350 MW超臨界直流鍋爐調試中出現的典型問題分析及解決措施

張海楠，李彥龍，周欣偉

(華電電力科學研究院有限公司，浙江 杭州 310030)

隨著國家對于新能源領域逐漸加大投入，火電行業發展增速有所減緩。但從發電成本、建設周期、技術成熟度等角度來看，火電行業仍有其獨特且明顯的優勢。火力發電在長期仍將占據我國電力結構中的主導地位，是滿足我國經濟發展及居民生活電力需求的主要力量。

新建火電機組的啟動調試是檢驗機組安裝質量及配套設備運行能力的重要環節。通過在調試、試運階段發現問題，解決缺陷并初步掌握機組運行特性，為后期機組穩定可靠運行提供數據參考及技術經驗。本文以某新建350 MW超臨界直流鍋爐為研究對象，通過對調試過程中出現的一系列典型問題的分析處理方式進行總結，為同類型鍋爐的調試工作提供可靠的技術參考。

1 設備概況

本工程采用上海鍋爐廠有限責任公司自主開發研制的SG-1152/25.4-M4432超臨界鍋爐。鍋爐為超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，采用單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒、平衡通風、尾部擋板調溫、Π型半露天布置、固態排渣、全鋼架懸吊結構。鍋爐前部布置有低溫再熱器，后部布置有低溫過熱器和省煤器。兩側煙道出口各設一組調溫擋板，用于調節再熱器汽溫。爐膛上部布置有屏式過熱器和高溫過熱器，鍋爐帶基本負荷并有30%～100%BMCR負荷調峰運行的能力。

鍋爐制粉系統采用中速磨煤機、冷一次風機、正壓直吹式系統。鍋爐設置5臺中速磨煤機，4臺運行、1臺備用。煤粉細度R90為22%。20只直流式燃燒器分5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。

過熱器汽溫通過水煤比調節和兩級噴水來控制，第1級噴水布置在低溫過熱器出口管道上，第2級噴水布置在屏式過熱器出口管道上，過熱器噴水取自省煤器進口管道，再熱器汽溫通過尾部煙氣調節擋板進行控制。鍋爐主要參數如表1所示。

表1 鍋爐主要參數

2 調試過程中出現的問題及應對策略

2.1 等離子系統冷卻水泄漏

鍋爐制粉系統采用5臺中速磨煤機，四角切圓方式。最下層磨煤機配套等離子點火系統。在調試期間出現A磨煤機3號角的一次風風速較其他角偏低，且有逐漸降低的趨勢。經過調整后，均無改善。由該角觀火孔觀察時，發現煤粉管堵塞。為保證機組設備安全運行，將A磨煤機停運，啟動C磨煤機。同時投入油槍，進行鍋爐穩燃。將3號角的等離子點火槍抽出后，發現點火槍內有冷卻水流出。經分析是由于等離子系統冷卻水壓力過大，導致冷卻水在系統內循環過程中，在部分密封不嚴處冷卻水泄漏，泄漏的冷卻水噴入煤粉管內，與該角一次風所攜帶的煤粉混合，進而造成該角煤粉管道堵塞。等離子體發生器原理如圖1所示。

圖1 等離子體點火燃燒器結構示意圖

結合設備資料，將原有冷卻水壓力由1.3 MPa降至1.1 MPa，同時對各角的密封元件進行重新校緊。在后續機組運行中，未發生因冷卻水泄漏導致煤粉管堵塞現象。

2.2 鍋爐給煤量控制失調

機組整套啟動運行期間，在制粉系統投入自動控制后，運行的各臺磨煤機出現不同程度的進出口壓差增加的情況。運行人員通過減少磨煤機給煤量，提高磨煤機進口風壓等手段仍無法有效解決磨煤機進出口壓差增加的問題。同時，磨煤機實際給煤量波動劇烈，給煤量遠程指令無法控制。大幅度變化的給煤量導致機組水煤比控制失去平衡，機組汽溫波動劇烈，無法控制，對汽輪機穩定運行造成嚴重影響。為保障機組安全運行，不得不停機進行處理。

通過查看設備相關資料及歷史曲線，經分析為給煤機設備中缺少相應的指令閉環控制設備，從而導致給煤機在投入自動控制后，燃料控制系統在對給煤機進行燃料增減控制時，給煤機頻率指令量與給煤機皮帶轉速無法線性匹配，使得控制參數無法收斂，造成給煤量調節出現了嚴重偏差。

根據設備特性，利用了遠方DCS控制系統實現PID閉環控制方法，形成CCS控制方式下的鍋爐-燃料主控-給煤量控制的三級PID控制方式。經過多次靜態模擬試驗及給煤量實地標定試驗，驗證該方法的穩定性。在后續的機組整套啟動運行期間，實際給煤量能及時穩定按照控制指令進行調節，保證了機組安全穩定運行。

2.3 再熱汽溫偏差

四角切圓鍋爐由于煙氣出爐膛時存在殘余旋轉，會引起煙道煙溫分布偏差[5]，容易因熱負荷分布不均導致對流受熱面管壁超溫和汽溫偏差。同時，單側減溫水量過大也會對汽溫偏差造成影響。由于蒸汽比熱容是水的比熱容的18.2倍[6]，汽化后的減溫水體積膨脹，壓力升高，使減溫器前后的蒸汽壓差值下降，造成減溫水量大的一側蒸汽流量增加，破壞工質兩側平衡。尤其在低負荷下減溫水所占給水份額較大時，這種現象比較明顯[7]。

機組運行期間，鍋爐多次發生兩側再熱汽溫偏差過大的情況。兩側溫度偏差最高達20 ℃，造成一側再熱器管壁超溫，而另一側再熱汽溫過低的情況，嚴重影響了機組高負荷穩定運行。

根據該鍋爐燃燒設計理念，兩側再熱汽溫偏差過大主要采取以下措施：通過增加高低位燃盡風的噴口偏轉角度，利用燃盡風對煙氣進行反消旋作用，降低煙氣流量偏差。機組高負荷運行時，將高位燃盡風Ⅰ、Ⅱ燃盡風的反切角由原來10°增至20°。同時盡量開大燃盡風擋板，以便盡可能消除殘余旋轉，減小爐膛左右側出口煙溫偏差。此外，通過調整二次風配比的方式，減輕爐內氣流的旋轉強度。需要注意，不可通過尾部煙氣調溫擋板的不同開度調整兩側汽溫偏差。因為尾部煙氣調溫擋板的作用是整體調節過熱器或再熱器汽溫，如果通過再熱器或過熱器擋板左右側開度來調整煙氣流量，將導致整個煙氣流場紊亂，鍋爐受熱面受熱不均[8]。

經過上述一系列調整后，機組再熱汽溫偏差過大的問題得到極大緩解。在不投入減溫水的情況下，兩側的再熱汽溫偏差控制在5 ℃以內，調整效果良好。

3 結語

新建機組調試對于機組安全運行及后續問題處理有重要意義，發現并解決機組在試運期間出現的問題是調試期間的重要工作。對某350 MW機組直流鍋爐在調試過程中出現的典型問題分析，可為后續直流鍋爐的調試提供經驗和依據，也為直流鍋爐在投產后穩定運行提供參考。