kPa。

3.3 增加燃料燃盡率

調整燃燒器配風，增加爐膛的燃盡率，為此增加AI層偏置風量，減少A層周界風到合適風量，以保證一次風盡可能提前著火，使其在爐膛充分燃燒，增加輻射熱量。

3.4 增加煤粉細度

利用旋轉分離器控制煤粉細度，縮短煤粉燃盡時間。

3.5 提高給水和一次風溫度

采用等離子點火啟動時，投入暖風器提高一次風溫度，以及磨煤機入口一次風溫度，使單臺磨干燥出力盡可能達到啟動的要求，煤粉充分燃燒。盡量利用輔助蒸汽系統(除氧器、疏水暖風器)等設備，提高鍋爐進口的給水溫度和一次風、二次風入口溫度，提高爐膛的整體溫度水平和燃燒溫度，增加爐膛的產汽量。

3.6 提高給水溫度及控制給水流量

采取兩方面的措施：增加除氧器輔助蒸汽加熱量；適當減少給水流量，但要確定各流量表計的準確性。超臨界直流鍋爐啟動時，設計最小給水流量為30%BMCR，定洲發電公司鍋爐容量為645 t/h，此最小流量的設計主要是考慮水冷壁的安全。定洲發電公司啟動系統設計為大氣式擴容器系統，不帶啟動循環泵，也沒有至除氧器回收系統，啟動過程中存在大量的熱量損失。因此省煤器入口水溫不可能太高，鍋爐水冷壁蒸發段靠上，在維持啟動過程燃料負荷的情況下，給水流量越大、給水溫度越低，鍋爐的產汽量越低，過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度越難控制；給水流量越小、給水溫度越高，鍋爐的產汽量越高，過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度越容易控制。

3.7 降低燃燒火焰中心

機組啟動過程中，燃燒火焰中心越低，越有利于增加蒸發段吸熱和減少過熱段吸熱，而且有利于控制過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度，為此應當減少磨投入層數，最好A磨，啟動階段不超過2臺。

3.8 控制沖轉壓力

可適當降低沖轉壓力，有利于啟動時鍋爐蒸發段(水冷壁)產汽量的增加，機組沖轉參數相對容易控制。在汽輪機沖轉參數允許的情況下，可以盡量開大高壓旁路(40%以上)，以增加鍋爐受熱面的流通量，降低各級受熱面的溫度。

3.9 適當控制減溫水

調控減溫水，以調節各級蒸汽溫度，但必須注意避免減溫水調整過度，保持減溫水有一定的過熱度。

3.10 盡量縮短機組沖轉至并網的時間

從整體協調上，盡量縮短機組沖轉至并網的時間。在汽缸各點金屬溫度、各對應點金屬溫差、汽缸膨脹、脹差、機組振動值、大軸橈度、潤滑油壓力溫度、凝汽器真空等數據均在規程規定范圍內時，應盡快完成機組沖轉至并網的過程。

4 結束語

660 MW超臨界機組沖轉時，鍋爐側主蒸汽和再熱蒸汽溫度偏高的主要原因是：等離子點火啟動的超臨界鍋爐火焰輻射特性與燃油啟動的超臨界鍋爐火焰輻射特性存在很大的差別，煤粉燃燒工況下爐膛的傳熱量遠小于燃油啟動時的傳熱量，造成產生的蒸汽量小，因此要滿足機組沖轉壓力，就要相應增加燃料量，從而引起對流受熱面換熱量增加，蒸汽出口汽溫升高，如此產生惡性循環，造成過熱、再熱汽溫難以控制。通過采取以上解決措施后，沖轉前，過熱蒸汽壓力和溫度分別為7 MPa，390 ℃；再熱蒸汽壓力、溫度分別為0.5 MPa、400 ℃，滿足了汽輪機沖轉參數的要求，確保了設備的安全運行。

[1] 白國亮.鍋爐設備運行[M].北京:中國電力出版社，2006.

本文責任編輯：齊勝濤