1000MW超超臨界雙切圓燃燒鍋爐汽溫偏差控制策略

符俊平

摘要： 針對(duì)某廠(chǎng)1000MW級(jí)超超臨界雙切圓燃燒鍋爐投產(chǎn)后出現(xiàn)的末級(jí)過(guò)熱器出口4根分支管汽溫偏差問(wèn)題，從過(guò)熱器受熱面結(jié)構(gòu)布置及爐內(nèi)流場(chǎng)分布等角度分析了主汽溫偏差產(chǎn)生原因，并提出偏差控制策略。

Abstract： There is a steam temperature deviation problem of the four branch pipes at the outlet of final superheater in a 1000MW ultra-supercritical boiler. Aiming at this problem， this paper analyzed reasons from the superheater surface arrangement and furnace flow field distribution， and put forward the error control strategy.

關(guān)鍵詞： 超超臨界；雙切圓；直流鍋爐；汽溫偏差；控制策略

Key words： ultra-supercritical；double tangential；once-through boiler；steam temperature deviation；control strategy

中圖分類(lèi)號(hào)：TK229.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）36-0100-02

0 引言

湖北華潤(rùn)電力蒲圻電廠(chǎng)安裝兩臺(tái)1000MW超超臨界機(jī)組，其鍋爐由上海鍋爐廠(chǎng)有限公司設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造，鍋爐采用8角單爐膛雙切圓燃燒方式、固態(tài)排渣、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天Π型布置、全鋼懸吊。同時(shí)，鍋爐采用雙進(jìn)雙出鋼球磨直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)爐配有6臺(tái)磨煤機(jī)，從每臺(tái)磨煤機(jī)兩端分離器各引出兩根粉管至四個(gè)煤粉分配器，再一分為二接至爐膛同一層八個(gè)煤粉噴嘴，燃燒器采用百葉窗水平濃淡強(qiáng)化著火煤粉噴嘴設(shè)計(jì)。

該機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，主汽溫產(chǎn)生了較大的偏差，對(duì)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性造成了極大的影響，本文分析了該機(jī)組主汽溫產(chǎn)生偏差的原因，并提出了控制汽溫偏差的具體措施，提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

1 問(wèn)題描述

首臺(tái)機(jī)組自2010年10月投產(chǎn)以來(lái)，從末級(jí)過(guò)熱器出口集箱引出的四根主汽分支管道A、B、C、D（A和B位于爐膛左半邊，C和D位于爐膛右半邊，具體結(jié)構(gòu)布置如圖1所示）一直存在不同程度上的主汽溫偏差。主汽溫偏差分布規(guī)律為：末級(jí)過(guò)熱器出口靠近爐膛中間位置的A、D兩分支汽溫偏低于兩側(cè)的B、C兩分支，其偏差最高達(dá)20℃以上。這不僅對(duì)運(yùn)行人員調(diào)整帶來(lái)困難，也影響了機(jī)組生產(chǎn)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

2 汽溫偏差產(chǎn)生原因分析

分析汽溫存在偏差的問(wèn)題，通過(guò)診斷試驗(yàn)，主要影響因素是鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)及爐內(nèi)流場(chǎng)分布。

2.1 受熱面結(jié)構(gòu)布置因素

2.1.1 受熱面吸熱量分配特點(diǎn) 在恒定壓力下可用工質(zhì)溫度變化幅度研究工質(zhì)吸熱量大小。另外，當(dāng)壓力不變時(shí)，隨著過(guò)熱蒸汽溫度水平的升高，單位工質(zhì)相同溫升下所需吸熱量逐步下降（即400℃過(guò)熱蒸汽提升50℃所需的吸熱量要大于500℃過(guò)熱蒸汽提升50℃所需的吸熱量）?；诖?，診斷試驗(yàn)期間對(duì)各受熱面吸熱量進(jìn)行了測(cè)取計(jì)算，結(jié)果如表1所示。

表1中工況1～5為連續(xù)5天試驗(yàn)得到數(shù)值，對(duì)應(yīng)機(jī)組負(fù)荷分別為950MW、769MW、772MW、788MW、798MW。從表中可以看到，各負(fù)荷工況下屏式過(guò)熱器吸熱量占過(guò)熱器總吸熱量比例最大，后屏過(guò)熱器吸熱量次之。

2.1.2 受熱面結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn) 為減少過(guò)熱汽溫及再熱汽溫偏差，本機(jī)組設(shè)計(jì)了三處管道交叉：屏式過(guò)熱器入口、末級(jí)過(guò)熱器入口、高溫級(jí)再熱器入口；而對(duì)于占過(guò)熱系統(tǒng)總吸熱比例大的屏式過(guò)熱器和后屏過(guò)熱器之間并未設(shè)計(jì)管道交叉。 當(dāng)受熱面吸熱不均時(shí)，吸熱比例較大的屏過(guò)及后屏產(chǎn)生的汽溫偏差容易疊加放大，難以被消除，因而這種受熱面結(jié)構(gòu)布置容易導(dǎo)致主汽溫偏差產(chǎn)生。

2.2 爐內(nèi)流場(chǎng)分布因素

本機(jī)組采用雙切圓燃燒方式（如圖2所示），爐膛中間部位受到兩個(gè)“火柱”的雙重?zé)彷椛?，造成爐膛中間部位的煙氣溫度要高于兩側(cè)；另外，在爐膛出口位置氣流受切圓殘余旋轉(zhuǎn)影響，會(huì)將兩側(cè)高溫?zé)煔馔葡驙t膛中間區(qū)域，使?fàn)t膛中間部位的煙氣溫度高于兩側(cè)。

2.2.1 燃燒器下游區(qū)域煙溫分布特點(diǎn) 通過(guò)對(duì)燃燒器下游區(qū)域煙氣溫度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如圖3所示。

從圖3中多個(gè)工況下測(cè)得的燃燒器下游區(qū)域煙溫值發(fā)現(xiàn)，在燃燒器下游靠近爐膛中間區(qū)域煙氣溫度要明顯高于兩側(cè)墻區(qū)域，煙溫偏差達(dá)200℃左右。這種煙溫分布特點(diǎn)延續(xù)到爐膛出口位置后，很容易引起以輻射吸熱為主的屏式過(guò)熱器及后屏過(guò)熱器吸熱不均問(wèn)題。

2.2.2 各級(jí)過(guò)熱器吸熱偏差因素 從爐內(nèi)流場(chǎng)分布特點(diǎn)分析得到，“雙切圓”燃燒方式會(huì)出現(xiàn)燃燒器及其下游區(qū)域熱負(fù)荷向爐膛中間位置聚集現(xiàn)象，這種煙溫分布特點(diǎn)容易引起屏式過(guò)熱器吸熱不均，最終導(dǎo)致末級(jí)過(guò)熱器出口4根分支管汽溫偏差產(chǎn)生。

2.2.3 燃盡風(fēng)噴嘴安裝角度因素 切圓燃燒方式殘余旋轉(zhuǎn)對(duì)爐膛出口煙溫分布也影響較大，鑒于此對(duì)爐膛燃盡風(fēng)噴嘴安裝角度進(jìn)行了檢查。

在主風(fēng)箱下游區(qū)域共布置2層CCOFA和5層SOFA共計(jì)7層燃盡風(fēng)噴嘴，7層燃盡風(fēng)噴嘴均設(shè)有水平擺動(dòng)機(jī)構(gòu)用以調(diào)節(jié)燃盡風(fēng)反切角度，調(diào)節(jié)范圍為+25°～-25°。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)從“0”位向“+”方向調(diào)整，表示燃盡風(fēng)噴嘴與燃燒器的安裝中心線(xiàn)的夾角由0°逐步增加，且增加的方向與火球旋轉(zhuǎn)方向相同，反之則相反。

7層燃盡風(fēng)噴嘴安裝角度檢查結(jié)果如表2所示。

表2中“-”表示燃盡風(fēng)噴嘴向切圓反方向偏離燃燒器安裝中心線(xiàn)的角度，反應(yīng)其反切角度大小。從表中檢查結(jié)果看，7層燃盡風(fēng)反切角度都比較小，對(duì)燃燒器下游區(qū)域切圓殘余旋轉(zhuǎn)的消除作用有限，難以減輕爐膛出口位置高溫?zé)煔庀驙t膛中間區(qū)域聚集現(xiàn)象，不能有效防止屏式過(guò)熱器和后屏過(guò)熱器吸熱不均問(wèn)題。

3 汽溫偏差控制方法

通過(guò)上述分析，可以提出以下幾條汽溫偏差控制方法。

3.1 過(guò)熱器受熱面結(jié)構(gòu)改進(jìn) 即在屏式過(guò)熱器和后屏過(guò)熱器之間增加管道交叉，減輕屏式過(guò)熱器和后屏過(guò)熱器吸熱不均引起的汽溫偏差延續(xù)至末級(jí)過(guò)熱器出口分支管現(xiàn)象。2013年8月投產(chǎn)的第二臺(tái)1000MW機(jī)組進(jìn)行上述結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，末級(jí)過(guò)熱器出口4根分支管汽溫偏差問(wèn)題得到解決。

3.2 燃盡風(fēng)噴嘴反切角度調(diào)整 即適當(dāng)增大燃盡風(fēng)反切角度，削弱燃燒器下游及爐膛出口因切圓殘余旋轉(zhuǎn)引起的煙溫分布不均現(xiàn)象，進(jìn)而減小屏式過(guò)熱器和后屏過(guò)熱器吸熱不均程度。增加燃盡風(fēng)反切角度后，燃燒器下游區(qū)域煙溫分布及屏式過(guò)熱器的吸熱均勻性都得到了一定程度上改善，末級(jí)過(guò)熱器出口4根分支管的汽溫偏差也改善明顯（A、B分支汽溫偏差從1.8℃降至0.6℃；C、D分支汽溫偏差從5.9℃降至0.5℃）。

4 結(jié)語(yǔ)

分析診斷試驗(yàn)得到湖北華潤(rùn)電力蒲圻電廠(chǎng)首臺(tái)1000MW機(jī)組鍋爐主汽溫偏差產(chǎn)生原因?yàn)椋弘p切圓燃燒方式特有的爐內(nèi)流場(chǎng)分布特性，使?fàn)t膛出口中間區(qū)域煙溫明顯高于兩側(cè)，造成屏式過(guò)熱器和后屏過(guò)熱器從左至右分成的4段受熱面出現(xiàn)顯著吸熱不均問(wèn)題；而過(guò)熱器受熱面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)并末在屏式過(guò)熱器和后屏過(guò)熱器之間進(jìn)行管道交叉布置，從而導(dǎo)致屏式過(guò)熱器和后屏過(guò)熱器吸熱不均引起的汽溫偏差疊加放大，無(wú)法消除，最終造成末級(jí)過(guò)熱器出口出現(xiàn)2根分支管汽溫明顯偏低于另外2根分支管現(xiàn)象。另外，燃盡風(fēng)噴嘴反切角度偏小，對(duì)燃燒器下游切圓殘余旋轉(zhuǎn)削弱作用有限，加劇了主汽溫偏差的產(chǎn)生。

在屏式過(guò)熱器和后屏過(guò)熱器之間增加管道交叉能夠從根本上解決主汽溫偏差的產(chǎn)生。當(dāng)前，減小汽溫偏差的控制策略為盡量減弱爐膛出口煙溫分布不均現(xiàn)象，削弱屏式過(guò)熱器和后屏過(guò)熱器吸熱不均程度，試驗(yàn)表明適當(dāng)增加燃盡風(fēng)反切角度具有一定效果。

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