SOFA配風調整對超臨界鍋爐末級過熱器偏差的影響

薛森賢，余盛杰，陳樹科

(廣東珠海金灣發電有限公司，廣東 珠海　519000)

SOFA配風調整對超臨界鍋爐末級過熱器偏差的影響

薛森賢，余盛杰，陳樹科

(廣東珠海金灣發電有限公司，廣東 珠海519000)

摘要：針對珠海金灣發電廠600 MW超臨界機組在運行的過程中，存在煙氣流場分布不均導致局部管壁出現超溫的現象,限制了主汽溫、再熱汽溫的運行參數。不但降低了機組的經濟性，而且因受熱面的局部超溫使氧化皮快速生成，導致受熱面爆管影響了機組安全性。通過不同SOFA配風方式對末級過熱器偏差影響的研究，探索出最佳的SOFA配風方式，實現對熱偏差有效控制，為機組安全、經濟運行提供了保障，同時也為解決其他同類型機組的熱偏差問題提供參考。

關鍵詞：超臨界鍋爐；SOFA；末級過熱器；配風；熱偏差

1設備簡介

珠海金灣發電廠現有兩臺600 MW超臨界機組，鍋爐設備采用的是上海鍋爐廠生產的超臨界螺旋管圈、一次中間再熱、平衡通風、四角切圓燃煤直流爐。爐膛上部布置有分隔屏過熱器和后屏過熱器，水平煙道依次布置高溫再熱器和高溫過熱器，尾部煙道布置有低溫再熱器和省煤器。燃燒方式采用最新引進的低NOx同軸燃燒系統(LNCFS)，煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動式燃燒器。主風箱設有6層強化著火煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有燃料風(周界風)。在每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置有1層輔助風噴嘴，其中包括上下2只偏置的CFS噴嘴，1只直吹風噴嘴。在主風箱上部設有2層CCOFA噴嘴，在主風箱下部設有1層UFA噴嘴。在主風箱上部布置有SOFA燃燒器，包括5層可水平擺動的分離燃盡風(SOFA)噴嘴。

SOFA分離燃燼風技術，由于它與主燃燒器射流分離，又在爐膛上部區域布置，并且為保證有足夠的穿透能力，強化燃燒后期混合，其出口風速較高，根據以往空氣動力場研究積累，其射流剛性必然很強，實際切圓直徑較小，這樣有可能使SOFA風以上至爐膛出口的實際切圓較小，同時旋轉減弱，起到明顯的消旋作用。

2熱偏差原因

一般來說，引起過熱器吸熱偏差的原因主要有兩方面：一是蒸汽側的原因，由于工質流量分配不均引起的流量偏差。二是煙氣側的原因。在切向燃燒方式的鍋爐中，由于殘余旋轉的影響，引起水平煙道左右兩側煙氣存在一定的速度和溫度偏差，從而造成兩側管屏的對流傳熱、輻射傳熱不一致引起熱偏差。這主要由于四角切圓燃燒系統特有的流動模式造成的，即它在爐膛內組織煤粉和空氣形成強烈的切向旋轉并螺旋向上的流場模式。這一模式對強化風粉混合燃燒是非常有利的，但旋轉的流場到爐膛出口會仍然存在，即所謂的殘余旋轉。殘余旋轉會導致整個煙氣流不均勻的流入水平煙道，往往沿爐寬方向煙速一側高，另一側低，而在水平煙道布置的過熱器以對流吸熱為主，因此，煙速不均對吸熱量影響較大，從而形成傳熱偏差。可見，對于采用四角切圓燃燒系統的鍋爐，爐內空氣動力場，尤其是爐內切圓的分布特點，不僅直接關系爐內燃燒的好壞，還對水平煙道布置的過熱器傳熱偏差有著重要關聯。

3試驗結果及分析

針對鍋爐末級過熱器管屏各管吸熱的差異，引入屏間吸熱偏差系數，用來衡量該級受熱面各管屏沿爐膛寬度吸熱的強弱。

根據經驗，SOFA噴嘴反切15°的設置對受熱面吸熱偏差效果較好，以下試驗均在SOFA噴嘴反切15°下進行。

根據各個負荷段的SOFA配風調整試驗得出普遍結論，隨著SOFA風開度的變化，末級過熱器沿爐膛寬度吸熱偏差發生一定的變化，主要表現為隨著SOFA風開度的增大，該偏差系數減少，這為降低末級過熱器受熱面吸熱偏差提供了可調整的方向。

圖1　300 MW負荷下，不同SOFA風門開度末級過熱器吸熱偏差曲線

圖1中，工況2為原DCS原始控制函數，SOFA風采用正寶塔配風方式(SOFA1在最低層，從SOFA1～SOFA3開始依次減小)，該工況下，末級過熱器屏間吸熱偏差系數最大值達1.63，水平煙道沿寬度吸熱極不均勻，導致末級過熱器個別管屏出口汽溫較高。

工況8和工況2(左最頂上兩條線)相比，也采用正寶塔配風，只是風門開度較工況2大，熱偏差系數略微降低，但最大值仍為1.60，且此時SOFA風門開度依次為50%、40%、32%、0%、0%，在低負荷下該風門開度已經相對較大，但水平煙道殘余旋轉仍較強。說明機組在該負荷下采用正寶塔配風不能有效解決高溫熱偏差較大的問題。

通過優化二次風風門開度，采用倒寶塔的配風方式，可以在該負荷下降低高溫受熱面吸熱峰值，且達到較好的效果。如工況53，最大吸熱偏差系數為1.15。而控制系統最終在該負荷下各風門開度控制函數參照工況36。

圖2　400 MW負荷下，不同SOFA風門開度末級過熱器吸熱偏差曲線

圖2的曲線表明：在400 MW下，末級過熱器吸熱偏差較300 MW負荷下要小的多。采用工況1和工況3，效果不好，最大熱偏差系數在1.38。而采用倒寶塔配風方式則吸熱偏差有所改善，最大偏差系數為1.28。采用工況15、23和42的配風，最大熱偏差系數均能低于1.2。最終采用工況42的配風作為400 MW負荷下的SOFA風門開度函數。

圖3中的曲線表明：在500 MW負荷下，如工況5為運行人員習慣采用的方式，末級過熱器偏差系數相對較小為1.23。采用工況12和工況13，效果不好，最大熱偏差系數在1.39。采用倒寶塔配風方式，如工況25、65的配風，最大熱偏差系數均能低于1.2。最終采用工況65的配風作為500 MW負荷下的SOFA風門開度函數。

圖3　500 MW負荷下，不同SOFA風門開度末級過熱器吸熱偏差曲線

圖4　600 MW負荷下，不同SOFA風門開度末級過熱器吸熱偏差曲線

圖4中的曲線表明：在600 MW高負荷下，末級過熱器沿爐膛寬度吸熱偏差工況18最大，而該工況為CCOFA開度較大，SOFA開度較小且采用正寶塔，該配風方式即為原控制系統設定函數。而工況17則把SOFA2和SOFA3適當開大，偏差系數略微降低，最大仍為1.34，說明該種正寶塔配風模式是不適用的。而工況19、20、21均改變配風模式為倒寶塔配風，最大偏差系數在1.25左右，其中工況20較工況19，SOFA3增加10%，其他各配風均不變，偏差系數還略微增大，說明SOFA3并非越大越好，開到80%基本合適。隨著各種配風的變化，通過不斷的調整，工況68和44偏差系數均較小。

通過以上不同SOFA配風方式摸索，得出最佳的SOFA風門開度如表1所示。

表1　各負荷下的最佳SOFA風門開度

4結論

1)SOFA噴嘴反切15°且開下3層時，采用倒寶塔配風模式的效果最好，尤其是在降低左側峰值壁溫方面。SOFA對鍋爐高溫受熱面管屏間吸熱偏差有明顯影響，利用SOFA和合理配風能夠優化鍋爐高溫受熱面管屏間的吸熱偏差分布，減小受熱面的蒸汽氧化腐蝕趨勢。

2)通過優化鍋爐燃盡風的配比，可以降低鍋爐出口煙氣殘余旋轉強度，進而降低高溫受熱面的屏間偏差，使得末級過熱器偏差屏出口汽溫降低10℃左右，提高受熱面的使用壽命。

3)SOFA風開度在20%～60%內，5層全開，末級過熱器屏間吸熱偏差系數隨著SOFA風開度增大而減小(在一定范圍內)，SOFA風可以減小爐膛出口煙氣殘余旋轉強度，降低高溫受熱面吸熱偏差。

4)通過此次針對性的SOFA配風方式調整，機組運行的安全性、可靠性得到了較大提高，同時也提高了機組整體的運行經濟性。

參考文獻

[1]陶麗，丁士發.超臨界鍋爐燃盡風配風方式對熱偏差影響的研究[C].中國動力工程學會鍋爐專業委員會2010年學術研討會,上海,2010.

[2]李樹田,陳莉.超臨界鍋爐SOFA對高溫受熱面吸熱偏差影響的試驗研究[J].動力工程學報，2013,33(9)：671-676.

促節能減排和低炭發展

改善環境保護生態

中圖分類號：TK223.3+1

文獻標志碼：B

文章編號：1003-6954(2015)04-0088-03

作者簡介：

薛森賢(1981)，工程師、技師，工程碩士，主要從事電廠集控運行工作；

余盛杰(1975)，高級技師、工程師，主要從事電廠集控運行工作；

陳樹科(1984)，本科，主要從事電廠集控運行工作。

(收稿日期：2015-04-14)

Abstract：There is uneven distribution of gas flow which leads to the excessive temperature so as to limit the operating parameters of main steam temperature and reheat steam temperature during the operation of 600 MW supercritical units in Zhuhai Jinwan power plant. It not only reduces the economy of the units, but also influences the security of the units because the local overheating of heating surface enables the rapid generation of oxide skin which causes pipe explosion of heating surface. The effects of different SOFA air distribution on the deviation of finishing superheater are studied, and the best SOFA air distribution scheme is found out to achieve the effective control of superheater deviation, which provides a guarantee for the safe and economic operation of the units and a reference for solving heat deviation of other units of the same kind.

Key words：supercritical boiler; SOFA; finishing superheater; air distribution; heat deviation