W 形火焰鍋爐高溫再熱器管壁超溫治理

羅元輝

（貴州西電電力股份有限公司黔北發(fā)電廠，貴州畢節(jié) 551800）

1 設(shè)備概況

某廠300 MW 鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的W 形火焰鍋爐。鍋爐為雙拱型、單爐膛、平衡通風(fēng)、露天布置、全鋼架結(jié)構(gòu)，固態(tài)連續(xù)排渣，一次中間再熱、亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)單汽包鍋爐。鍋爐型號(hào)為DG1025/18.2-Ⅱ15，采用4 臺(tái)FW 雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)，正壓直吹式制粉系統(tǒng)，并配置雙旋風(fēng)分離式煤粉燃燒器；尾部設(shè)置分煙道，采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱器出口汽溫。

高溫再熱器布置在爐膛出口水冷壁折焰角的上方，共97排，順列布置，6 管圈繞制。為減小流量偏差使同屏各管的壁溫比較接近，在再熱器進(jìn)口集箱的管圈入口處設(shè)置了不同尺寸的節(jié)流圈，第1～第6 根的節(jié)流孔徑分別為29 mm、37 mm、28 mm、29 mm、50 mm、34 mm，材料為T91、TP304H。壁溫測點(diǎn)安裝在離頂棚管600 mm 處爐頂大包內(nèi)的管子上，按照間隔6 排設(shè)置一組測點(diǎn)，每排3 個(gè)點(diǎn)，沿?zé)煔饬飨虬惭b在排序號(hào)1#、3#、6#管上，共計(jì)安裝15 組45 個(gè)測點(diǎn)。

2 運(yùn)行管壁超溫現(xiàn)象

經(jīng)過近期對高溫再熱器管壁溫的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)壁溫?zé)o論是在負(fù)荷穩(wěn)定還是在升降負(fù)荷過程中均存在超溫的現(xiàn)象。運(yùn)行人員通過調(diào)整磨機(jī)負(fù)荷、投停燃燒器、調(diào)整配風(fēng)等方式，將某一點(diǎn)超溫管壁溫度控制住了，但另一管壁又開始超溫，且超溫分布沒有規(guī)律、超溫幅度較大，有時(shí)甚至超過600 ℃，對機(jī)組長期安全運(yùn)行造成很大威脅。

3 管壁超溫原因分析

引起高溫再熱器超溫的原因比較復(fù)雜，與鍋爐的燃燒調(diào)整、再熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置、管材的選用和運(yùn)行操作等因素有關(guān)。

3.1 管屏設(shè)計(jì)不合理

自2004 年鍋爐投產(chǎn)以來，管壁超溫現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，通過常規(guī)的燃燒調(diào)整基本能夠得到控制。但隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增加，特別是2015 年機(jī)組脫硝改造以后，超溫控制變得越來越困難。通過查閱資料及咨詢廠家，發(fā)現(xiàn)管屏布置不合理，機(jī)組正常運(yùn)行中應(yīng)該是迎風(fēng)面第一根管子換熱強(qiáng)度最大，但實(shí)際上第一根管子的節(jié)流孔徑卻不是最大的。因此，高再第一根管子孔徑太小，蒸汽流通量不足，造成管壁冷卻不足、管壁超溫。

3.2 煙道積灰嚴(yán)重

該廠鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)為無煙煤，發(fā)熱量比較低，灰分含量高。由于近幾年煤價(jià)上漲幅度較大，鍋爐實(shí)際入爐煤質(zhì)發(fā)生大幅度變化。長期燃用高硫、高灰分的煤質(zhì)，導(dǎo)致鍋爐受熱面積灰嚴(yán)重，爐膛結(jié)焦頻繁。爐膛煙道積灰的增加造成管壁與煙氣之間換熱困難，使得管壁超溫。

3.3 管內(nèi)結(jié)垢

該廠鍋爐自投運(yùn)后一直未進(jìn)行酸洗工作，經(jīng)過17 年的運(yùn)行，水冷壁、過熱器、再熱器管壁結(jié)垢超標(biāo)嚴(yán)重：管內(nèi)結(jié)垢導(dǎo)致蒸汽流通阻力加大，引起蒸汽流量降低，使管屏的熱量沒有足夠的蒸汽帶走，從而造成管壁超溫；管內(nèi)結(jié)垢后蒸汽與管壁的傳熱熱阻增大，熱量無法及時(shí)散發(fā)（傳熱）到蒸汽介質(zhì)中，也會(huì)造成受熱面管壁自身溫度超溫。

3.4 鍋爐變負(fù)荷速度過快

近兩年，由于國家能源轉(zhuǎn)型，大量水電、風(fēng)電、光伏電站的投產(chǎn)，火電機(jī)組調(diào)峰越來越頻繁。負(fù)荷更是在40%～100%快速變化。由于鍋爐熱負(fù)荷升降與蒸汽吸熱存在一定的延時(shí)。機(jī)組升降負(fù)荷時(shí)，爐膛、煙道的熱負(fù)荷不能很好地與蒸汽流量匹配，造成機(jī)組變負(fù)荷時(shí)發(fā)生管壁超溫現(xiàn)象。

3.5 火焰中心上移

該廠鍋爐2015 年進(jìn)行過脫硝改造，并對燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了低氮燃燒器改造。將屏式過熱器向上提高了4 m，取消了屏式過熱器2.9 m 長的管排，這使得管屏減少，過熱系統(tǒng)的對流換熱和輻射換熱相應(yīng)減少，爐膛出口煙溫升高。同時(shí)，由于鍋爐低氮燃燒改造，煤粉分級(jí)燃燒，在主燃燒區(qū)域，煤粉處于缺氧燃燒狀態(tài)；沒有燃燼的煤粉在爐膛上部由燃燼風(fēng)提供氧量繼續(xù)燃燒，延長了燃燒時(shí)間，造成爐膛火焰中心升高，爐膛出口溫度進(jìn)一步升高。爐膛出口煙溫的升高，造成高溫再熱器處煙溫也隨之升高，進(jìn)而導(dǎo)致管壁超溫。

4 防止超溫的措施

4.1 管屏優(yōu)化改造

管屏的傳熱方式為煙氣對流換熱，要想降低管壁溫度，應(yīng)減少管屏的吸熱量。在機(jī)組運(yùn)行中，減少管屏吸熱量最有效的方式是對其進(jìn)行優(yōu)化改造。

管屏的優(yōu)化改造主要是對高溫再熱器最外管圈短接改造：將每屏的最外一圈管子沿高度向下平移（縮短）2900 mm，在短接的管子上增加防磨瓦。通過管屏短接后，最外圈管屏吸熱量減少，能夠使管壁溫降低約15 ℃。

4.2 爐膛衛(wèi)燃帶優(yōu)化

鍋爐運(yùn)行時(shí)B 側(cè)側(cè)墻結(jié)焦頻繁，易結(jié)大焦。相同工況下爐膛溫度較該廠相同爐型整體偏高150 ℃左右。對爐膛衛(wèi)燃帶進(jìn)行優(yōu)化改造，具體方案是：將翼墻衛(wèi)燃帶調(diào)整為條狀，側(cè)墻調(diào)整為小棋盤狀，將翼墻、側(cè)墻、前后墻衛(wèi)燃帶適當(dāng)打掉部分（圖1）。

圖1 側(cè)墻、前后墻衛(wèi)燃帶示意

4.3 球磨機(jī)運(yùn)行方式調(diào)整

（1）球磨機(jī)運(yùn)行期間，將分離器上層擋板調(diào)整至45%開度、下層調(diào)整至65%開度，控制合適的煤粉細(xì)度：當(dāng)入爐煤發(fā)熱量低于3900 cal（16 317.6 J）時(shí)，容量風(fēng)門不得大于60%開度，一次風(fēng)母管壓力應(yīng)控制在6.8 kPa 以下，其他情況下一次風(fēng)母管壓力不得高于6.6 kPa。

（2）執(zhí)行球磨機(jī)輪停規(guī)定：原則上機(jī)組低負(fù)荷時(shí)球磨機(jī)進(jìn)行循環(huán)交替選停，禁止長時(shí)間停運(yùn)某臺(tái)磨機(jī)。如果機(jī)組低負(fù)荷時(shí)間較長，單臺(tái)磨機(jī)停運(yùn)時(shí)間超過24 h，由達(dá)到時(shí)間要求的早班進(jìn)行換磨操作。

（3）球磨機(jī)運(yùn)行期間，合理控制兩臺(tái)給煤機(jī)出力，保持球磨機(jī)兩端出口溫度偏差不高于3 ℃（給煤機(jī)堵、斷煤、給煤機(jī)消缺等原因除外）。

4.4 配風(fēng)方式調(diào)整

（1）當(dāng)燃燒器運(yùn)行時(shí)，相應(yīng)的F 風(fēng)擋板必須開啟：200 MW負(fù)荷時(shí)開度不低于40%，250 MW 負(fù)荷時(shí)開度應(yīng)在50%～60%；燃燒器停運(yùn)時(shí)對應(yīng)F 風(fēng)擋板關(guān)至15%。

（2）A、B 側(cè)前后墻二次風(fēng)總門開度以控制風(fēng)箱壓力不低于0.3 kPa（150～200 MW 負(fù)荷）、0.4 kPa（250 MW 負(fù)荷及以上）為準(zhǔn)。如遇到鍋爐燃燒工況變差、機(jī)組深度調(diào)峰、煤質(zhì)變差時(shí)可適當(dāng)收小二次風(fēng)總門，一旦燃燒工況好轉(zhuǎn)、機(jī)組負(fù)荷加起來之后必須逐步開啟保證足夠的二次風(fēng)箱壓力。

（3）燃燼風(fēng)開度為保證燃燒區(qū)域充足的氧量，應(yīng)適當(dāng)收小燃燼風(fēng)總門，但以綜合控制脫硝反應(yīng)器入口煙溫、飛灰燒失量、脫硝氨耗在最佳水平為準(zhǔn)。

（4）各燃燒器分級(jí)風(fēng)門開度：A、B、C 擋板控制在15%、45%和5%（對應(yīng)油槍投入時(shí)保持全開），D、E 擋板按0%控制（四角D、E 擋板全開）。

4.5 吹灰方式調(diào)整

吹灰方式嚴(yán)格按照表六執(zhí)行：爐膛組吹灰蒸汽母管壓力設(shè)定0.7 MPa，折焰角L（R）5、7 吹灰蒸汽母管壓力設(shè)定1.4 MPa，水平組及尾部煙道母管壓力設(shè)定0.9 MPa。長吹L（R）11、12 吹灰器每周三早上投入一次吹灰；為控制吹灰壓力平穩(wěn)，爐本體吹灰時(shí)A、B 側(cè)吹灰器錯(cuò)開10～30 s 投運(yùn)。

加強(qiáng)鍋爐吹灰效果檢查，及時(shí)處理故障吹灰器，嚴(yán)格按規(guī)定對煙道進(jìn)行吹灰，確保各受熱面清潔。如果因故無法完成吹灰工作應(yīng)及時(shí)做好記錄，條件滿足后再進(jìn)行吹灰作業(yè)。

4.6 停爐檢查、缺陷治理

（1）燃燼風(fēng)系統(tǒng)：活動(dòng)卡澀的擋板，修補(bǔ)磨損的擋板、葉片；對風(fēng)箱泄漏處進(jìn)行漏風(fēng)治理，清理風(fēng)箱積灰及噴口結(jié)焦。使燃燼風(fēng)系統(tǒng)能夠調(diào)整爐膛配風(fēng)，解決爐膛熱負(fù)荷分配不均的問題。

（2）燃燒器檢查、修復(fù)。對噴口變形、結(jié)焦，消旋葉片脫落、磨損變形，乏氣擋板磨損、卡澀的燃燒器等進(jìn)行修復(fù)，保證每只燃燒器運(yùn)行時(shí)火焰形狀完好，不偏斜刷墻，不造成爐膛熱負(fù)荷局部分配不均。

（3）燃燒器配風(fēng)擋板檢查：對A、B、C、D、E、F 風(fēng)擋板，貼壁風(fēng)擋板卡澀、磨損的進(jìn)行修復(fù)；對風(fēng)道積灰，噴口結(jié)焦的進(jìn)行疏通。保證各風(fēng)門擋板運(yùn)行中能夠達(dá)到調(diào)節(jié)配風(fēng)作用，不造成爐膛熱負(fù)荷偏差。

（4）空預(yù)器檢查。對空預(yù)器蓄熱元件堵塞的進(jìn)行疏通，修補(bǔ)不嚴(yán)密的密封片，保證空預(yù)器出口兩端二次風(fēng)量、風(fēng)溫達(dá)到一致，使?fàn)t膛兩側(cè)燃燒器風(fēng)量、風(fēng)溫均等，不造成爐膛兩側(cè)熱負(fù)荷偏差。

（5）球磨機(jī)分離器檢查。對球磨機(jī)分離器擋板卡澀、磨損的進(jìn)行修復(fù)，對回粉倉雜物堵塞的進(jìn)行疏通。保證每只燃燒器出粉均勻，煤粉細(xì)度在合格范圍內(nèi)，保證運(yùn)行中每只燃燒器火焰行程一致、出力一致。

（6）漏風(fēng)檢查。對爐底水封槽、冷灰斗、水封擋板漏風(fēng)的進(jìn)行漏風(fēng)治理，保證下爐膛嚴(yán)密不漏風(fēng)，運(yùn)行中不發(fā)生因局部漏風(fēng)造成燃燒不穩(wěn)、火焰中心上移的情況。

（7）停爐期間對煙道管屏進(jìn)行防磨檢查。查看受熱面磨損、積灰情況，根據(jù)檢查情況對防磨瓦減薄、脫落的管屏進(jìn)行防磨瓦加裝，對積灰較多的地方進(jìn)行吹灰調(diào)整。

4.7 其他措施

（1）規(guī)范值班員操作：在增加負(fù)荷時(shí)先加風(fēng)后加粉，升降負(fù)荷后及時(shí)到就地檢查燃燒效果，確保煤粉在主燃燒區(qū)燃燒完全。

（2）加強(qiáng)入爐煤質(zhì)的管理，合理配煤，保證入爐煤質(zhì)和設(shè)計(jì)煤質(zhì)能夠相吻合。

（3）定期對磨機(jī)分離器進(jìn)行清掃，根據(jù)各磨煤粉細(xì)度進(jìn)行加鋼球，保證煤粉細(xì)度在規(guī)定范圍內(nèi)。

5 結(jié)束語

隨著國家能源轉(zhuǎn)型，新能源企業(yè)不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)火力發(fā)電機(jī)組受到很大制約，負(fù)荷調(diào)峰變化也越來越頻繁。在機(jī)組負(fù)荷大幅波動(dòng)時(shí)，受熱面管壁承受劇烈的交變應(yīng)力變化，給機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來不利影響。因此，利用機(jī)組C 級(jí)檢修機(jī)會(huì)，合理實(shí)施以上技改項(xiàng)目。機(jī)組啟動(dòng)后，運(yùn)行人員結(jié)合實(shí)際工況精心調(diào)整，徹底解決了高溫再熱器管壁超溫現(xiàn)象，為機(jī)組長周期安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。