660 MW超超臨界機組鍋爐高溫再熱器壁溫超溫試驗研究

張振杰，張家維，宋大勇，王文生，關風一

(1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2. 國家能源集團科學技術研究院有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110102；3.華電電力科學研究院有限公司，遼寧 沈陽 110180)

隨著金屬材料技術的發展，目前超超臨界機組鍋爐設計主汽溫度達到605 ℃，設計再熱汽溫達到622 ℃。某電廠3號、4號鍋爐為660 MW超超臨界參數鍋爐，自投產以來，出現高溫再熱器壁溫超溫的問題，通過投入減溫水降低管壁溫度，最終導致再熱蒸汽溫度偏低[1-2]。本文開展了燃燒調整試驗[3-4]，試驗表明，通過燃燒器的合理配風，可解決再熱器超溫和再熱蒸汽溫度偏低問題[5-7]。

1 設備概況

某電廠鍋爐為北京B&W公司生產制造的超超臨界參數、螺旋爐膛、一次再熱、平衡通風、固態排渣π型鍋爐。鍋爐主要參數見表1。

表1 鍋爐主要參數

過熱器由頂棚過熱器、包墻過熱器、分隔墻過熱器、低溫過熱器、屏式過熱器及末級過熱器組成。頂棚及包墻過熱器布置于爐膛和對流煙道上部，低溫過熱器位于尾部豎井后煙道內，前屏式過熱器位于爐膛上部，后屏過熱器位于折焰角上方，末級過熱器布置在折焰角上方。在低溫過熱器出口與前屏過熱器入口及前屏過熱器出口與后屏過熱器入口布置一、二級過熱減溫器。再熱器由低溫再熱器和高溫再熱器組成，低溫再熱器布置在后豎井前煙道內，高溫再熱器布置在水平煙道內。在低溫再熱器入口及出口與高溫再熱器入口布置一、二級再熱事故噴水減溫器。主汽溫度在鍋爐濕態運行時主要由一、二級減溫水調節，干態運行時由煤水比進行粗調，減溫水作為細調。再熱汽溫正常情況下主要由煙氣分配擋板調節，緊急情況下由噴水減溫器調節。

鍋爐采用前后墻對沖燃燒方式，燃燒系統由Airejet型超低NOx雙調風旋流燃燒器、XCL型低NOx雙調風旋流燃燒器、OFA噴口等組成。共配有20只Airejet型煤粉燃燒器和10只XCL型煤粉燃燒器，分3層布置在鍋爐的前后墻上。其中，20只Airejet 型煤粉燃燒器布置在前、后墻的上層、中層，10只XCL型煤粉燃燒器布置在前、后墻的下層，每層前后排各5只燃燒器。前、后墻下層的10只XCL型煤粉燃燒器配有等離子點火裝置。OFA噴口布置在前、后墻最上層燃燒器上方的單獨的風箱內，每個OFA風箱內有7只OFA噴口(共14只)。前墻燃燒器自下往上排序為A、B、C,后墻燃燒器自上往下排序為D、E、F。各層燃燒器編號按A側至B側排序。

如圖1所示，XCL型煤粉燃燒器分內、外二次風通道，內、外層二次風的旋轉方向一致。內二次風通道裝有一級可調旋轉葉片，用于優化燃燒。內二次風軸向葉片的最大開度為60°，最小開度為 20°。燃燒器的外二次風通道內第2級葉片為可調旋轉葉片。外調風葉片的最大開度為80°，最小開度為40°。如圖2所示， Airejet型煤粉燃燒器內二次風通道內裝有固定葉片，設計角度為 20°，可使與煤粉氣流外表面相接觸的內二次風旋轉，促進煤粉的點火和火焰內部的回流。外二次風通道由內套筒和燃燒器外套筒形成。外二次風通道內裝有2級葉片。第1級為固定葉片，用于改善進入該通道氣流的圓周分布。第2級葉片為可調旋轉葉片，用于進一步燃燒優化。外二次風通道的可調葉片調節范圍為40°～80°。

圖1 XCL燃燒器結構

圖2 Airejet燃燒器結構

如圖3所示，二次風進入OFA燃燒器后分別進入到 OFA 噴口的中心風區和外二次風區。中心通道的空氣為直流風，OFA噴口外環裝有可調葉片，葉片的開啟范圍為 20°～90°。OFA 噴口的風量由調風套筒及調風盤來調節。

圖3 OFA燃燒器結構

2 存在問題

機組投運后鍋爐出現高溫再熱器壁溫超溫，導致再熱汽溫低于設計值。尤其是投入D磨運行時，再熱汽溫低于615 ℃。

3 燃燒器風門開度及旋流強度對高溫再熱器壁溫的影響

3.1 主燃燒器外二次風及旋流強度對高溫再熱器壁溫的影響

將E2外二次風葉片角度從50°調到60°，對應的高溫再熱器壁溫有所提升，見圖4。

圖4 燃燒器外二次風旋流強度對高溫再熱器壁溫的影響

3.2 燃燒器配風方式對高溫再熱器壁溫的影響

將各層3號燃燒器套筒按正塔型配風，高溫再熱器中部壁溫上升，見圖5。

圖5 燃燒器正塔型配風對高溫再熱器壁溫的影響

3.3 OFA套筒開度對高溫再熱器壁溫的影響

將前后墻4、5、6號OFA套筒開度由全開調至250°，相對應的高溫再熱器壁溫上升，見圖6。

圖6 OFA套筒開度對高溫再熱器壁溫的影響

3.4 OFA葉片角度對高溫受熱面壁溫的影響

將前后墻4號OFA葉片角度由90°調至50°，相對應的高溫再熱器壁溫升高，見圖7。

圖7 OFA旋流強度對高溫再熱器壁溫的影響

3.5 OFA中心風對高溫再熱器壁溫的影響

將前墻3、4號OFA中心風開度由250°調至200°，相對應的高溫再熱器壁溫升高，見圖8。

圖8 OFA中心風對高溫再熱器壁溫的影響

試驗發現燃燒器風門及葉片角度變化對高溫再熱器壁溫會產生影響，其根本原因是風門及葉片角度改變使爐膛火焰高度發生變化，各因素對火焰高度的影響分析見表2。

表2 燃燒器風門及葉片角度對爐膛火焰高度的影響

4 高溫再熱器壁溫調整結果

根據表2中對燃燒器葉片角度及風門開度對高溫再熱器壁溫的影響分析，設計了諸多風門開度及葉片角度組合方式進行試驗對比，兼顧不同負荷、不同煤質以及爐膛出口NOx排放量，最后選出兼容性好的調整狀態作為最終推薦。最終推薦的各燃燒器風門開度及葉片角度見表3和表4。

表3 OFA風門及葉片調整前后狀態

表4 燃燒器風門及葉片調整前后狀態

兼顧不同煤質、不同負荷、不同磨組合下的調整結果見圖9—圖13。試驗結果表明，調整后高溫再熱器壁溫在控制最高壁溫不超過640 ℃的前提下，絕大多數壁溫都能保持在620 ℃以上，而調整前的壁溫低點甚至低于590 ℃，壁溫低點提高了30 ℃，減小了溫差，從而保證了再熱汽溫達到設計值622 ℃，解決了高溫再熱器壁溫高影響再熱汽溫，尤其是D磨運行時再熱汽溫只能達到615 ℃的問題。

圖9 ABEF磨組合下調整后高溫再熱器壁溫分布

圖10 ABDF磨組合下調整后高溫再熱器壁溫分布

圖11 ABDE磨組合下調整后高溫再熱器壁溫分布

圖12 ABCEF磨組合下調整前后高溫再熱器壁溫分布

圖13 ABDEF磨組合下調整前后高溫再熱器壁溫分布

5 結束語

通過對燃燒器風門及旋流強度調整，高溫再熱器壁溫分布形態得到了極大改善，減小了高溫再熱器壁溫溫差，從而保證了再熱汽溫達到設計值。試驗表明，對于布置前后墻對沖旋流燃燒器的鍋爐，采取調整燃燒器風門及旋流強度來解決高溫再熱器壁溫超溫問題有效、可行。