古電4#600?MW對沖爐一二次配風調整與壁溫及控制分析

李杰

[摘? ? 要]針對古電#4鍋爐內部燃燒偏斜，鍋爐長期存在垂直管、過熱器壁溫超溫現象，左側墻垂直管超溫頻繁超過460℃，同時過熱器生成氧化皮并脫落造成爆管事故，嚴重影響電廠安全經濟性問題，從調整磨煤機出口風量、降低一次風速、調整二次風旋流強度及二次風風量等手段，控制爐膛內煤粉燃燒狀態入手進行燃燒調整，有效降低爐膛內各受熱面的金屬壁溫，控制金屬壁溫在正常范圍并且減少垂直管高溫硫腐蝕情況，在經濟安全運行上取的顯著效果。

[關鍵詞]一二次配風;壁溫控制;運行效益

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）01–00–02

Analysis of Primary and Secondary Air Distribution Adjustment

and Wall Temperature Control for MW Punching Furnace

Li Jie

[Abstract]In view of the internal combustion deviation of Gudian No.4 boiler， there is a long-term over temperature phenomenon of vertical tube and superheater wall temperature in the boiler. The over temperature of vertical tube on the left-wall frequently exceeds 460℃. Meanwhile， the superheater generates oxide scale and falls off， causing tube explosion accident， which seriously affects the safety and economy of the power plant. By means of adjusting the outlet air volume of coal mill， reducing the primary air speed， adjusting the swirl intensity of secondary air and the secondary air volume， controlling the combustion state of pulverized coal in the furnace， the combustion adjustment can effectively reduce the metal wall temperature of each heating surface in the furnace， control the metal wall temperature in the normal range， and reduce the high temperature sulfur corrosion of vertical tube， which has achieved remarkable results in economic and safe operation.

[Keywords]primary and secondary air distribution， furnace wall temperature control， operation efficiency

古電#4鍋爐內部燃燒偏斜，長期存在垂直管、過熱器壁溫超溫現象，左側墻垂直管超溫頻繁超過460℃，同時過熱器生成氧化皮并脫落造成爆管事故，嚴重影響電廠的安全與穩定。

機組長周期的連續運行是提高電廠安全穩定性的主要標志，也是降低電廠的發電煤耗的有效手段。根據有關資料記載鍋爐事故約占發電廠事故的50%，承壓部件爆漏事故占鍋爐事故的60%～75%，所以保證鍋爐設備的安全運轉是保證發電廠安全生產的關鍵。

本文從調整磨煤機出口風量、降低一次風速、調整二次風旋流強度及二次風風量等手段，控制爐膛內煤粉燃燒狀態入手進行燃燒調整，有效降低爐膛內各受熱面的金屬壁溫，進而保證金屬壁溫在正常范圍，減少垂直管高溫硫腐蝕情況，在穩定安全運行上取的顯著效果。

1 設備概況

山西興能發電有限責任公司#4鍋爐為600 MW（HG-2000/25.4—YM12型）鍋爐，為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行帶內置式再循環泵啟動系統的本生直流鍋爐，采用π型布置，單爐膛，尾部雙煙道，全鋼架，懸吊結構，燃燒器前后墻布置、對沖燃燒。爐膛斷面尺寸寬為23.5673 m、深17.0123 m，水平煙道深度為5.322 m，尾部前煙道深度為6.67 m，尾部后煙道深度為8.97 m，水冷壁下集箱標高為7.0 m，頂棚管標高為69.15 m。

鍋爐的汽水流程以內置式啟動分離器為界設計成雙流程，從冷灰斗進口一直到標高47.851 m的中間混合集箱之間為螺旋管圈水冷壁，再連接至爐膛上部的水冷壁垂直管屏和后水冷壁吊掛管，然后經下降管引入折焰角、水平煙道底包墻和水平煙道側墻，再引入汽水分離器。從汽水分離器出來的蒸汽引至頂棚和包墻系統，再進入低溫過熱器中，然后再流經屏式過熱器和末級過熱器。再熱器分為低溫再熱器和高溫再熱器兩段布置，中間無集箱連接，低溫再熱器布置于尾部雙煙道中的前部煙道，高溫再熱器布置于水平煙道中，逆、順流混合與煙氣換熱。

制粉系統采用中速磨正壓直吹系統，6臺磨煤機。30只低NOX軸向旋流燃燒器采用前后墻布置、對沖燃燒，前后墻各3層，每層布置5只。在煤粉燃燒器的上方前、后及兩側墻各布置1層燃燼風，前后墻各有5只風口，兩側墻各有3只風口。表1為鍋爐運行參數：

2 一、二次配風的調整

2.1 一次風調整

對于正壓直吹式制粉系統，一次風量主要是滿足輸送煤粉能力及干燥出力要求，但一次風量對煤粉氣流著火速度和著火穩定有一定影響。一次風量越大，煤粉氣流加熱至著火所需要的熱量就越多，著火速度就越慢，這樣會導致火焰離燃燒器位置距離延長，使火焰中斷，引起滅火，同時煤粉著火延后，火焰提高，引起屏過金屬溫度升高甚至超溫。

一次風量越小，帶粉能力減弱，甚至出現堵磨煤機現象，并且使燃燒貼近燃燒器，發生燒損燃燒器現象。

該鍋爐燃燒器為前后墻對沖布置，每臺磨煤機對應5只燃燒器。通過冷、熱態測量一次風速，調整5只粉管的一次風速偏差在5%以內。調整最外側兩只粉管風速比其它粉管風速偏小，相鄰兩只粉管風速逐漸增強，中間粉管風速最大。前后墻各三層燃燒器布置，調整下層燃燒器一次風最大，中層略小，上層最小。在正常燃燒時，降低一次風壓，減小磨煤機風量，控制磨煤機冷風門開度在10%以下，加強監視磨煤機出口溫度及磨煤機出入口差壓，防止磨煤機堵磨。調整前后磨煤機風量及風壓參數見表2。

2.2 二次風調整

燃燒器二次風噴口結構如圖1。

二次風主要是為了供給燃料完全燃燒所需要的氧量，并且通過二次風的旋流強弱，二次風的風量大小使空氣和燃料充分混合，二次風的擾動也使燃燒迅速、強烈、完全。本廠低N0x軸向旋流燃燒器的二次風旋流可以控制二次風的氣流擾動大小，調整高溫煙氣的回流程度，進而控制燃料與氧氣混合速度。二次風的強度大小則控制與燃料混合氧量的多少，達到控制燃料燃燒到燃盡的時間，同時控制火焰在爐膛內的充滿度及火焰中心高低。二次風旋直流強度、風量大小直接影響爐內燃燒火焰高度、中心溫度、及火焰在爐內充滿度和對爐壁面的沖刷強度和高溫硫腐蝕情況。

（1）旋流強度大、二次風量充足時，首先，燃料在爐內與氧氣混合迅速并且快速燃燒與燃盡，火焰中心溫度高，生成氮氧化物較多，煙氣排放很難達到國家環保部GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》要求，脫硝噴氨量大幅增多，運營成本增加，同時伴隨噴氨量增加，氨逃逸增多，造成空預器因硫酸氫銨積聚堵塞情況嚴重，對安全運行帶來很大隱患。其次，由于燃料快速且集中燃燒，火焰中心位置較低，水冷壁受熱集中，容易發生水冷壁超溫。同時，存在屏式過熱器和屏式再熱器輻射吸熱減少，引發汽溫偏低現象。

（2）旋流強度小、二次風量減小時，首先，燃料在爐內與氧氣混合較弱，燃燒與燃盡階段延長，中心溫度降低，氮氧化物生成減少，但同時因為高溫煙氣卷吸量減少，燃料點燃困難，且燃燒氧量不充足，燃燒不穩定，容易在有輕微運行工況波動時發生滅火事故，同時，因為氧氣的減少，使得燃料燃燒不充足，造成飛灰含碳量及灰渣含碳量的增高，使得鍋爐運行經濟性降低。其次，因為燃盡階段的延長，使得鍋爐火焰中心升高，容易引起屏式過熱器、屏式再熱器和其它受熱面的金屬超溫，引發超溫爆管。再次，鍋爐水冷壁附近因缺氧，長期在還原氣氛中運行，造成高溫腐蝕，容易引發水冷壁減薄爆管，影響鍋爐安全運行。

該鍋爐的二次風布置為每臺磨煤機的燃燒器分布在一個二次風箱內，前、后墻各配置三層二次風箱，風箱內每個燃燒器對應一組二次風噴口。二次風旋、直流調整通過調整二次風旋流器深入長度實現，深入越長，旋流強度越強，直流越弱，深入減少，旋流強度減弱，直流增強。二次風風量大小調節，通過控制調節擋板開度得以實現，開度越大，二次風量越大，開度減少，二次風量減弱。二次風噴口結構參見圖1。

針對該鍋爐屏過、垂直管超溫及高溫硫腐蝕情況進行二次風配風調整：①下層二次風的二次風調節擋板開度最大，中層調節擋板開度適當減小，上層調節擋板的開度最小，形成正塔形二次風風量配風，下層風量最大，中層、上層逐層減弱。②每層燃燒器對應的二次風旋、直流強度調整為：最邊緣燃燒器的二次風旋流器深入長度最短，即二次風旋流強度最弱，中間燃燒器的二次風旋流器深入長度最長，即二次風旋流強度最強。調整后中間二次風的卷吸能力最強，邊緣二次風的卷吸能力最弱。

2.3 一、二次風配風調整前后壁溫的比較

經過冷熱態燃燒調整后，水平煙道平均溫度從763 ℃降低至740 ℃左右，過熱蒸汽汽溫及再熱蒸汽汽溫會有不同程度的降低，爐內垂直管壁溫度、屏過出口管壁溫度、末過出口管壁溫度都有所降低。表3中的平均運行壁溫是經過燃燒調整前與后，固定負荷工況下的各受熱面平均壁溫指示值，各壁溫下降的趨勢清楚可見。

經過燃燒調整后，鍋爐的整體壁溫得到下降，同時，爐內氧含量在滿足國家氮氧化物排放要求的前提下得到提升，垂直管管道高溫硫腐蝕情況也得到有效緩解。在燃燒調整前進行的鍋爐小修中，鍋爐垂直管管道因高溫硫腐蝕引發管壁減薄換管焊口達到1000多道，燃燒調整后，經過1a周期的運行，再次小修時，鍋爐垂直管管道因高溫硫腐蝕引發管壁減薄換管焊口減少至100多道。

3 結論

通過合理的調整磨煤機出口風量、降低一次風速、調整二次風旋流強度及二次風風量等措施，控制爐膛內煤粉燃燒狀態，降低了爐膛內各受熱面的金屬壁溫，有效地減少了受熱面高溫硫腐蝕情況同時有效減少因壁溫超溫引發超溫爆管風險。

參考文獻

[1] 張前進.240 t/hCFB鍋爐長周期安全運行的技術措施[J].經濟技術協作信息，2008，15（25）：97.

[2] 蔡新春，梁五洲，武衛紅，等.基于Z型結構過熱器流量分配不均引起的爆管原因分析[J].電力學報，2008，23（1）：17-20.