630MW超臨界鍋爐啟動時壁溫控制

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2205-5640-9738中圖分類號：TM621.2作者簡介：賁晶晶（1985—），男，本科，助理工程師，研究方向為火力發(fā)電安全經濟運行。

摘要：國能蚌埠發(fā)電有限公司一期工程2*630MW超臨界燃煤發(fā)電機組，鍋爐采用哈爾濱鍋爐廠生產的HG-1913/25.4-YM7型超臨界變壓運行直流爐，燃燒方式采用前后墻對沖，30只煤粉燃燒器上下三層布置在爐膛前后墻，燃燒器采用徑向濃淡低NOx旋流燃燒器。前后墻最下層10只燃燒器配置等離子點火裝置。鍋爐30%BMCR負荷以下為濕態(tài)運行，30%BMCR負荷以上呈干態(tài)運行。筆者公司一期機組在啟動時，鍋爐壁溫，尤其是屏式過熱器壁溫出現(xiàn)偏高甚至超溫的現(xiàn)象，通過對鍋爐啟動過程的分析，提出簡單的控制策略。

關鍵詞：超溫 ?濕態(tài) ?干態(tài) ?措施

Wall Temperature Control at Start-up of 630MW Supercritical Boiler

BEN Jingjing

（China Energy?Bengbu Power Generation Co.， Ltd.， Bengbu， Anhui Province， 233411 China）

Abstract： The 2*630mw supercritical coal-fired generating unit of phase I project of China Energy Bengbu Power Generation Co.， Ltd. adopts the HG-1913/25.4-YM7 supercritical variable pressure operation once-through furnace produced by Harbin Boiler Company Limited. The combustion method adopts front and rear wall hedging， 30 pulverized coal burners are arranged on the front and rear walls of the furnace in the upper and lower layers， and radial dense dilute low NOx swirl burners are used. The 10 burners at the bottom of the front and rear walls are equipped with plasma ignition devices. The boiler operates under 30% BMCR load in wet state， and above 30% BMCR load in dry state. During the start-up of the first phase unit of the company， the boiler wall temperature， especially the wall temperature of the platen superheater， is on the high side or even overtemperature. Through the analysis of the boiler start-up process， a simple control strategy is proposed.

Key Words： Overtemperature; Wet state; Dry state; Measures

1 超溫的原因分析

鍋爐在運行中時，通過輻射換熱、對流換熱向受熱面?zhèn)鬟f熱量，然后通過鍋爐受熱面將熱量傳遞至鍋爐管壁內的工質。隨著爐膛內部煙氣流量的增加、爐膛內溫度的升高、煙溫的升高，增大向受熱面內工質的傳熱量。若鍋爐受熱面內工質流量、初始溫度不變，受熱面內的工質溫度則會升高，進而導致受熱面壁溫升高，甚至超限。同理，在爐內燃燒工況保持不變的情況下，鍋爐受熱面內工質流量的減少、初始溫度變化也會導致受熱面壁溫升高，甚至超限。某日#1機組啟動時不同負荷段屏過壁溫超限情況統(tǒng)計如圖1所示。

通過對屏過壁溫超限時段分析，發(fā)現(xiàn)壁溫超限主要在兩個時段。

（1）負荷在100～180MW時，此時主汽壓力較低，管壁內工質的飽和溫度降低，水冷壁產汽量較少，流經屏式過熱器受熱面的蒸汽量較少，屏過壁溫較高甚至超限。

（2）在濕態(tài)轉干態(tài)時，大幅度增加燃料量，從而提高主汽壓力，造成屏過壁溫較高甚至超限。

2 引起超溫的因素

2.1 工質流量與工質初溫

直流鍋爐在整個啟動階段，為了安全起見，鍋爐的給水流量需要大于一個最低限值。筆者公司最低給水流量分為兩種。（1）帶爐水循環(huán)泵啟動，最低給水流量486t/h。（2）不帶爐水循泵啟動，機組負荷小于100MW，最低給水流量200 t/h;機組負荷大于100MW小于150MW，最低給水流量300 t/h;機組大于150MW，最低給水流量486 t/h^[1]。給水流量大，導致啟動分離器水位高，通過啟動分離器溢流門將多余的水排走。在爐內燃燒工況穩(wěn)定的情況下，鍋爐給水流量的增加，進入鍋爐水冷壁的工質初溫則會下降，在水冷壁內產生的蒸汽量減少，直接排走的工質增大，即增大了外排的熱量。產生蒸汽量的減少，則會降低主汽壓力，流經過熱器受熱面的蒸汽量減少，降低了對受熱面的冷卻能力，引起鍋爐過熱器壁溫升高。

2.2 汽壓變化

在爐膛內燃燒工況、工質流量等情況穩(wěn)定的條件下，鍋爐升高主汽壓，爐內工質的飽和溫度隨之升高，飽和溫度升高，即說明，水在變?yōu)樗羝倪^程中，所吸收的熱量升高，即說明吸熱能力增強^[2]。

2.3 煤粉顆粒細度

磨煤機出口煤粉顆粒細度直接影響燃燒器噴燃口煤粉著火點的距離及火焰中心高度。通常情況下，煤粉越細，火焰中心越低，爐膛出口煙溫降低。煤粉粗，火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，屏過吸熱量增大，易導致屏過管壁溫度偏高。

2.4 磨煤機出口風速

磨煤機出口風速升高，著火點遠，進入爐膛冷風量增大，導致火焰中心上移，冷風量帶走爐膛熱量，爐膛出口煙溫升高，屏過、對流受熱面吸熱量增大，易導致屏過管壁溫度偏高。

2.5 磨煤機出口溫度

磨煤機出口溫度升高，著火點近，水冷壁區(qū)域吸熱量增大，爐膛出口煙溫降低，則會減少低過、屏過、高過等對流受熱面的熱量交換，反之低過、屏過、高過等對流受熱面吸熱量增大，壁溫升高、汽溫升高，甚至超溫。

2.6 鍋爐風量

在鍋爐點火初期，增加鍋爐總風量，會增加煙氣帶走爐內的熱量，同時也會導致火焰中心上移，爐內輻射吸熱量減少，爐膛出口煙溫升高，屏過、對流受熱面吸熱量增大，易導致屏過管壁溫度偏高^[2]。

2.7 噴燃器配風

開上層輔助磨二次風，降低火焰中心，但開度不應該過大，根據(jù)經驗一般情況下不要超過30%，否則會造成爐膛溫度降低，煤粉無法從爐膛內吸收到足夠的熱量，不利于煤粉在爐膛內穩(wěn)定燃燒。上層二次風開啟后要考慮對鍋爐氧量的影響。

2.8 燃煤揮發(fā)分

采用等離子點火啟爐的燃用煤種，揮發(fā)分越高，越容易著火，且會使爐內整體的火焰中心下移。

3 防止超溫的措施

3.1 適當降低鍋爐給水流量

適當降低鍋爐的給水流量，可以增加工質在鍋爐水冷壁內的吸熱量，從而增加產生的蒸汽量，進而減少需要排走的熱量。根據(jù)筆者公司的實際情況，無論采用爐水循環(huán)泵啟動還是不帶爐水循環(huán)泵啟動，都應控制啟動分離器水位，減小溢流的開度，控制低給水流量^[3]。

3.2 給水溫度盡可能提高

給水溫度盡可能提高，有效途徑包括：（1）提高除氧給水溫度至104℃，同時盡量提高輔汽壓力;（2）采用臨機冷再接帶輔汽;（3）高、低加隨機啟動;（4）降低給水流量。

3.3 降低煤粉細度

正常運行中，在底層磨煤機出口折向擋板開度固定的情況下，可通過磨煤機出口風粉分離器控制R90在10%左右。同時還要考慮點火煤種的揮發(fā)份，機組啟動正常后，再將煤粉細度恢復至正常。

3.4 燃用高揮發(fā)份煤種

根據(jù)筆者公司煤場分布，機組啟動時在下層A、D磨煤機對應的原煤倉中加高熱值、高揮發(fā)份燃煤。

3.5 控制磨煤機出口風速

根據(jù)經驗，在鍋爐啟動階段，控制磨煤機出口風速<22m/s時，對于采用等離子點火方式的磨煤機出口風速過低，易造成等離子壁溫高，可在鍋爐點火半小時燃燒穩(wěn)定后，降低等離子電流來調整等離子壁溫。

3.6 提高磨煤機出口溫度

在鍋爐點火前，及早地投入底層2臺磨煤機的暖風加熱器，盡可能提高點火用磨煤機出口風溫。磨煤機啟動后，也要盡可能控制磨煤機出口溫度處在較高水平，但要注意不要超過磨煤機出口風溫上限。當空預器進口煙氣煙溫超過150℃時，及時將磨煤機一次風由暖風器加熱切換至熱一次風加熱。

3.7 控制鍋爐風量

在點火初期，控制鍋爐總風量高于35%，低于35%易造成總風量低鍋爐MFT。啟動過程中加強對氧量的監(jiān)視，氧量偏低會造成燃燒區(qū)域缺風，火焰中心上移。根據(jù)經驗，機組啟動時氧量低于10%應及時增加送風量^[4]。

對于布置2臺一次風機的鍋爐，為防止2臺一次風機搶風，除了底層2臺磨煤機的風道需要打通外，還應打通另一備用磨煤機的風道。由于打通備用磨煤機的風道，則會導致部分冷風由此風道進入爐膛，會帶走部分爐內熱量，因此不宜建立多條風道，可適當控制一次風壓在7～9kPa。當?shù)讓幽ビ糜阱仩t點火啟動時，應使用其對應的相鄰上層磨建立風道，保持20～30t/h風量即可。

3.8 噴燃器合理配風

為保證底層磨煤機燃燒器的旋流強度，二次風開度點火時應控制在40%以上，其他層開度在10%左右，從而保證二次風箱壓力與爐膛壓力兩者壓差大于0.5kPa。上層燃盡風門開度則根據(jù)鍋爐二次風箱與爐膛壓力差來進行調整控制。

3.9 合理的磨煤機運行方式

機組啟動過程中，為保證爐膛火焰中心不上移，機組啟動至負荷300MW。采用依次啟動下層4臺磨的啟動方式，且為保證底層磨燃燒充分，等離子撤弧應控制在機組負荷大于100MW。

3.10 合理調節(jié)高低旁

在滿足汽輪機沖轉各時段參數(shù)要求的同時，高旁盡量開大，以增加蒸汽流量。發(fā)電機并網后，為防止逆功率動作，一般采取關小旁路的方法加負荷躲過發(fā)電機逆功率動作，但此時操作幅度不可過大，高旁關小的幅度盡量以不影響主汽壓力的變化為宜，避免由于旁路的操作引起主汽壓的大幅變化。

3.11 合理的控制沖轉壓力

由于鍋爐主蒸汽壓力越低，蒸發(fā)時吸收的熱量即汽化潛熱占總吸熱量的比例越小，而主汽壓越高，蒸發(fā)時吸收的熱量即汽化潛熱占總吸熱量的比例越大^[3]，因此，在爐內工況相同的情況下，適當降低鍋爐主汽壓可以引起更多的蒸發(fā)量，從而確保一定的蒸汽流量通過過熱器使屏過壁溫不超限。根據(jù)運行經驗，機組沖轉壓力在5MPa左右，煤量在36T即可滿足汽輪機沖轉條件^[5]。

3.12 鍋爐的濕態(tài)轉干態(tài)運行。

按照機組啟動曲線，主汽壓力在14MPa時，鍋爐濕-干態(tài)轉換在負荷180～210MW時進行，濕-干態(tài)轉換時機組的總煤量應在115t/h左右。主汽壓力高，工質的飽和溫度也隨之升高，工質在水冷壁中的吸熱量增加，濕-干態(tài)轉換時對應的機組負荷越低。在運行操作時，應加強對給水的控制，切不可因缺水而導致水冷壁壁溫超限?？刂迫剂狭吭黾拥乃俣龋鶕?jù)分離器水位下降情況逐漸減小爐水循環(huán)泵出力，直至停運。當分離器出口溫度大于對應壓力下的飽和溫度，表明已轉入干態(tài)運行。

3.13 主汽壓力的控制

由上述可知，在燃料量不變的情況下，隨著主蒸汽壓力升高，工質的飽和溫度也隨之升高。鍋爐輻射吸熱量增加，工質在水冷壁中的吸熱量增加，對流吸熱量減少，利于降低屏過管壁溫度。表1為筆者公司一期機組近期4次啟動的主汽壓力和機組負荷對照表，#1機組在2021年5月24日和7月4日啟動過程中，由于主汽壓力低，屏過超溫嚴重。通過參數(shù)分析，分別在2021年8月9日#1機組啟動時和2021年8月15日#2機組啟動時，適當關小汽輪機調門開度和減少鍋爐外排量來提高主汽壓力，兩次機組啟動達到了受熱面不超溫的效果。

始終保持主蒸汽壓力略高于滑壓的壓力設定值，有利于爐內工質吸熱，利于各受熱面管道流量平衡、利于增加減溫水流量，但要注意主汽壓力值不可超過規(guī)定的上限值。

3.14 燃料量的控制

燃料量的增減幅度應均勻緩慢，尤其是要嚴防短時急速大幅增加燃煤量。若短時急速大幅增加燃料量后，蒸汽側的變化速度相對于爐內燃燒工況的變化速度是滯后的。在蒸汽側蒸發(fā)量未能及時跟上爐內燃燒工況的變化速度時，極易引起受熱面壁溫快速上升，甚至超限。

在啟動第二臺底層磨煤機時，應在第一臺底層磨煤機煤量快達到允許運行煤量的上限時進行，我廠一般在第一臺底層制粉系統(tǒng)運行煤量大于45t/h時進行。啟動第二臺底層制粉系統(tǒng)后，立即降低第一臺底層制粉系統(tǒng)的煤量，保持總煤量前后基本一致。后續(xù)啟動其他各磨煤機類似，在啟動后均應保持總煤量基本不變，之后再逐漸增加煤量。如果屏過壁溫在此過程中上升速度快，可以通過開大汽輪機調門增加機組負荷，控制屏過壁溫不超限^[6]。

按照鍋爐啟動曲線進行升溫升壓、旁路開關及濕態(tài)轉干態(tài)，見圖2。

4 結語

8月9日1號機組啟動和8月15日2號機組啟動時，根據(jù)不同時段屏過超溫原因采用不同的調整方法。通過提高主汽壓力，使流經受熱面的蒸汽流量增加，控制增加燃料量速率和給水流量，上述鍋爐啟動過程中屏過壁溫均實現(xiàn)了零超限。

鍋爐受熱面壁溫超限是鍋爐運行中常見的現(xiàn)象，因鍋爐四管泄漏造成的鍋爐停運事件占據(jù)鍋爐異常事故的絕大多數(shù)，而其中屏式過熱器泄漏占有很大的比例。受熱面安全對電廠的安全經濟運行，特別是現(xiàn)在對火電廠供電穩(wěn)定性的要求都提到了前所未有的高度，都具有重要的意義。

參考文獻

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