660MW超超臨界機組鍋爐受熱面壁溫、汽溫偏差大原因及應對措施

甄玉波　戚彩蓮

摘 要：華電六安電廠有限公司#3機組運行中存在受熱面左右側壁溫偏差、再熱器出口汽溫偏差大的問題，導致機組在額定主、再熱汽溫運行的時候左側受熱面易超溫和再熱器左側存在事故噴水的現象，影響了機組的安全、經濟運行。為了解決這個問題，從影響偏差的各個因素入手，綜合考慮，提出切實可行的運行方式，尋找鍋爐燃燒的最優工況，為機組安全、穩定、經濟運行提供相關參考依據。

關鍵詞：660MW機組；受熱面壁溫；汽溫；事故噴水；經濟性；安全性；控制困難；解決方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.036

0 前言

華電六安電廠有限公司擴建 2×660MW 機組鍋爐為：超超臨界參數、變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風、Π 型半露天布置、除灰渣系統為干式（風冷）機械式除渣系統、全鋼架懸吊結構。爐后尾部布置兩臺轉子直徑為Φ14236mm 的三分倉容克式空氣預熱器。

鍋爐采用中速磨煤機正壓直吹式制粉系統，每臺鍋爐配6 臺磨煤機（5運1備）。24 只直流式燃燒器分6 層布置于爐膛下部四角，煤粉和空氣從四角送入，在爐膛中呈切圓方式燃燒。最上排燃燒器噴口中心標高為35488mm，距分隔屏底部距離為21962mm。最下排燃燒器噴口中心標高為26078mm，至冷灰斗轉角距離為5188mm。在主燃燒器和爐膛出口之間標高42178mm 處布置有1 組下層燃燼風（LOFA）燃燒器噴嘴，距上排燃燒器噴口中心6090mm。在主燃燒器和爐膛出口之間標高46237mm 處布置有1 組上層燃燼風（HOFA）燃燒器噴嘴，距上排燃燒器噴口中心10749mm。

1 問題簡述

#3機組燃用煤種為混煤。其中，A、B、C磨煤機為黃陵煤，全水分為9.4%，揮發分為34.31%，灰分為15.77%，低位發熱量為24.31MJ/Kg；D、E、F為潘集西煤，全水分為8%，揮發分為42%，灰分為28%，低位發熱量為20.9MJ/Kg。煤的工業分析接近設計值，660MW負荷下，鍋爐左墻垂直段水冷壁壁溫明顯較其它三面墻的高，說明爐內火球出現偏斜，這從末過、末再的壁溫分布也可以得到驗證；末過、末再的左右側壁溫最高值偏差約20℃，左側壁溫最高值離報警值很接近，限制了汽溫的提高；由于低溫再熱器和末再的汽溫偏差，導致再熱器出口汽溫存在10～20℃ 的偏差。

2 原因分析

660MW鍋爐的過熱器系統的設計完全是左右對稱的，末過的水力不均系數僅在6%以下。因此，受熱面能有如此大的壁溫偏差只能從煙氣側尋找原因。

對于四角切圓鍋爐，假想切圓位于爐膛中央。如果燃燒器安裝質量、冷態檢查、一次風調平等都達到要求，那么可以認為截止到分隔屏底，爐內氣流的溫度場和速度場是左右對稱的，左右側應該沒有偏差現象存在。

在進入屏區后，由于殘余旋轉的存在及分隔屏的切割導流作用，出現了煙氣速度場、流量場及溫度場的偏差現象，對順時針方向切圓燃燒方式而言，由于煙氣殘余旋轉慣性的作用，使上爐膛右側區內主煙氣的流向指向爐前，能通過整個分隔屏區，之后再返回流向其后的水平煙道；而左側區內，由于氣流的慣性，速度方向是指向爐后。因此其主流只經過分隔屏下部區而直接短路流向爐后。后屏區的煙氣流動情況也與之類似，也就是說，在上爐膛中，右側區的煙氣流充滿程度大大好于左側區，這便是爐膛上部區域受熱面吸熱量呈左低右高進而造成屏區出口煙溫左高右低的主要原因。

3 解決方案

影響受熱面吸熱偏差的各個因素主要包括：偏置風開度、周界風開度、輔助風開度、CCOFA開度、SOFA開度、SOFA水平擺角、SOFA垂直擺角以及主燃燒器的擺角。為了便于掌握各因素對偏差產生的影響，采取單變量法。

3.1 SOFA水平擺角

#3機組日常運行中的SOFA水平擺角位置為反切15°。從運行數據來看，受熱面左側壁溫最高值比右側高出15～20℃，且壁溫最高點比較靠外側，在變負荷的動態過程中極易超溫報警；分隔屏與末過左右側吸熱溫升約有10℃的偏差，低再左右側吸熱溫升約有15℃的偏差，而其余各受熱面左右側吸熱溫升基本一致，導致再熱器出口兩側汽溫一致的情況下左側有事故噴水。根據運行數據分析，水平煙道左側煙氣量大于右側且殘余旋轉往左側偏斜，此時SOFA已經反切到頭，無法進一步起到消旋作用了。為了增加水平煙道右側的煙氣量，可以將#3、#4角SOFA水平擺角由反切15°調整至正切15°。

經試驗得知，隨著#3、#4角水平擺角由反切15°調整至正切15°，末過、末再左側壁溫下降，右側壁溫升高，這是左側煙氣量減少、右側煙氣量增加的結果；分隔屏左右側吸熱溫升差值越來越大，這是殘余旋轉越來越強的結果；因此，將#3、#4角水平擺角置為正切15°，可以減小受熱面左右側壁溫偏差。

3.2 SOFA垂直擺角

一般來說，SOFA垂直擺角對再熱汽溫、灰渣含碳量、NOX等參數影響較大，并且SOFA垂直擺角四個角擺動幅度不一致對減小汽溫、壁溫偏差有著積極的意義。根據#3機組日常運行的情況，在#3、#4角水平擺角為正切15°的基礎上，為了進一步增加受熱面右側區域的煙氣量，可以將#2、#3角SOFA垂直擺角上擺。

經試驗得知，當2、3號角SOFA垂直擺角由50%擺至80%，末過、末再左側壁溫繼續下降，右側壁溫基本維持不變；分隔屏左右側吸熱溫升差值略微減小，后屏、末過、末再、低再左右側吸熱溫升差值增大，雖然低再左右側吸熱偏差加大，但是由于低再與末再之間存在交叉且末再左右側吸熱偏差同樣加大。因此，在末過、末再壁溫左側高于右側的情況下，可以將#2、#3角垂直擺角適當上擺以減小受熱面左右側壁溫偏差。

3.3 煙氣擋板

煙氣擋板作為主、再熱汽溫調節的主要手段之一，調整煙氣擋板的開度可以調整低過、低再的溫升比例，同時也會影響到其他受熱面的吸熱；并且減小低過左右側溫升偏差。額定負荷下，分別將左側、中間、右側低再煙氣擋板從100%關小至60%，分析煙氣擋板開度對鍋爐受熱面壁溫、汽溫的影響。

經實驗得知，當左側低再煙氣擋板開度減小時，同時左側低過煙氣擋板開度則相應增大，使得左側低再吸熱下降、低左側過吸熱增加。可見煙氣擋板的調整并沒有改變整個后煙井煙氣左右側的阻力，并不會造成前面受熱面左右側吸熱溫升的變化。因此，通過開大或關小某一塊低再煙氣擋板并無法調整低再左右側吸熱溫升，也無法對受熱面壁溫偏差產生影響。由于低再溫升比設計值高出20℃以上，低再管壁溫度較高且偏差較大，可以綜合考慮低再管壁溫度和再熱器出口汽溫，調整低再煙氣擋板開度。

3.4 偏置風

采用同心切圓（CFS）燃燒方式，部分二次風氣流在水平方向分級，在始燃燒階段推遲了空氣和煤粉的混合，NOx 形成量少。由于一次風煤粉氣流被偏轉的二次風氣流（CFS）裹在爐膛中央，形成富燃料區，在燃燒區域及上部四周水冷壁附近則形成富空氣區，這樣的空氣動力場組成減少了灰渣在水冷壁上的沉積，并使灰渣疏松，減少了墻式吹灰器的使用頻率，提高了下部爐膛的吸熱量。

理論上分析，偏置風關小后應該使得起旋減弱，消旋加強。經實驗得知，末過、末再的壁溫已經是左邊偏低，呈現出左低右高的現象，這應該是消旋過頭的現象；當偏置風關小后，末過、末再左側壁溫進一步下降，左右側壁溫偏差繼續增大，結合分隔屏、末過、低再、末再的左右側吸熱溫升差值看，關小偏置風可以減小消旋。因此結合機組實際情況適當調整起旋（偏置風）和SOFA（消旋風）的比例，才能起到減小受熱面汽溫偏差與壁溫偏差的作用。

3.5 主燃燒器擺角

燃燒器擺角一直被視為調節再熱汽溫最有效、最直接的調溫方法。其主要思路就是抬高鍋爐燃燒火焰中心，提高爐膛出口煙氣溫度，最終使得再熱器吸熱增加，提高再熱汽溫。理論上主燃燒器擺角對受熱面壁溫偏差與汽溫偏差影響不大，但是當燃燒器安裝質量不理想，同一層的四個角燃燒器擺動角度不一致時將會引起煙氣流場偏差，造成受熱面出口汽溫與壁溫偏差。

結合受熱面壁溫與汽溫偏差可知，隨著燃燒器擺角的上擺，末再左側壁溫下降，右側壁溫上升，左右側壁溫偏差逐漸減小。主燃燒器擺角對各級受熱面左右側吸熱溫升有一定的影響，隨著擺角的上擺，分隔屏、后屏、末過左右側吸熱溫升偏差先增大后減小；低再的偏差逐漸減小；末再的偏差逐漸增大。綜上分析，當燃燒器擺角為80%時，再熱器出口汽溫偏差最小。因此，可以優先利用主燃燒器擺角上擺滿足再熱器出口汽溫，如果再熱汽溫低再，可利用煙氣擋板使得再熱器出口汽溫達到設計值，一方面可以減少低再的吸熱從而降低低再管壁溫度；另一方面可以在減小末過、末再左側壁溫的同時減小再熱器左右側出口汽溫偏差。

4 結論

本文從影響鍋爐受熱面吸熱偏差的各個因素入手，利用分量法對鍋爐進行燃燒調整分析，綜合考慮，找到合理有效的調整方法，改善機組運行的經濟型、安全性，并為同類型機組的燃燒調整提供一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]丁立新.電廠鍋爐原理[M].中國電力出版社，2006（08）.

[2]安徽華電六安發電有限公司.660MW超超臨界機組集控運行規程[S].

作者介紹：甄玉波（1980-），男，山東臨沂人，學士，工程師，主要從事火力發電廠集控運行和管理工作。