660 MW超超臨界鍋爐中間點溫度低的調(diào)整方法

李建軍

（大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古托克托 010206）

0 引言

超臨界鍋爐中間點溫度是指水冷壁出口汽水分離器中工質(zhì)的溫度，水冷壁出口工質(zhì)溫度的變化必然影響到過熱汽溫。因此，中間點溫度作為控制過熱汽溫的超前信號或首要參考溫度是十分關(guān)鍵的。而且，從超臨界鍋爐的工作特殊性分析，中間點溫度的變化不僅與水冷壁的吸熱量有關(guān)，而且與水冷壁進(jìn)口工質(zhì)溫度和流量有關(guān)。因此，中間點溫度的控制，對于防止水冷壁發(fā)生膜態(tài)沸騰或類膜態(tài)沸騰、以及防止水冷壁管壁過熱十分重要。隨著我國超臨界機(jī)組的大量投產(chǎn)，很多學(xué)者對于中間點溫度的研究逐漸增多，但大部分偏重于中間點溫度控制的模擬研究，對于實際運行機(jī)組的中間點溫度控制問題，偏重于控制策略的討論和優(yōu)化，很少涉及燃燒調(diào)整和運行優(yōu)化對中間點溫度的影響。

托電五期9，10號爐自投產(chǎn)以來，長期存在中間點溫度低（過熱度低）、主再熱汽溫容易超溫問題，針對這一問題進(jìn)行現(xiàn)象描述、原因分析，并進(jìn)行大量的調(diào)整和試驗，根據(jù)調(diào)整和試驗結(jié)果，得出可行的調(diào)整措施，為同類型機(jī)組提供參考。

1 設(shè)備簡介

托電五期9，10號爐為660 MW為高效超超臨界參數(shù)變壓直流本生型鍋爐，一次再熱，單爐膛，前后墻對沖方式，尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，事故狀態(tài)時有事故噴水，排渣方式為固態(tài)排渣，全鋼構(gòu)架，全懸吊結(jié)構(gòu)，全身采用緊身封閉，平衡通風(fēng)，Π形布置鍋爐。

爐膛燃燒方式為正壓直吹前后墻對沖燃燒，共配有36只LNASB低NOx軸向旋流式煤粉燃燒器，分3層布置在鍋爐前后墻水冷壁上，每層6只。燃燒器配風(fēng)采用典型的MB形式，即一次風(fēng)、二次風(fēng)、三次風(fēng)。分別通過一次風(fēng)管，燃燒器內(nèi)同心的二次風(fēng)、三次風(fēng)環(huán)形通道在燃燒的不同階段分別送入爐膛，其中二次風(fēng)為軸向可調(diào)式，旋流強(qiáng)度可調(diào)；三次風(fēng)旋流強(qiáng)度不可調(diào)。燃燒器上部布置燃盡風(fēng)調(diào)風(fēng)器，24只燃盡風(fēng)前、后墻各2層布置在爐膛前后墻上，有效地降低NOx生成，并在A層裝設(shè)等離子點火裝置。為防止燃燒區(qū)域結(jié)焦，在燃燒器靠近水冷壁側(cè)設(shè)3層貼壁風(fēng)。

2 現(xiàn)象及原因分析

托電9，10號爐自投產(chǎn)以來長期存在過熱度偏低，主汽溫易超溫現(xiàn)象。鍋爐設(shè)計主蒸汽壓力額定值29.3 MPa，過熱汽溫605℃，再熱汽溫623℃，再熱器使用的材料為SA-213T92，在額定壓力下能承受的溫度上限為623℃。再熱器汽溫和壁溫的差值較小，汽溫超限少許就會導(dǎo)致壁溫超限甚至汽溫在額定值以下就存在超溫情況，超溫嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運行，增大鍋爐主再熱器超溫爆管的可能性，縮短鍋爐使用壽命。為減少超溫情況的發(fā)生，不得不降低主汽溫運行，以致減低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

低負(fù)荷階段以上2個問題更加突出，表1中為9號鍋爐在不同負(fù)荷下汽水系統(tǒng)參數(shù)實際值與設(shè)計值的對比。表1中THA（Turbine Heat Acceptance）是熱耗率驗收工況。

表1 9號鍋爐在不同負(fù)荷下汽水系統(tǒng)參數(shù)實際值與設(shè)計值

從表1可以看出，省煤器出口溫度比設(shè)計值高10℃左右，而水冷壁出口溫度（與分離器出口溫度一致）比設(shè)計值低，75%負(fù)荷時甚至低27℃。在分離器壓力與設(shè)計值基本接近的情況下，實際運行過熱度比設(shè)計值最少低10℃，而且75%負(fù)荷以下過熱度不到10℃，50%負(fù)荷時很容易導(dǎo)致邏輯判斷為濕態(tài)而引起協(xié)調(diào)控制推遲，但如果提高過熱度，很容易導(dǎo)致過熱器和再熱器出口汽溫或壁溫超溫，為機(jī)組的安全運行留下隱患。在低負(fù)荷負(fù)荷變動的動態(tài)工況下問題更加突出。通過分析鍋爐設(shè)計資料、燃燒狀態(tài)以及輔機(jī)運行狀態(tài)，判斷鍋爐過熱度低、主再熱汽溫易超溫的原因有7個方面。

（1）鍋爐整體熱量分配不合理，水冷壁處工質(zhì)的吸熱量過小，導(dǎo)致蒸發(fā)面推遲，在蒸汽側(cè)特別是高過處的吸熱量過大，最終導(dǎo)致中間點溫度低但過熱氣溫高，壁溫超限的情況發(fā)生。該鍋爐爐膛寬度（左右墻之間）、深度（前后墻之間）、高度（水冷壁下聯(lián)箱到頂棚過熱器標(biāo)高）分別為22 162.4 mm，16 980.8 mm和65 000 mm。同類型的魏橋集團(tuán)電廠660 MW超超臨界鍋爐爐膛寬度、深度和高度分別為22 162.4 mm，15 456.8 mm和65 000 mm。該鍋爐所在地方具有海拔高、氣壓低的特點，煙氣流速較快，要保證水冷壁吸收足夠的熱量，在保證足夠的受熱面積的前提下，應(yīng)該比同類型爐膛高度高，以保證熱量在有爐膛足夠的停留時間。但2臺鍋爐比較僅僅是爐膛深度方向托電五期9，10號爐大1534 mm，其他參數(shù)相同。

（2）直流爐相與汽包爐相比有蓄熱能力小、慣性小、主再熱汽溫不易控制等特點，特別在機(jī)組連續(xù)快速升降負(fù)荷時，由于鍋爐蓄熱能力小，爐膛吸熱跟不上，爐膛出口溫度及煙氣流量急劇上升，而協(xié)調(diào)為快速響應(yīng)機(jī)組負(fù)荷，只能快速增加總煤量，總煤量的快速和大量增加造成煙氣流量急劇上升，對于以對流受熱為主的主再熱器受熱面，其吸熱量急劇增大，而蒸汽流量又相對于煙氣量偏少，最終將導(dǎo)致超溫。

（3）鍋爐和汽機(jī)的特性匹配不好。在要求升負(fù)荷速率的前提條件下，大幅度升負(fù)荷如一次升100 MW，在升負(fù)荷前半段汽機(jī)調(diào)門有余量，可以通過調(diào)整汽機(jī)調(diào)門的開度控制負(fù)荷變化，但當(dāng)負(fù)荷升至后半段時，汽機(jī)調(diào)門綜合指令已至99%，此時為滿足升負(fù)荷要求，協(xié)調(diào)會大量增加煤量，由于煤量的增加至燃燒放出熱量需要一定的時間，當(dāng)負(fù)荷到設(shè)定值時，煤量已嚴(yán)重偏多，造成實際的水煤比失調(diào)，出現(xiàn)超溫情況。

（4）爐底漏風(fēng)對汽溫的影響。托電五期鍋爐采用干式冷渣機(jī)，如果爐底漏風(fēng)量大，大量的冷卻風(fēng)直接進(jìn)入爐膛，但是這部分風(fēng)參加燃燒的成分較少，大部分直接排走，而且會將火焰中心上移，導(dǎo)致水冷壁吸熱不足，過熱度偏低。

（5）主蒸汽壓力對過熱度的影響。超超臨界鍋爐的汽溫汽壓特性是，隨著蒸汽壓力的降低或者升高，主蒸汽的溫度隨之升高或降低，當(dāng)中間點過熱度減少時，主蒸汽壓力對主蒸汽溫度的影響加劇。

（6）鍋爐吹灰效果對汽溫的影響。鍋爐吹灰為保證各受熱面的清潔，但頻繁地對屏過、高過吹灰導(dǎo)致該處吸熱量增加，放大了該鍋爐易超溫的缺陷。

（7）燃燒出現(xiàn)偏斜的問題。由于托電五期鍋爐為單列送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、空預(yù)器。其中空預(yù)器為4分倉，導(dǎo)致空預(yù)器出口的兩側(cè)熱二次風(fēng)總是存在偏差，低負(fù)荷時偏差10℃，高負(fù)荷時偏差15℃，該特性導(dǎo)致燃燒工況存在偏差，使左右兩側(cè)的煙氣及蒸汽都會偏差。由于燃燒器在試運初期為初步調(diào)試，沒有進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整，導(dǎo)致兩側(cè)的燃燒工況不同，也會導(dǎo)致汽溫的偏斜問題。煙氣及汽溫的偏斜導(dǎo)致一側(cè)汽溫達(dá)不到額定值，而另一側(cè)可能出現(xiàn)超溫情況。

3 調(diào)整優(yōu)化方案

針對該鍋爐的特性需要，通過增加水冷壁區(qū)域吸熱量提高中間點溫度，同時可降低煙氣在過熱器側(cè)的熱量，而水冷壁區(qū)域的熱量主要靠燃煤火焰的輻射傳熱，影響水冷壁吸熱的因素包括水冷壁受熱面面積，燃煤放熱量、爐內(nèi)燃燒和水冷壁清潔程度。而水冷壁面積短時間無法改變，只能通過改變強(qiáng)化燃燒和優(yōu)化協(xié)調(diào)等方法處理。

（1）調(diào)整燃燒強(qiáng)度即火焰溫度和燃燒位置即火焰中心高度。主要通過調(diào)整煤粉細(xì)度、風(fēng)煤比等方法，在保證安全運行的基礎(chǔ)上盡量縮短著火距離，增強(qiáng)爐內(nèi)燃燒強(qiáng)化爐內(nèi)吸熱。表2為B磨煤機(jī)在不同動態(tài)分離器頻率的運行工況。在保證燃燒器噴口無結(jié)焦現(xiàn)象的前提下，選擇工況1的磨煤機(jī)動態(tài)分離器頻率，保證較細(xì)的煤粉細(xì)度。

表2 不同分離器頻率時B磨煤機(jī)運行參數(shù)

（2）調(diào)整燃燒器二次風(fēng)。試運時鍋爐的外二次風(fēng)開度均為75%。為保證各粉管燃燒供氧充足的前提下，增強(qiáng)二次風(fēng)的旋流強(qiáng)度，將外二次風(fēng)門均關(guān)小，但保證中間粉管燃燒器的二次風(fēng)較兩側(cè)的二次風(fēng)門開度小，通過測量火焰著火點、大屏屏底溫度及煙氣中還原氣體含量，判斷以下開度為合適開度（表3）。表4為調(diào)整前后的過熱度。

表3 調(diào)整后燃燒器外二次風(fēng)開度 %

表4 調(diào)整前后的過熱度數(shù)據(jù)

（3）燃盡風(fēng)調(diào)整。根據(jù)燃盡風(fēng)的特點，在降低氮氧化物排放量的同時，盡量減少燃盡風(fēng)門的開度。由于上層燃盡風(fēng)距屏底約15.4 m，其開度的大小對高溫過熱器汽溫有明顯影響，總的趨勢是哪側(cè)汽溫高開大該側(cè)燃盡風(fēng)風(fēng)門，所以對調(diào)整汽溫偏差效果明顯。

（4）磨煤機(jī)的運行組合方式的改變。由于磨煤機(jī)的運行組合方式對鍋爐的燃燒有直接影響。在不同負(fù)荷下磨煤機(jī)組合方式可以得到最優(yōu)的方式。表5為2個相同負(fù)荷在不同的磨煤機(jī)組合方式下過熱度的影響。發(fā)現(xiàn)在低負(fù)荷時，維持下層3臺磨煤機(jī)及1臺上層磨煤機(jī)的運行方式對提高過熱度的效果最為明顯。而在高負(fù)荷時，維持下、中層磨煤機(jī)運行可以有效提高過熱度。

表5 磨組合方式的優(yōu)化調(diào)整

（5）調(diào)整主汽壓力為設(shè)計值。在相同負(fù)荷、相同水煤比的情況下，不同的主蒸汽壓力會影響不同的過熱度，從表6可以看到其明顯的影響。

表6 主蒸汽壓力對過熱度的影響

（6）爐底漏風(fēng)的治理。調(diào)整前爐底80個鋼帶冷卻小風(fēng)門有24個開度為50%，且干渣機(jī)頭部的鎖氣器開度較大。為減少爐底漏風(fēng)，將爐底鋼帶冷卻小風(fēng)門關(guān)至20%左右，在維持干渣機(jī)溫度的前提下，盡量關(guān)小干渣機(jī)頭部的鎖氣器。

（7）吹灰方式的優(yōu)化。初期吹灰為每天吹水冷壁、低過、屏過、高過，運行中發(fā)現(xiàn)在吹灰的后半部分，屏過和高過很容易發(fā)生超溫現(xiàn)象。為此優(yōu)化吹灰頻率，加強(qiáng)對水冷壁的吹灰，減少對低過、高過和屏過的吹灰頻率。對高過和低過改為一周吹灰一次。

（8）協(xié)調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化。超超臨界機(jī)組的調(diào)整對設(shè)備的自動化程度要求較高，僅靠人工調(diào)整存在較多的調(diào)整不及時和調(diào)整偏差。為此根據(jù)該爐型特點，根據(jù)各工況特性調(diào)整水煤比及給水前饋，特別對機(jī)組磨煤機(jī)煤量指令反饋較慢的問題進(jìn)行優(yōu)化，使變負(fù)荷工況時水和煤的指令變化速率適應(yīng)機(jī)組的要求。

4 結(jié)語

針對托電五期9，10鍋爐投產(chǎn)以來存在的過熱度低、主再熱汽溫容易超溫現(xiàn)象，從鍋爐結(jié)構(gòu)設(shè)計、直流鍋爐特性、鍋爐汽機(jī)參數(shù)匹配、自動控制等多個方面進(jìn)行原因分析，在鍋爐結(jié)構(gòu)未做改造的前提下，通過對鍋爐燃燒參數(shù)如煤粉細(xì)度、燃燒器參數(shù)和燃盡風(fēng)參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整、磨煤機(jī)組合方式的優(yōu)化、爐底漏風(fēng)和吹灰方式的優(yōu)化、協(xié)調(diào)控制參數(shù)的優(yōu)化等手段，使主汽溫由月平均590.2℃提高到600℃，再熱器溫度由月平均593.1℃提高到618.6℃，提高了機(jī)組運行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，可以為同類型機(jī)組的調(diào)整提供借鑒。