超臨界對沖燃燒鍋爐受熱面超溫對策

唐郭安，唐樹芳

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

超臨界對沖燃燒鍋爐受熱面超溫對策

唐郭安，唐樹芳

（華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

分析了超臨界對沖燃燒鍋爐高溫過熱器、高溫再熱器壁溫出現(xiàn)持續(xù)超溫現(xiàn)象的幾個常見原因。通過對爐膛出口寬度方向氧量分布的調(diào)平可以有效地調(diào)整因燃燒器配風(fēng)不合理引起的換熱面超溫現(xiàn)象。

超臨界鍋爐；對沖燃燒；超溫；氧量分布

0 引言

某廠1號鍋爐為600MW超臨界單爐膛、一次中間再熱、尾部雙煙道、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、Π型布置前后墻對沖燃燒煤粉直流鍋爐。該廠為了提高鍋爐效率在2013年進(jìn)行了節(jié)能改造。改造前并未出現(xiàn)壁溫高、煙溫偏差大的問題，但是在改造完成后出現(xiàn)了過熱段和再熱段煙溫偏差大，多數(shù)壁溫超溫報警現(xiàn)象。主要超溫部位分布在高溫過熱器右側(cè)區(qū)域和高溫再熱器后部區(qū)域，其中部分高過壁溫已超過最高壁溫限制590℃達(dá)到599.3℃、高再壁溫部分達(dá)到608.8℃，趨于高限值623℃。該廠曾采用調(diào)整煤粉燃燒配比，改變煤種等措施，但效果不理想。最后通過測量爐膛本體水冷壁氣氛以及爐膛出口省煤器前氧量分布，對燃燒器配風(fēng)進(jìn)行調(diào)整，最終使得高再及高過壁溫下降到正常范圍，并控制煙氣溫度偏差在15℃以內(nèi)。

1 造成換熱面超溫的原因分析

造成超臨界鍋爐壁溫超溫的原因很多，比較常見的有以下幾種：

煙氣側(cè)問題：煙道阻力變化引起的煙氣流量偏差，一次風(fēng)粉不平衡、配風(fēng)不合理引起的煙溫偏差。爐管側(cè)問題：換熱面結(jié)焦或氧化皮脫落等原因造成的管道及聯(lián)箱異物堵塞[1]。

系統(tǒng)本身問題：減溫水系統(tǒng)運行故障[2]、原系統(tǒng)布置不能適應(yīng)改造后的熱負(fù)荷分布[3]。

為了確定壁溫連續(xù)超溫，煙氣溫度偏差大的原因，對鍋爐現(xiàn)狀進(jìn)行分析，由于鍋爐是在經(jīng)過大修后出現(xiàn)了壁溫超溫現(xiàn)象，所以排除氧化皮脫落、系統(tǒng)布置不合理等造成水側(cè)換熱能力下降的因素。為了排查煙氣側(cè)原因，對爐膛水冷壁面氣氛以及爐膛出口寬度方向含氧量進(jìn)行測量。測量結(jié)果見表1、表2、圖1。

表1 水冷壁面氣氛測量

表2 爐膛溫度場測量

從測量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)煤粉在爐膛燃燒不均勻，火焰中心偏上，爐膛出口氧量分布A、B側(cè)偏差達(dá)到4.76%。消除煙溫差重要的一步就是調(diào)平氧量分布，針對NR3燃燒器配風(fēng)的特點，調(diào)整爐膛出口氧量分布均勻關(guān)鍵取決于外二次風(fēng)的配比是否合理[4]，而火焰中心偏上，無疑將加劇煙溫偏差，造成換熱面壁溫升高。

圖1 調(diào)整前爐膛出口寬度方向氧量分布

2 調(diào)整方案與結(jié)果分析

為了從根源上消除煙溫偏差，避免壁溫超溫現(xiàn)象發(fā)生，對一次風(fēng)粉、燃燒器配風(fēng)、燃盡風(fēng)、煤粉細(xì)度進(jìn)行了調(diào)整。

2.1 一次風(fēng)粉調(diào)平和煤粉細(xì)度調(diào)整。

同層燃燒器一次風(fēng)粉管的均勻性是燃燒穩(wěn)定的前提，在對沖燃燒爐中當(dāng)對沖射流動量不同時，會造氣流偏向動量小的一側(cè)，使?fàn)t內(nèi)充滿度變差，使?fàn)t內(nèi)熱負(fù)荷沿爐膛寬度方向分布的均勻性變差，這就可能影響換熱面屏間吸熱不均勻造成氣溫偏差。

調(diào)整時在熱態(tài)下對一次風(fēng)進(jìn)行調(diào)平，使得風(fēng)粉風(fēng)速控制在25m/s左右，同層風(fēng)速偏差控制在5%以內(nèi)。調(diào)平一次風(fēng)后進(jìn)行煤粉細(xì)度調(diào)整，R90從14.29調(diào)整到34.44，盡管細(xì)度調(diào)整幅度較大，對壁溫有一定影響，但只能一定程度上減小煙溫偏差，并不能避免超溫發(fā)生。

2.2 燃燒器配風(fēng)、燃盡風(fēng)調(diào)整。

由于每個燃燒器的風(fēng)量大小是由燃燒器的風(fēng)門擋板開度決定的，因此可以通過改變?nèi)紵鞯娘L(fēng)門擋板開度對單個的燃燒器風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整。同層燃燒器設(shè)置不同的旋流外二次風(fēng)開度主要是為了克服由于風(fēng)箱結(jié)構(gòu)所造成的燃燒器風(fēng)量分配不均勻的問題。NR3燃燒器配風(fēng)的主要特點是設(shè)置了直流一次風(fēng)、直流內(nèi)二次風(fēng)、旋流外二次風(fēng)，其中旋流外二次風(fēng)的空氣量占燃燒器區(qū)域總風(fēng)量的大部分（約60%左右），因此其擋板的開度對鍋爐的燃燒影響較大，更是調(diào)平燃燒器區(qū)域風(fēng)量的主要手段[5]。下圖是爐膛出口沿寬度方向的氧量分布，工況1下，所有同層燃燒器和燃燼風(fēng)擋板開度均為70%，B側(cè)明顯有一個高峰和一個低谷，而A側(cè)氧量普遍偏低；工況6下，關(guān)小上層燃盡風(fēng)至50%，減小靠近爐膛出口上層磨給煤量，減小了A、B側(cè)氧量偏差；工況10下，總體關(guān)小中間外二次風(fēng)，開大兩邊外二次風(fēng)，同層外二次風(fēng)A側(cè)開度普遍略大于B側(cè)開度，曲線波動范圍明顯縮小，氧量分布趨于均衡，最大氧量偏差小于1.5%，此時煙道各處煙溫偏差都小于15℃，高溫過熱器、高溫再熱器壁溫維持在585℃以下，不再出現(xiàn)超溫現(xiàn)象。

圖2 調(diào)整后爐膛出口寬度方向氧量分布

工況10下對應(yīng)的擋板開度見表3、表4。

3 運行中注意事項

（1）根據(jù)工況6的調(diào)整結(jié)果，運行中應(yīng)盡量投運下層磨煤機，減小靠近爐膛出口處的煤粉投入量，有利于控制爐膛出口氧量偏差。

（2）保持一次風(fēng)粉調(diào)平狀態(tài)。

（3）實時監(jiān)測爐膛出口氧量分布，避免換熱面超溫。

表3 同層燃燒器A側(cè)到B側(cè)風(fēng)門開度

表4 燃盡風(fēng)擋板開度A側(cè)到B側(cè)

4 結(jié)語

目前因為越來越高的節(jié)能環(huán)保要求，很多投運機組面臨改造，在此過程中將頻繁出現(xiàn)由配風(fēng)原因引起的壁溫超溫問題，而爐膛出口寬度方向氧量分布是否均衡可以有效地反應(yīng)爐內(nèi)配風(fēng)是否合理，從燃燒器外二次風(fēng)調(diào)整入手，可以有效降低換熱面溫度，防止超溫現(xiàn)象發(fā)生。

[1] 張繼文，袁燕明，廖偉輝.超臨界600MW機組鍋爐高溫過熱器爆管原因分析及預(yù)防措施[J].熱力發(fā)電，2010，39(6)：85-87.

[2] 陳瑞龍.超臨界對沖燃燒鍋爐屏過汽溫偏差原因分析及對策[J].電站系統(tǒng)工程，2010，26(5)：25-26.

[3] 陸方，羅永浩，許琦.1025t/h鍋爐高溫過熱器超溫分析及改造[J].動力工程，2003，23(6)：2699-2772.

[4] 劉建全，孫保民，張廣才.100MW超超臨界旋流燃燒鍋爐穩(wěn)燃特性數(shù)值模擬與優(yōu)化[J].中國電機工程學(xué)報，2012，32(8)：19-27.

[5] 成汭珅，張廣才，陳國輝.HT-NR3旋流燃燒器冷態(tài)試驗[J].熱力發(fā)電，2014，44(11)：58-63.

修回日期：2016-12-12

Countermeasures on Over-heating Issues of Heating Surface for Supercritical Opposed Firing Boiler

TANG Guo-an，TANG Shu-fang
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

Discusses the common cause on over-heating issues of the high temperature superheater and high temperature reheater for supercritical opposed firing boiler.The over-heating Issues of heating surface can be effectively solved by adjusting oxygen distribution in furnace exit width direction.

supercritical boiler；opposed firing boiler；overheating；oxygen distribution

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.06.011

TK229.6

B

2095-3429（2016）06-0039-03

唐郭安（1984-），男，陜西漢中人，碩士研究生，中級工程師，主要從事大型電站鍋爐潔凈燃燒工作。

2016-11-07