330 MW燃煤鍋爐蒸汽超溫分析研究

李 琳 ，張芬芬，閆東海 ，王 志，劉建航

（1.國家能源菏澤發電有限公司，山東 菏澤 274032；2.山東省菏澤第一中學，山東 菏澤 274000）

0 引言

汽溫作為火力發電機組的重要運行調整參數，對汽輪機、鍋爐安全經濟運行起著至關重要的作用［1］。但是影響汽溫的因素多，影響過程復雜多變，調節過程慣性較大，因此在調整過程中容易出現主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度過高或過低的現象。蒸汽溫度過高可導致受熱面超溫爆管，而蒸汽溫度過低將使機組經濟性降低［2］。本文針對兩臺330 MW燃煤機組頻繁出現主蒸汽和再熱蒸汽溫度過高的現象，以機組正常工況下主蒸汽、再熱蒸汽的溫度變化情況為研究對象，通過加強對汽溫的監視與調整，摸索出機組汽溫控制調節的方法與措施，避免了超溫現象的發生，為同類機組汽溫調節控制提供借鑒。

1 鍋爐汽溫調節概況

某發電廠三期5號和6號兩臺330MW燃煤鍋爐為亞臨界參數、四角切圓燃燒方式、自然循環汽包爐，其制粉系統是正壓直吹式，配3臺雙進雙出鋼球磨煤機。

為避免機組運行過程中過熱器出口左、右兩側汽溫出現較大偏差，通常采取調節三級減溫水的方式進行調整：

1）一級減溫水設置在低溫過熱器至大屏過熱器的連接管上，作為機組正常工況下汽溫粗調用，過熱蒸汽溫度主要用一級噴水進行調節。

2）二級噴水減溫器數量為2個，設置在大屏至后屏左、右兩個連接管上。正常工況下作為備用調節手段，根據鍋爐運行情況可用來調節左、右側汽溫偏差，防止后屏超溫。

3）三級噴水減溫器數量為2個，設置在后屏至高溫過熱器的左、右交叉連接管上，作為正常工況下汽溫微調使用，以維持過熱蒸汽額定溫度。

再熱器的汽溫調節主要依靠燃燒器噴口的擺動。主燃燒器和高位燃盡風最大擺角均為±30°，壁式再熱器出口至中間再熱器入口的左、右側連接管上設置噴水減溫器，作微調使用，并調節兩側汽溫偏差，使再熱汽溫控制在正常范圍內。當低負荷時還可以同時增大爐膛進風量，作為再熱蒸汽溫度控制調節的輔助手段。

2 存在問題

兩臺330 MW機組作為該發電廠的主力機組，需根據電網調度中心的要求運行，機組基本上處于AGC模式。當投入AGC-R模式時，機組負荷經常出現大幅度調整，在較短時間內負荷突升或突降50～80 MW。為適應負荷的變化，機組燃料量和風量也出現大幅度變化。由于機組各項自動調節參數在短時間無法適應調整，導致汽溫忽高忽低，很難維持在正常范圍，出現超溫現象，嚴重威脅機組的安全運行及設備壽命。經過運行統計分析，發現2臺機組主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度頻繁出現超溫現象。鍋爐汽溫超溫情況統計如表1所示。

表1 鍋爐汽溫超溫情況統計

3 原因分析

3.1 過熱汽溫變化因素

1）負荷變化。負荷增加時，燃料量、風量也要增加，爐膛出口煙溫升高，汽溫就會升高；反之汽溫降低。

2）壓力變化。壓力升高，主汽溫和再熱汽溫也會升高；壓力降低，主汽溫和再熱汽溫也會降低。

3）煤質變化。當煤的揮發份含量高時，煤易著火，在爐內燃燒時間短，火焰中心上移，汽溫降低。當煤粉變粗時，燃料在爐內燃盡時間長，汽溫將升高。當燃料水分增加時，水分在爐內蒸發需吸收部分熱量，使爐膛溫度降低；水分增加使煙氣體積增大，煙氣流速增加，輻射過熱器的吸熱量降低，對流過熱器的吸熱量增加［3］。

4）風量及其配風變化。爐內氧量增大時，說明送風量大，煙氣量增加，造成對流式過熱器溫度升高，使爐膛出口溫度升高。在總風量不變的情況下，配風的變化也會引起汽溫的變化，當下層風量不足時，部分煤粉燃燒不完全，使得火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，引起汽溫升高。

5）噴燃器擺角變化。燃燒器擺角上擺，使火焰中心上移，引起汽溫升高；燃燒器擺角下擺，使火焰中心下移，引起汽溫降低。

6）制粉系統運行方式變化。低負荷時，如停止下層制粉系統、運行上層制粉系統將造成汽溫升高。

7）過量空氣系數變化。過量空氣系數過大，過量空氣增加，燃燒生成的煙氣量增多，煙氣流速增大，對流傳熱加強，導致過熱汽溫升高。

8）給水溫度變化。給水溫度升高，產生蒸汽所需要的燃料量、風量就少，爐膛燃燒就會減弱，引起汽溫降低；給水溫度降低，產生蒸汽所需要的燃料量、風量就要增加，煙氣量增多且爐膛燃燒加強，引起汽溫升高［4］。

9）爐膛受熱面清潔程度變化。水冷壁結焦和過熱器、再熱器受熱面積灰時，受熱面的吸熱減少，爐膛出口溫度升高，引起汽溫升高。當水冷壁結焦時，爐內吸熱不好，大部分熱量都隨煙氣帶到過熱器和再熱器處，過熱蒸汽和再熱蒸汽吸熱多，使過熱汽溫和再熱汽溫升高。過熱器、再熱器等受熱面積灰時，傳熱效果不佳，汽溫將降低。

10）減溫水量或溫度變化。減溫水量或溫度變化時將引起蒸汽側總熱量的變化，如煙氣側工況未變，汽溫將發生相應的變化。

3.2 再熱汽溫變化因素

再熱蒸汽容積大，流速較慢，布置在煙氣低溫區域，煙氣側的傳熱溫差小，因而再熱汽溫變化比較遲緩。再熱蒸汽壓力低，比熱小，使得當工況變化時再熱汽溫的變化幅度較大。同時，再熱汽溫不僅受鍋爐工況變化的影響，還受其他因素影響，如再熱汽冷段至輔汽聯箱開度變化、臨機用汽、抽汽量變化及高壓缸排汽溫度變化等都會引起再熱汽溫的變化［5］。

1）高壓缸排汽溫度變化。機組定壓運行時，高壓缸排汽溫度將隨機組負荷的增加而升高；過熱汽溫的升高也將造成高壓缸排汽溫度的升高；主蒸汽壓力越高，蒸汽在汽輪機中做功能力越強，焓降也大，高壓缸排汽溫度則相應降低。

2）鍋爐送風量變化。送風量越大，產生的煙氣量越大。因再熱器換熱呈對流特性，再熱器吸熱多，再熱汽溫升高。

3）鍋爐負荷變化。鍋爐負荷降低時，輻射受熱面的吸熱比例增加，作為對流受熱面的再熱器吸熱量減少，再熱汽溫降低。

4）煙氣擋板開度變化。過熱器煙氣擋板開度過大，則過熱汽溫升高，再熱汽溫降低；再熱器煙氣擋板開度過小，則過熱汽溫降低，再熱汽溫升高。

5）其他因素。如受熱面清潔程度、火焰中心位置、減溫水量的變化等因素對再熱汽溫的影響與過熱汽溫基本類似。

4 調整措施

4.1 控制負荷升降速率

當負荷變化大，在投入機組自動協調的情況下，必然開大汽輪機調節閥，此時鍋爐主汽壓力下降。為保持設定的主汽壓力，鍋爐自動增加燃料量，開大一次風機風量調節閥，開大容量風門，鍋爐燃燒加強，主汽溫和再熱汽溫升高，減溫水量增大［6］。因此，負荷變化越大，壓力變化就越大，減溫水量就越大。在升負荷時，保持較小的變化速率和壓力變化率，做到超前調整，在規定的時間內升至或降到規定的負荷。

4.2 加強鍋爐燃燒調整

1）由于鍋爐采用擺動式燃燒器，抬高或壓低燃燒器噴口角度可明顯改變火焰中心。燃燒器噴口一共6層，除頂二次風噴口上下擺動15°外，其余各層噴口均可上下擺動30°。調整燃燃器擺角是調整汽溫的主要方式，當汽溫升高時，可減小燃燒器擺角，減少減溫水量。

2）多層燃燒器，投上面幾層時火焰中心高，投下面幾層時火焰中心低。當減溫水量過大時，可選擇性切除上層的燃燒器，例如切除C磨C2端的兩個粉管對應層的燃燒器。

3）當上層燃燒器增加燃燒率時，火焰中心上移；當下幾層燃燒器增加燃燒率時，火焰中心下移。當減溫水量過大時，可增大A和B磨煤機容量風門的開度，減小C磨煤機容量風門的開度，降低上層燃燒器的燃燒率。通過長期運行調整表明，該調節方式可降低機組減溫水量，并降低鍋爐排煙溫度。

4）適當改變層級配風可改變火焰中心。減小上部二次風量，或增大下部二次風量，會使火焰中心上移。當減溫水量過大時，可增大上部二次風量，減小下部二次風量。增大最上二層的消旋風，將火焰壓在消旋風以下，降低火焰中心，降低汽溫；減少飛灰可燃物，消除煙溫偏差。

5）加強受熱面吹灰，保證受熱面的清潔程度。如果減溫水量投入過大，汽溫較高時，不僅威脅機組安全運行，還會使整個機組的經濟性大大降低。加強對爐膛水冷壁的吹灰，如汽溫低，則要加強對過熱器和再熱器的吹灰，保證其受熱面清潔，加強熱交換。

4.3 控制制粉系統啟停

當磨煤機啟停時，鍋爐內燃燒工況變化較大。此時如調整不好，極易造成主蒸汽超溫，減溫水量過大。磨煤機啟停，有兩個較典型的工況：第一種工況為A和B磨煤機運行，啟動C磨煤機；第二種工況為A、B、C磨煤機運行，停止A磨煤機。

1）A和B磨煤機運行，啟動C磨煤機。此工況一般發生在升負荷過程中，當啟動C磨煤機時，火焰中心上移，容易造成過熱汽和再熱汽超溫，減溫水量增大。在開啟C磨煤機的過程中，可超前壓低噴燃器擺角，同時控制好主蒸汽壓力，使主蒸汽壓力緩慢升高，避免主蒸汽壓力升高過快。

2）A、B、C磨煤機運行，停止A磨煤機。此工況發生在降負荷過程中，為了降低廠用電率，停止A磨煤機運行，即切除下層的兩層噴燃器，只保留上面的4層運行，使火焰中心上移。此種工況過熱汽溫和再熱汽溫升高，需投大量減溫水。

4.4 調節煙氣擋板開度

在燃燒比較穩定的情況下，減溫水用量較小，一般通過控制過熱器和再熱器煙氣擋板的開度來調節汽溫。開大過熱器煙氣擋板，過熱汽溫升高，再熱汽溫降低；開大再熱器煙氣擋板，過熱汽溫降低，再熱汽溫升高。

4.5 其他措施

1）機組正常運行過程中，鍋爐燃燒比較穩定，汽溫調整應平穩、均勻，操作減溫水閥門時不要大開大關，以免引起汽溫劇烈波動。在汽溫調節的過程中，一級減溫作為主要調溫手段，二級減溫作為備用并保護后屏，三級減溫作為細調。在后屏過熱器不超溫的情況下，一般不用一級、二級減溫調整，盡量用三級減溫來調節汽溫。

2）再熱汽溫的調節采取控制煙氣擋板、調整噴燃器擺角、吹灰等手段進行，盡量不投噴水減溫。再熱汽減溫水每投1 t／h可使機組效率降低0.01%，影響機組的經濟性［7］。鍋爐在啟動初期，產生的蒸汽量少，較小的燃燒變化都會引起汽溫大幅度波動，因此在調節燃燒時，一定要兼顧汽溫的調整。另外，可利用旁路的開度來調節主蒸汽和再熱蒸汽的溫度偏差。

3）機組突然甩負荷、受熱面大面積結焦、爐底水封失水等異常工況都會引起汽溫大幅度波動，尤其是在汽溫較低的時候，一定要保證蒸汽的過熱度，防止蒸汽帶水進入汽輪機，避免發生汽輪機葉片損壞事故［8］。

5 調整效果

通過采取有針對性的調整措施，在AGC模式下，5號和6號鍋爐的主蒸汽和再熱蒸汽超溫現象明顯減少，優化調整后鍋爐超溫情況統計如表2所示。

表2 優化調整后鍋爐超溫情況統計

根據以往同類機組運行數據統計，鍋爐受熱面因壁溫超溫爆管停機大約一周時間，再加上維修費用、機組少發電量損失的效益、機組啟停廠用電量的增加、兩個細則考核等，經濟損失較為嚴重。通過對5號和6號鍋爐頻繁出現的蒸汽超溫現象進行分析，找出原因并采取有效的調整措施。經優化調整后，5號和6號機組的安全性得到提高，基本上避免了鍋爐穩定燃燒過程中過熱汽溫和再熱汽溫的長時間超溫現象的發生，減少了因超溫而產生的經濟損失。

6 結語

長時間超溫會引起主蒸汽和再熱蒸汽管道蠕變而破裂，甚至發生爆管事故，嚴重影響機組安全運行和發電量完成率。本文分析了某330 MW機組燃煤鍋爐出現超溫的原因，并采取一系列調整手段進行汽溫控制，減少了在AGC模式下主蒸汽和再熱蒸汽超溫的次數，避免了超溫導致鍋爐壽命降低甚至爆管，提高了鍋爐運行的安全性和經濟性，可為同類機組汽溫調整提供參考和借鑒。