超临界对冲燃烧锅炉屏过汽温偏差原因分析及对策

第26卷第5期电站系统工程V ol.26 No.5 2010年9月Power System Engineering 25 文章编号：1005-006X(2010)05-0025-02
超临界对冲燃烧锅炉屏过汽温偏差原因分析及对策
广东粤电靖海发电有限公司 陈瑞龙
摘要：介绍了某超临界对冲燃烧锅炉屏式过热器两侧汽温偏差的特征，对影响汽温偏差的原因进行分析和查找，指出汽水系统异常是造成两侧汽温偏差的主要原因，并提出解决对策，使汽温偏差得到了明显改善，大大提高了锅炉运行的安全性和经济性。

关键词：超临界锅炉；汽温偏差；对冲燃烧；超温
中图分类号：TK16 文献标识码：B
Causes Analysis and Countermeasure on Steam Temperature Deviation of
Superheater for Supercritical Opposed Firing Boiler
CHEN Rui-long
Abstract：The characteristics on steam temperature deviation of superheater for supercritical opposed firing boiler are described, the causes and presents countermeasures are analyzed, by which steam temperature deviation have markedly improve, and the boiler sets’ operation safety and economy have thereby been noticeably raised.
Key words: supercritical boiler; steam temperature deviation; opposed firing; overheating
1 设备简介
某600 MW超临界参数变压直流本生型锅炉，型号为DG1900/25.4-Ⅱ2，系一次中间再热、单炉膛、尾部双烟道结构、采用烟气挡板调节再热汽温、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉，燃烧方式为前后墙对冲燃烧，燃烧器分3层布置，共设有36只，采用正压直吹式制粉系统，配有6套HP1003型中速磨煤机；设计煤种为神府东胜煤，校核煤种为晋北烟煤。

屏式过热器（以下简称屏过）布置在炉膛上部区域，在炉深方向布置2排，两排屏（前后屏）之间紧挨着布置，每排管屏沿炉宽方向布置15片屏，共30片。

炉内受热面管子均采用SA-213TP347H材料。

每片屏由22根管子绕成，管屏入口段与出口段采用不同的管子壁厚，内外圈管采用不同规格管子。

管屏入口段管子规格分别为：最外圈管为Φ50.8×8.4，其余为Φ45×7.4，材料SA-213T22和SA-213T23；管屏出口段管子规格为：最外圈管为Φ50.8×12.3，其余为Φ45×10.8，材料SA-213T91。

屏式过热器的实际运行壁温监测点设置于出口段管壁上，其设计报警温度值为550℃。

2 问题描述
一段时间以来，锅炉在变工况和稳定运行时，屏过屡次出现超温现象，对制粉系统和锅炉燃烧调整后仍然不能解决问题，不同工况下前后屏壁温分布如图1、2所示，屏过出口两侧汽温偏差较大，A侧温度高于B侧，A侧管屏壁温超温严重，最大汽温偏差曾达70～80℃左右，A/B侧出口汽温分别为586℃/505℃，出口管壁金属温度达641℃，远高于壁温报警值（因管壁的温度测点布置在大罩壳内顶棚上部，离烟道内的管道有一段距离，因此估计实际温度比测量温度
收稿日期：2010-03-29
陈瑞龙(1965-)，男，高级工程师。

广东惠来，515223 高约50～100℃），严重影响屏式过热器及锅炉的安全运行。

图1 前屏出口管壁温度分布图2 后屏出口管壁温度分布3 汽温偏差的原因查找与分析
3.1 风烟侧
(1) 一次风粉
同层燃烧器各一次风粉管的均匀性关系到燃烧的稳定性和经济性[1]，燃烧器对冲布置时，对冲射流动量不相等时，气流就可能偏向动量小的一侧，使炉内充满情况变差，而同层燃烧器出口风粉不均，将影响相邻燃烧器对高温烟气的回流卷吸、气流的混合以及气流（火焰）在炉内的运动，使炉内热负荷沿炉膛宽度和高度分布的均匀性较差，可能出现受热面管屏间吸热不均匀，造成汽温偏差。

通过热态工况下对磨煤机出口粉管缩孔的调整，将各一次风管的动压值基本调平，风量偏差控制在±5%误差之内；但是，从调整的效果看，一次风调平并不能改善两侧汽温偏差，风粉不均不是产生偏差的主要原因。

(2) 二次风及燃尽风
二次风采用大风箱结构，由于A/B侧二次风总量由各分层风箱风量叠加，测量存在误差，无法准确判断两侧风量是否平衡一致。

在汽温出现偏差时，通过尝试提高A侧（或B 侧）送风机的出力、调整两侧分风箱的二次风量及二次风配风方式，均无法调平两侧汽温偏差。

燃尽风是对冲燃烧锅炉调整炉内燃烧均匀性的有效手段，正常运行时通过对前后墙左右两侧风量的控制，可以改
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善炉内燃烧空气动力场。

然而现场试验调整结果表明，本锅炉出现的汽温偏差无法利用该手段调节改善，可见二次风及燃尽风并非汽温偏差产生的主要原因。

(3) 烟气
低温过热器布置于尾部烟道对流区，主要依靠烟气挡板的开度调整改变烟气流通量来调节低过出口汽温，根据DCS 测点显示，多数工况下A侧低过出口汽温略高于B侧。

因此，对过热器两侧烟气挡板开度设置偏差，使烟气分流重新分配，然而调整效果不明显，在停炉检修时对烟气挡板进行检查校正，也未发现异常，可见烟气分流影响并非汽温偏差产生的主要原因。

3.2 炉管侧
锅炉燃用煤种的灰分较高且易于结焦，当受热面管屏结渣结焦、管壁胀粗、吹损减薄将导致整个受热面吸热不均[2]，造成局部超温：①适当增加水冷壁和屏过区域的吹灰次数，以保证受热面的吸热效果；②利用停炉检修的机会，对屏过管壁厚度、胀粗进行测量，炉内受热面的结焦情况进行检查，并未发现异常，可见炉管侧热阻因素并非引起偏差的原因。

3.3 汽水侧
(1) 减温水系统
对屏过入口减温水系统检查发现，在A/B侧减温水调节阀机械开度一致的情况下，A侧过热器减温水的减温效果明显比B侧差，且A侧减温水调门经常处于全开状态，没有调节裕量，造成该侧屏过出口管壁频繁超温。

另外，两侧调节阀经常出现卡涩现象，调节过程不平缓，出现较大的阶跃跳动。

图3 减温器结构图
根据异常现象，停炉检修时对屏过入口两侧减温器进行检查，发现：①A侧减温器喷管已断裂，喷管中部有一道1～1.5 mm深的磨痕，覆盖整个圆周长的一半，且减温器喷管上未焊接圆弧板；②两侧减温水调节阀存在阀笼小孔堵塞现象，使调节阀的阻力特性和流量特性与被控对象特性不匹配，汽温无法及时减温，导致流量突增使调节阀出现较大的调节串动。

原因分析：喷管设计为悬臂结构、单端固定，结构如图3所示，由于未焊接圆弧板，喷管与混合管存在较大间隙，造成喷管稳定性较差，蒸汽绕流喷管时产生强烈的激振力，使喷管振动，加上减温水反复投停，减温器喷管受到交变热应力的作用而产生裂纹[3]，减温器在疲劳振动和温差应力作用下断裂。

以喷管和混合套管的接触点为支点，断裂喷管在合力（减温水反作用力、主蒸汽作用力、喷管自身重力、混合套管对喷管的作用力）的作用下，喷管相对混合套管转动磨损，喷口将在蒸汽的正、反流向180°范围内转动，当减温水流量趋于稳定时达到平衡，从喷口侧半个圆周的磨损痕迹可验证。

正常运行时喷口中心方向与蒸汽流向相同，喷管断裂后，当减温水量变化时，平衡位置发生改变，使A侧蒸汽流动阻力增大，影响A侧蒸汽流速和压力，导致A侧屏过受热面冷却能力降低，造成A侧屏过管壁温度频繁超温，是屏过两侧汽温偏差的主要原因。

(3) 阀门内漏
锅炉A侧螺旋水冷壁出口混合集箱排空手动门内漏较大，蒸汽从A侧排空门疏水母管喷出，内漏将减少A侧管屏蒸汽流量，影响屏过出口两侧汽温偏差，由于泄漏量与A 侧总蒸汽流量相比并不大，是影响汽温偏差的因素之一，而非主要原因。

4 汽温偏差的治理
(1) 对减温器喷管加焊圆弧板，减小喷管与护套的间隙，以提高喷管的刚度，防止产生振动；
(2) 对减温水调节阀解体检修，清除堵塞的阀笼孔，使调节阀调节特性恢复正常。

(3) 更换A侧螺旋水冷壁出口混合集箱排空手动门，减少两侧主蒸汽的流量偏差。

(4) 降低燃烧火焰中心，由于中下层燃烧器对应的磨煤机已处于磨损后期，且叶轮风环的空气节流环布置不合理，造成风环喷口流通面积较大，导致磨煤机入口一次风量增加，使火焰中心偏上，通过减少叶轮风环的通流面积，以增加喷口处一次风速，减少一次风总量。

通过上述措施，有效地解决了屏过出口两侧汽温偏差的问题，调整前后运行参数的比较如表所示。

表调整前后各运行参数的对比
参数名称调整前调整后负荷/MW 370 371 制粉系统运行方式ACF ACF
A侧572 511 屏过出口汽温/℃
B侧519 513 氧量 6.2 4.2
A侧93 100 燃尽风
B侧96 98
A侧96 83 减温水调节阀开度/%
B侧53 90 屏过出口管壁最高温度/℃634 557 5 结束语
造成锅炉屏过出口两侧汽温偏差的主因是A侧屏过入口前减温器喷管断裂引起该侧蒸汽流动阻力增大，导致A 侧屏过受热面冷却能力降低，单侧管屏温度频繁超温。

通过燃烧调整和汽水系统设备消缺，两侧汽温基本维持平衡，改善了炉内燃烧工况，提高了锅炉运行安全性和经济性。

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参考文献
[1]高峰. 锅炉热经济性燃烧调整分析[J].锅炉技术, 2007, 38(4): 43～46.
[2]王莹, 吴少华, 秦裕琨, 等. 大型电站锅炉过热器爆管原因综述及
对策[J]. 中国电力, 1998, 31(10): 26～29.
[3]马东森. 锅炉过热器二级减温器裂纹原因分析及对策[J]. 电力安
全技术, 2003, 5(8): 38～39.。