超臨界350 MW機組直流鍋爐受熱面超溫問題分析及控制措施

趙曉光，李士軍，汪潮陽，劉志強

(國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021)

超臨界350 MW機組直流鍋爐受熱面超溫問題分析及控制措施

趙曉光，李士軍，汪潮陽，劉志強

(國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021)

針對某超臨界鍋爐啟動時存在的過熱器、再熱器管壁超溫等問題，通過系統分析和運行調整比較，認為一次風壓偏高、再熱器蒸汽流量偏低、氧量控制偏高是造成超溫的根本原因，并從提高給水溫度和主蒸汽壓力，降低一次風壓，減少二次風量等方面提出控制措施。

超臨界鍋爐；超溫；運行調整；給水溫度

1 概述

某電廠超臨界350 MW機組采用巴威B&WB-1103/25.4-M型直流鍋爐，為螺旋爐膛、一次中間再熱、平衡通風、固態排渣、全鋼構架、半露天布置的型鍋爐，鍋爐設有無循環泵的內置式啟動系統。制粉系統采用正壓冷一次風直吹式系統，設計煤種是80%陽泉無煙煤和20%壽陽貧瘦煤的混煤，實際燃煤為下層神華煤上層陽泉煤摻燒。

過熱器由頂棚、包墻、低溫過熱器、屏式過熱器、后屏過熱器和末級過熱器構成。頂棚位于爐膛和對流煙道上部，除屏式過熱器前的爐膛頂棚為膜式壁結構外，其余頂棚均為鰭片管結構；低溫過熱器位于尾部豎井后煙道內，由低溫過熱器水平管組和低溫過熱器出口管組組成，水平管組分上、下2個管組，沿爐寬逆流順列布置125片；屏式過熱器位于爐膛上部，分前后兩組，沿爐寬布置9片。后屏過熱器位于折焰角上方，順流順列布置，沿爐寬方向共有23片；末級過熱器也位于折焰角上方，順列布置，沿爐寬方向共有46片。再熱器采用二級布置，分別為布置在尾部豎井前煙道的低溫再熱器和布置在水平煙道的高溫再熱器，低溫再熱器由4個水平管組構成，沿爐寬逆流順列布置125片；高溫再熱器為垂直管組，沿爐寬順流順列布置62片。

2 鍋爐受熱面超溫情況

該鍋爐在調試期間，鍋爐啟動初期過熱器、再熱器超溫現象較嚴重，過熱器噴水減溫器和再熱事故噴水減溫器投入頻繁，而且調節閥開度經常達到全開狀態，出口蒸汽溫度仍然難以控制。頻繁超溫會縮短受熱面的使用壽命，容易造成過熱器、再熱器爆管，嚴重影響設備的安全運行。鍋爐具體超溫情況見表1。

表1 鍋爐超溫部位實際壁溫最高值

3 超溫原因分析

通過分別調整一次風壓、爐膛氧量后，對比發現一次風壓、爐膛氧量控制偏高，同時核算再熱器蒸汽流量發現蒸汽流量嚴重偏小。這些因素是造成過、再熱器超溫的主要原因，具體分析如下。

3.1 一次風壓偏高

制粉系統雙進雙出磨煤機風煤比穩定，一次風壓高，使得一次風量變大，爐膛投粉量變大，為達到煤粉氣流著火所需要的熱量，使得煤粉著火延遲，燃燒滯后，導致爐膛火焰中心上升，火焰中心上升后過熱器及尾部受熱面吸熱量增大，排煙溫度升高，易引起低溫受熱器局部超溫[1]。特別是啟動初期，鍋爐運行控制氧量較高，高一次風壓使得燃燒滯后更為明顯。

在相同負荷下，通過光學高溫儀測量上中下層燃燒器、NOx風層和垂直水冷壁下部的爐膛火焰溫度發現，一次風壓調整前各層爐膛火焰溫度明顯高于調整后溫度，爐膛火焰中心相對偏高，如圖1所示。

圖1 一次風壓調整前后各層火焰溫度曲線

3.2 再熱器蒸汽流量偏小

通過再熱器所用事故噴水量和減溫器前后蒸汽溫差的關系，核算再熱器蒸汽流量，發現蒸汽流量嚴重偏小。系統分析發現2號高壓加熱器汽源來自再熱冷端抽汽，而且抽汽量較大，造成再熱器蒸汽流量小，冷卻不足，使得再熱器超溫。

3.3 氧量控制偏高

二次風比例偏大導致爐膛，含氧量過高，爐膛火焰中心升高，爐膛出口煙氣量增大，煙氣在對流煙道中的溫降減小，使低溫再熱器煙氣溫度升高，引起尾部受熱面吸熱量增加，易造成尾部受熱面超溫[2]。超溫工況時，為確保屏式過熱器不超溫，需要減小低溫過熱器煙氣調節擋板開度，擋板門聯動使再熱側煙氣擋板相應開大，再熱器側煙氣量增大，提高了再熱器超溫的可能性。

4 控制措施

調整過程中針對爐膛火焰中心偏高，燃燒滯后的情況降低一次風壓，限制一次風率；減少二次風量，合理控制爐膛含氧量，使過熱器超溫情況緩解。同時針對再熱器冷端抽汽量大造成再熱器蒸汽流量小，冷卻不足的情況，在啟動初期調整2號高加投入時間，使得再熱器超溫問題得到解決。

4.1 嚴格按照機組啟動曲線控制鍋爐升溫升壓速率

升壓開始階段，飽和溫度在100 ℃以下時，爐水升溫速率不應超過1.1 ℃/min。機組沖車前升壓速度小于0.03 MPa/min，升溫速度小于1.5 ℃/min，啟動分離器出口升溫速率不大于1.5 ℃/min。機組并網后鍋爐最大升壓速率控制在小于等于0.25 MPa/min，溫度變化率小于1.5 ℃/min。

4.2 提高給水溫度

啟動過程中，可以提高輔助蒸汽參數，開大除氧器加熱汽源，以提高除氧器加熱溫度；在爐水品質合格時，及時投入并盡量開大341-3管路，盡早回收高溫介質以提高給水溫度。同時，在保證鍋爐水冷壁壁溫及壁溫差不超過規定值的基礎上適當降低鍋爐啟動給水流量，在除氧器加熱能力相同的情況下，給水流量降低可以減少鍋爐熱負荷的需求，有利于提高給水溫度；參數達到要求時，及早投入高溫低壓加熱系統是提高給水溫度的保障。

4.3 提高主蒸汽壓力

啟動初期，盡量提高主蒸汽壓力，增加給水在爐膛內的汽化潛熱吸收能力，進而減少爐內燃料量的投入，整體降低爐膛出口煙溫。在參數合適時，鍋爐及早轉直流運行，使進入鍋爐的給水全部蒸發為蒸汽，更好地冷卻鍋爐汽側受熱面，同時由于沒有大量熱量外排，有利于減少鍋爐熱負荷的輸入[3]。

4.4 降低一次風壓和一次風率

根據制粉系統投入情況調整一次風機出力，在保證一次風粉管路不堵管的情況下，盡量降低鍋爐一次風量，保持低一次風速(啟動初期單臺磨煤機運行時，磨煤機入口風壓可控制在4 kPa左右)。在一次風量與風速調整好的基礎上，及時調整二次風量，為了確保鍋爐充分燃燒，一般保持一次風率在17%～20%。在低負荷階段，僅有下層制粉系統運行時，關閉上層制粉系統一次風，使下層制粉系統一次風量增加，有利于降低爐膛火焰中心，降低再熱器受熱面溫度。

4.5 減少二次風量，合理控制爐膛氧量

啟動期間應保證爐膛燃料燃燒足夠風量，但又要限制總風量，風量過大易造成過熱器、再熱器金屬超溫。并網時以爐膛出口氧量不超9%為宜，隨著機組負荷上升，逐漸控制爐膛出口氧量在3.5%～5%左右。燃燒調整時可采用適當開大上層二次風與燃盡風的方法來控制火焰中心位置，防止火焰中心偏高造成受熱面超溫。

4.6 合理調整煤粉細度

鍋爐BD磨煤機對應中下層燃燒器，磨制高揮發分神華煤，在鍋爐剛投粉時由于爐膛溫度很低，其對應的動態分離器轉速可以在保證磨煤機出口溫度不超規定值的前提下適當提高，保持較高的煤粉細度，當機組并網帶負荷至100 MW時，逐步降低分離器轉速，調整過程中保證燃燒器金屬壁溫不超過限定值，爐膛不發生局部溫度過高引起結焦；鍋爐AC磨煤機對應中上層燃燒器，磨制低揮發分陽泉煤，其對應的動態分離器轉速在該制粉系統最初投入時轉速調至最高，進而提高煤粉細度，使其磨制出來的煤粉進入爐膛內迅速燃燒，避免投入煤粉后燃盡時間長，提高爐膛出口煙溫，隨著電負荷逐漸上升至200 MW以上時，再逐步降低分離器轉速。

4.7 合理控制料位差壓

為了較好的控制煤粉細度同時保護磨煤機鉸刀與內襯，在磨煤機啟動初期可利用多加煤，少量送入容量風的方法控制料位，使料位差壓迅速降至350～450 Pa，然后逐步減少給煤量，視鍋爐需求燃料量緩慢增加容量風維持磨煤機風煤比1.3左右恒定，之后利用同時增減給煤量與容量風的方法，維持給煤機料位不變，調節制粉系統出力及鍋爐熱負荷。

4.8 加強鍋爐吹灰

加強空氣預熱器及爐膛吹灰，對降低各受熱面壁溫均有好處。應視鍋爐各處金屬壁溫情況，及時合理的進行鍋爐吹灰工作。例如：水平煙道屏式過熱器、高溫過熱器、高溫再熱器壁溫過高時，可加強水冷壁吹灰，同時適當放緩低溫過熱器與低溫再熱器的吹灰工作；當低溫過熱器，低溫再熱器金屬壁溫過高時，可加強空氣預熱器及爐膛吹灰外，還應加強水平煙道受熱面吹灰工作，增強該部分受熱面換熱，降低豎井煙道煙溫。

4.9 合理使用減溫水及煙氣擋板

鍋爐轉直流后，在屏式過熱器及高溫過熱器壁溫不超的情況下，發生低溫過熱器金屬壁溫過高時，可以減少一二級減溫水量，將該部分減溫水量加至鍋爐給水中，經水冷壁加熱后冷卻低溫過熱器。煙氣擋板的實際開度要求過熱煙氣擋板開度+再熱煙氣擋板開度不小于90°，一般不建議某一側煙氣擋板長期完全關閉，防止鍋爐啟動過程中大量未燃盡灰煤長期積存，引發尾部煙道再燃燒。為控制壁溫，不得以需要一側煙氣擋板關嚴時，建議階段性的選擇各部金屬壁溫均不高時，小幅度開啟、關閉的煙氣擋板進行通風，將積存起來的灰攜帶走。

4.10 合理投入制粉系統

啟動磨煤機后，要嚴格控制燃料投入率過快，當燃燒穩定后再逐步增加燃料量提高鍋爐熱負荷，防止出現燃料量突增導致無法進行水調節，煤水比失調導致超溫。根據不同負荷合理投停制粉系統，150 MW以下盡量不投上層制粉系統，利用加大下層燃燒器對應的BD磨煤機負荷，保證爐膛截面熱負荷最高處始終處于水冷壁下部區域，使鍋爐各受熱面介質通流較差時爐膛出口煙溫較低。鍋爐制粉系統投入與負荷對應見表2。

表2 爐制粉系統投入與負荷對比

4.11 控制鍋爐給水流量

啟動過程中盡量控制鍋爐給水流量，在保證鍋爐水冷壁不超溫的情況下，盡量降低最小鍋爐啟動流量，期間嚴格監視螺旋水冷壁壁溫不超415 ℃，壁溫差相鄰不超89 ℃，不相鄰最大不超110 ℃。

5 結束語

該電廠采用的巴威首臺國產350MW超臨界鍋爐在調試期間啟動初期過熱器、再熱器超溫現象較嚴重，通過控制一次風壓，降低爐膛火焰中心；調整自再熱冷端抽汽的2號高加啟動順序，保證再熱器蒸汽流量；控制二次風比例，降低爐膛氧量等諸多運行調整措施，保證鍋爐受熱面不超溫，機組順利啟動，為同類型機組的調整運行提供參考和借鑒。

[1] 陳敏生，陳瑞龍．超臨界鍋爐低溫再熱器超溫治理[J]．湖北電力技術，2008，32(04)：63-65．

[2] 韓 波．超臨界600 MW機組直流鍋爐屏式過熱器超溫問題分析及治理[J]．熱力發電，2009，38(07)：60-63．

[3] 樊泉桂．超超臨界及亞臨界參數鍋爐[M]．北京：中國電力出版社，2007．

本文責任編輯：丁 力

Analysis and Control Measures of Overtemperature of Once-through Boiler Heating Surface for Supercritical 350 MW Unit

During the operation of supercritical boiler,overtemperature phenomenon frequently appears on the tube wall of superheater and reheater.Through systematic analysis and comparison after operation adjustment,considers the causes of overtemperature may be as follows,the higher pressure of primary air,the lower steam flow and the higher oxygen,and formulates some reasonable control measure to ensure boiler heating surface will not be overtemperature,such as lowering the pressureing of primary air,reducing the amount of secondary air.

supercritical boiler; overtemperature; operation adjustment; feedwater temperature

2013-07-24

趙曉光(1982-)，男，工程師，主要從事電站鍋爐調試及生產服務工作。

TM621

B

1001-9898(2014)01-0043-03