某660 MW锅炉低温过热器和后屏过热器长期高幅值超温分析及治理

No. 2 (Ser.227)Apr. 2021
第2期（总第227期）
2021年4月山西电力
SHANXI ELECTRIC POWER
某660 MW 锅炉低温过热器和后屏过热器长期
高幅值超温分析及治理
邵兴恩1,李前宇2,祝艳平1
（1.岱海发电有限责任公司，内蒙古床城013750; 2.北京京能电力股份有限公司，北京100124）
摘要：某锅炉进行了低氮燃烧器、节能减排综合升级改造，使锅炉运行工况偏离设计值较大，
引起低温过热器、后屏过热器等受热面管壁严重超温。

通过对超温点、超温时间统计分析，提
出了整改措施。

关键词：受热面；壁温；逻辑；氧量；风量
中图分类号：TK223.3
文献标志码：B
文章编号：1671-0320（2021）02-0060-05
0引言
也带来一些问题，尤其是存在锅炉低过和后屏长期某660 MW 发电机组，锅炉为亚临界、控制循
环、一次中间再热汽包炉、直流燃烧器四角布置、切
向燃烧、正压直吹式制粉系统，屏式过热器（以下简
称“屏过”）布置在炉膛出口处,末级过热器（以下简 称“末过”）布置在炉膛折焰角上方，末级再热器（以
下简称“末再”）位于水平烟道入口处。

锅炉设计煤
种为准格尔烟煤。

2011年1月投入商业运营,2013
年进行低氮燃烧器改造,2018年进行节能减排综
合升级改造，机组容量由600 MW 增至660 MW,锅 炉的供汽参数由16.67 MPa/541七/539七提升至
16.97 MPa/571七/569 °C 0 2013年低氮燃烧器改造、
2018节能减排综合升级改造后，虽然660 MW 发电 机组的其他性能有所提高，节能减排效果明显，但
收稿日期:2020-11-07,修回日期:2021-01-05
作者简介:邵兴恩（1983）,男，山东泰安人,2007年毕业于华北电力
大学热能与动力工程专业，工程师,从事火电厂运行管理 和技术研究工作；
李前宇（1981）,男，江苏宿迁人,2005年毕业于清华大学 热能工程系动力工程与工程热物理专业，硕士，高级工程 师，从事动力工程及工程热物理方面的研究和电厂技术 管虹作；
祝艳平（1971）,男，内蒙古赤峰人,2011年毕业于华北电 力大学热能与动力工程专业，工程师，从事电站锅炉运行
管理工作。

高幅值超温问题，影响了发电机组的合理运行,进
行治理势在必行。

1问题的提出
锅炉低氮燃烧器改造后低温过热器（以下简称
“低过”）和后屏过热器（以下简称“后屏”）出现长期
高幅值超温现象。

低过超温往往发生在中低负荷,
特别是煤质较差时，后屏超温往往发生在升负荷阶
段,特别是煤质热值较高时。

以2019年7月为例
［自动发电控制自动校准AGC AUTO-R （auto gen ­
eration control auto regulated ）模式］，管壁超温时间
及幅度统计如表1所示。

表1各受热面管壁超温时间及幅度统计表
位置时间沧幅度比
低过
180 038
32
分隔屏
1005后屏
118 718
36
末过00
屏式再热器
8 958
21末再
低氮燃烧器改造时在现有燃烧器上部7.0 m 位置以上加装7层燃烬风，使燃烧器区域风量大幅
降低,燃烧强度相应减弱,整个火焰被拉长至标高
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43 m 处燃烬风区域，造成水冷壁辐射吸热量减少， 屏式辐射受热面及尾部对流受热面吸热量增加。

利
用软件工具建立基于热力学第一定律的稳态受热
面能量流模型，应用模型对330 MW 时各受热面吸 热量进行计算分析,绘制的各受热面能流比例分布
如图］所示。

图1 330 MW 时受热面能流比例分布图
由图1可看出,330 MW 工况时水冷壁吸热量偏 离设计值较大，降幅达一半以上，导致沿烟气流程后
续受热面吸热比例均有不同程度的增加，特别是屏
过吸热量增加60%以上，导致减温水量大幅增加。

2故障问题分析及措施
2.1低过超温分析
2.1.1低过超温概迷
低过布置于后烟井内，共分3组水平蛇形管，每
组为127排。

每排蛇形管由6根并联管圈套弯，管子
下部及中部管组材质全部为SA-210C,上部管组材
质为15CrMoG 、SA-210C,垂直段材质为15CrMoG o
低温过热器壁温测点布置在垂直出口段每排第6号
管子出口，横向第32.64.96排的第1~6号管，报警
温度466尤。

图2、图3为某时刻低过壁温分布图。

由图2、图3可看出，各负荷段低过管壁温度测
点69-73均为易超温点,对应第64排的第1~5号 管，位于尾部烟道中间部位。

烟道中间部位管屏自清
洁能力强,受热面不易积灰,炉膛中部烟气流速较炉 壁附近高，因炉膛四周布满水冷壁，靠近炉膛中部的 烟气温度远比炉壁的烟气温度高，布置在炉壁的辐 射式过热器或再热器沿宽度的吸热不均匀度可达
30%~40%P 】。

进入烟道后的烟气温度场和速度场仍保
1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103 109 115 121 127 133 139
测点编号
图2 300 MW 时低过壁温沿炉膛宽度分布图
1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103 109 115 121 127 133 139
测点编号
图3 600 MW 时低过壁温沿炉膛宽度分布圏
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•
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持中部烟温高和烟气流速大的分布状况。

第64排管壁明显比相邻屏管壁温高，突升现 象说明除了存在烟气侧热偏差外，蒸汽侧也存在较 大流量偏差,同时考虑烟气走廊的影响。

机组负荷的高低引起蒸汽流量变化较大，低负
荷时流量偏低，热偏差更加明显，锅炉燃烧的轻微 变化即可导致受热面局部管壁明显超温。

2.1.2 低过超温治理
第64排管束同屏各管圈间壁温偏差不大，不 宜采用将部分管圈短路的方案。

因超温管排较少，
其余管排壁温裕量较大，可考虑将易超温的第64 排管束更换为高一级别材料,也可进行外壁隔热涂
层防护或调整节流圈。

该单一管排增加隔热涂层后
对整体受热面影响不大，但调整节流圈需要经过严
密的计算论证。

考虑到锅炉用高级别金属材料价格
已显著降低，故采取将低过第64排管材材质由
15CrMoG 、SA -210C 全部更换为12CrlMoV,并将焊
口进行特殊处理，使该管屏报警温度提升至496
低过为对流受热面，烟气量大时吸热加强，燃 用低热值煤时，风量进一步偏大。

低负荷时减小总
风量可减少低过受热面的吸热，但低负荷时凤量过 低，二次风门关至下限仍无法维持炉膛差压，通过 优化二次风门控制曲线,实现了低负荷降低炉膛总
风量的目的。

2.2后屏超温分析
2.2.1后屏超温概述
后屏布置在炉膛上部，属于以吸收辐射热为主
的半辐射受热面。

沿炉宽方向设置28排后屏受热
面,每排由20根管子并联套弯组成，受热面管材为
12CrlMoVGxSA213-T91 和 SA213-TP347HFG SB 。

壁温测点布置在每排第2和第20号管子出口，横向
第7、15、22排的第1~20号管，报警值为596兀。

图
4、图5为某时刻后屏壁温分布图。

随锅炉负荷增加,辐射过热器中工质的流量和
锅炉的燃料量按比例增大，但炉内火焰温度的升高
不太多，炉内辐射热量并不按比例增加国，辐射热的
图4 300MW 时后屏壁温沿炉膛宽度分布图
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份额相对下降，辐射式过热器中蒸汽的焙增减少,出口温度下降，管壁温度也随之降低。

整体看低负荷时壁温比高负荷时高。

低负荷时左、右侧壁温基本平衡,高负荷时右侧壁温普遍比左侧高,这是由烟气残余旋转引起的叫受热面联箱间的汽流都是采用三通引入、引出，在三通附近的集箱中，由于存在涡流，对集箱中的静压分布和支管入口阻力系数产生影响，使此处管屏的流量减少,屏间热偏差增大叫壁温分布存在3个低谷区和4个高峰区,4个高峰位于三通附近的涡流区，3个低谷是因为进、出口联箱采用垂直三通结构，正对三通的管子，蒸汽流量明显增加，导致壁温突降。

三通效应加大了管屏间的水动力偏差，加剧了沿炉膛宽度方向壁温分布的不均匀性。

通过历史曲线发现后屏管壁超温主要发生在升负荷阶段，特别是当负荷大幅上涨同时夹杂磨煤机启动等因素时。

下面为某次升负荷时汽壁温等参数变化过程。

12：50,AGC指令由300MW开始上涨，风量、煤量同步上升，炉膛氧量由6%缓慢下降，各二次风门均为自动状态。

13:03,F制粉系统通风暖磨，右侧后屏出口汽温由522七开始上升。

13:05,负荷460MW,氧量4.2%,启动F磨煤机，右侧过热器一级减温水调门手动全开。

13:08,F磨煤机启动后,炉膛氧量快速下降至1.9%,炉膛缺氧燃烧，右侧后屏出口汽温上升至585七,后屏壁温上升至634超温幅度达38°C O 由于锅炉高温受热面管材工作温度设计几乎接近材料的许用极限温度，长期超温将加速管道内壁氧化皮的生成和脱落，引起传热恶化或管道阻塞而爆管肌根据拉尔森-米列尔近似方程估算，超温幅度越大，金属寿命呈指数降低的越快问。

蒸汽温度超限对于管壁的危害远大于烟气侧的影响卩勺。

2.2.2后屏过热器超温治理
热工逻辑中锅炉总风量跟踪总煤量，受风机动叶、燃烧器二次风门调节的迟滞影响，以及升降负荷时二次风箱与炉膛差压的变化引起的存储作用，导致风量“跟踪”存在一定的滞后性。

因锅炉未设置煤质热值自动校正逻辑，燃烧低热值煤时氧量偏大,燃烧高热值煤时氧量偏小,最终通过炉膛出口氧量自动修正炉膛总风量，但快速变负荷时氧量的反应有较长时间的滞后性,导致煤质较好工况时升负荷阶段发生炉膛严重缺氧，煤质较差工况时降负荷阶段炉膛差压无法满足。

磨煤机启动通风阶段，大量煤粉送入炉膛，而这部分煤粉未计入总煤量,导致总风量未进行相应调整;一次风压跟踪单台磨最大煤量,快速升负荷时，受一次风压、一次风量上升的影响,给煤机给煤量与磨煤机出煤量不匹配;新启动磨煤机运行初期由于一次风压大，一次风量大，磨煤机出煤量大于给煤机给煤量。

诸多因素导致升负荷伴随启磨阶段氧量快速降低，燃料不能在燃烬区完全燃烧，甚至在受热面处发生再燃烧,使炉膛火焰中心上移。

鉴于当前电力紧张和严峻的电煤供求关系，AGC AUTO-R方式负荷变动频繁，通过人为超前调整风量和减温水量不现实，需要对负荷变动阶段的风量、煤量调节进行自动逻辑优化。

逻辑优化主要为以下3方面,一是风量超前调节；二是投入热值校正回路自动;三是磨煤机启动前后对燃料主控进行修正。

锅炉总煤量随负荷指令变化，而负荷指令由AGC指令经一定速率计算得到，因此AGC指令变化要超前煤量一定时间，可以利用这一时间段使风量超前煤量动作。

运用这一思路将AGC指令与负荷指令的差值经一定运算后叠加到总风量指令上，并作一定的逻辑限制。

同时，修改总风量曲线,将高负荷段总风煤比由7.3增加到&0,加大煤量增加时对应的风量增量，后期通过氧量自动回路将负荷稳定阶段的总风量拉回至正常值。

热值校正系数闵用于适应各种复杂工况下煤质变化的需要，取前1h蒸汽焙增均值自动地校正燃煤发热量，与逻辑设计煤质发热量做对比,输出值作用于燃料主控去控制煤量和风量。

在单位燃煤发热量变化的情况下，改变燃料主控变化速率及幅度，增加调节的准确性，使控制策略适应快速、大幅度变负荷的需要，使协调控制系统同一调节参数对不同煤质的适应性增强，最终减小燃料热值变化所引起的主汽压力、主汽温度波动。

利用模型预测控制MPC(model predictive cont-ol)技术对磨煤机启动阶段总燃料量进行负偏置优化，得出不同磨煤机启动阶段对应优化曲线，对磨煤机通风及启动初期总煤量进行短时间一定量干
・63・
山西电力2021年第2期
预。

由曲线可以看出，工况改变初期偏置影响较大,后期随着主汽压力回路对燃料量的修正作用，偏置量加速归零。

3效果分析
在不经过较大技术改造的情况下，利用机组临修机会对低过受热面上部管组第64排6根管圈全部进行更换;投入燃料热值校正回路自动;对炉膛总风量逻辑进行优化;对分离燃烬风SOFA(separ­ation over fire air)风门逻辑进行优化，增加氧量低于2%时SOFA的1、2、3风门脉冲关小15%,氧量大于2.5%时脉冲释放逻辑；利用MPC技术对磨煤机启动阶段燃料主控进行优化;吹灰方式优化等一系列措施使受热面壁温超限情况得到明显改善。

优化后1个月周期内(AGC AUTO-R模式)，管壁超温时间及幅度得到明显改善。

4结束语
通过采取有针对性地换管，不仅提高了低温过热器的整体安全性,而且避免了盲目换管或选用高一级材质带来的成本大幅增加。

通过逻辑优化，使升负荷及磨煤机启动阶段因缺氧燃烧造成的火焰中心瞬时升高现象明显减弱，使后屏壁温得到有效控制的同时，对低过、屏式再热器壁温的治理也起到了积极作用；同时,间接提高了负荷响应速率。

目前，受煤质多变影响,受热面管壁超温问题并没有得到彻底解决,后屏及屏式再热器超温现象仍时有发生。

下一步将进行磨煤机动态分离器改造及变负荷阶段煤粉细度的优化控制，以实现锅炉“四管”的本质安全。

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Analysis and Treatment of Long-term High Amplitude Overtemperature of Low-temperature and Rear-plate Superheaters of a660MW Boiler
SHAO Xingen1,LI Qianyu2,ZHU Yanping1
(1.Daihai Power Generation Co.,Ltd.,Liangcheng,Inner Mongolia013750,China;
2.Beijing Jingneng Power Co.,Ltd.,Beijing100124,China)
Abstract:A boiler has undergone comprehensive upgrading,including low-nitrogen burner rectification,energy-saving and emission reduction,causing the results that the boiler operating condition deviates greatly from the designed value and severe overtemperature of the heating surface wall of the low-temperature and rear-plate superheaters and so on.Based on a statistical analysis of overtemperature point and overtemperature time,rectification measures are put forward.
Key words：heating surface;wall temperature;logic;oxygen;air volume
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