关于600MW超临界机组锅炉运行中水冷壁超温原因分析及对策

关于600MW超临界机组锅炉运行中水冷壁超温原因分析及对策

作者：冯磊

来源：《中国科技博览》2017年第27期

[摘要]介绍某电厂锅炉低负荷垂直水冷壁易出现超温问题进行分析，并针对特定的工况下出现的水冷壁超温问题，结合运行调整过程中的有利控制措施，进行控制方法的阐述。

[关键词]锅炉、水冷壁、超温、过热度

中图分类号：TM621.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）27-0112-02

引言：600MW超临界直流锅炉容量大，蒸发受热面面积大，布置复杂，热负荷高。热负荷的不均匀性极易引起管壁超温，为了保证一定的质量流速，水冷壁内径选的较小，因此垂直管水冷壁对壁温异常较为敏感，一旦发生壁温异常可能导致水冷壁内工质的物理特性发生剧烈变化，进而产生流量偏差和吸热特性变化，严重时直接导致水冷壁管超温，严重危及锅炉安全运行。影响垂直管水冷壁超温的因素较多，本文针对鸿山热电厂的实际运行状况，全面分析这些导致水冷壁超温的原因并提出了有效解决措施，对同类机组的运行具有很强的指导意义。

1.设备概况

锅炉是由哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进三井巴布科克能源公司技术生产的超临界参数变压运行直流锅炉，单炉膛、一次再热、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。型号为：HG-1962/25.4-YM3。锅炉燃烧方式为前后墙对冲燃烧，前后墙各布置3层三井巴布科克公司生产的低NOX轴向旋流燃烧器（LNASB），每层各有5只，共30只。在最上层煤粉燃烧器上方，前后及两侧墙各布置1层燃烬风口，其中前后墙各布置5只，两侧墙各布置3只，共16只燃烬风口。用来补充燃烧后期需要的空气，同时实现分级燃烧，降低炉内平均温度，减少NOx的生成。

2.现象描述

600MW超临界直流锅炉容量大、蒸发量，高负荷工况下很少出现水冷壁超温问题，水冷壁超温现象主要集中在低负荷阶段，对此本文主要结合低负荷工况下出现的热力不均或水力不均导致的水冷壁超温问题进行分析。

当机组负荷在400MW以下，重点在负荷300—360MW且三台磨运行期间，垂直水冷壁经常出现左右墙管壁温度偏差大，发生多点金属温度局部或大面积超温，直至启动第四台磨煤机才有明显好转。

机组负荷在300MW以下，此工况下经常3台制粉系统运行，垂直水冷壁经常出现左右墙管壁温度偏差大，或者前墙管壁金属温度局部或大面积超温。

总结易发生超温主要有四个原因：

一是制粉系统出力不匹配，前后墙的燃烧器出力偏差大；

二是单台磨煤机两侧的燃烧器在特定的工况下可能存在火焰贴墙；

三是过热度过高的工况下导致的超温（通常是RB工况下），制粉系统风煤比调整不当；

四是低负荷时给水流量较低，不稳定性在一定条件下容易出现的水力不均。

3.水冷壁超温原因分析及对策

3.1 低负荷超温分析与控制措施

在低负荷时，因为磨煤机的出力均较低，单台磨煤机风煤比调整的平衡和整个制粉系统出力在炉膛内燃烧的平衡成为壁温超温的关键因素，我厂的壁温超温问题基本为炉膛的热负荷分布不均引起的，因为往往正确的调整改变某一台磨煤机的出力，就可产生对管壁温度变化的控制。当煤量过低时，3台磨煤机运行，经常会出现垂直管壁左墙或右墙管壁温度偏差大，局部超温现象，此时可通过判断超温管壁的位置和磨煤机的运行参数（给煤量、进出口压力、风量、风煤比等参数）来综合判定局部管壁超温的原因，知道原因后，即可进行针对性调整。

例如1：#2炉A＼B＼D三台磨煤机运行，负荷310MW，总煤量132T/H过热度6℃，出现左墙#351超温（如图1）

分析此测点位于左墙靠前墙的位置，此时开启备用C磨煤机的#5角，通过冷风调门，控制与炉膛的差压在1KP以内即可有效控制左墙#351超温现象。如多点超温的情况，以控制过热度较低值为前提，共同控制是最有效的方式。（如果开启F磨煤机的#1角，超温现象得不到有效控制）

如上曲线所示，分析超温位置后，综合判断超温为B磨出力增加后引起超温，通过关小B 磨热风门，降低其一次风率，并开启备用磨煤机C5出口门，机组负荷和主参数基本未改变情况下，左墙#351超温管壁开始由450℃下降至410℃。

例如2：当制粉系统下层4台磨煤机运行时，出现左右侧管壁超温时，先通过管壁温度测点分布判定超温的位置，结合磨煤机的运行参数，判定导致超温的燃烧器，首先通过一次风率或给煤量来修正，改变当前运行燃烧器的运行工况与炉膛的差压，控制超温；如出现前后墙超温，可通过提高超温侧的制粉系统出力，来改变炉膛动力场热负荷的分布，控制管壁超温。

运行措施：尽量维持4台磨煤机运行（300MW时根据运行经验可以实现4台磨煤机长期安全稳定运行），有利于控制制粉系统的出力平衡和炉膛内热负荷的分布均匀，同时低负荷时控制较低的过热度，是防止壁温偏高的有效手段。而当超温现象无缓解时，开启备用磨煤机出口门，针对超温侧水冷壁吹入冷风，正确合理调整炉膛内热负荷的分布，是改变超温现象的有利措施。

3.2 液压关断门对管壁超温分析与控制措施

液压关断门操作1—9开关状态与炉膛当前左右侧氧量分布重叠，造成超温侧的氧量严重偏低或局部热负荷偏高。因锅炉固态风冷排渣，炉膛底部漏风大，尤其是氧量较低时，炉底两侧的液压关断门开关对炉膛左右侧氧量分布，火焰燃烧会有一定影响。

此工况调整时可通过改变当前运行磨煤机的出力分配（因当前的煤质和煤仓的配煤无法改变），稍改变当前炉膛的热负荷分布；在保证主、再热汽温的前提下适当降低过热度，提高炉膛氧量，并正确的结合炉膛内左右侧氧量分布，合理的改变当前液压关断门1—9的开关状态，可使管壁温度偏高问题得到控制。缓解管壁温度的持续升高。

3.3 异常工况RB时超温分析与控制措施

当机组发生RB时或负荷出现大幅波动，造成过热度过高或煤水比失调的工况下导致的超温，主因为制粉系统风煤比调整不当导致的超温。我厂机组在RB动作后，自动控制系统已较为成熟，但多次出现过热度升至较高值，且出现锅炉垂直管壁壁温超温的现象。

4.总结

直流锅炉低负荷垂直管壁易超温是常见问题，超温的主因其实只有锅炉的热力不均和水力不均，而给水流量已被限制，故只能从炉膛燃烧调整入手，控制的手段不局限于对制粉系统的调整，通过二次风门等其它手段调整也可遏制壁温升高。随着运行经验的积累与摸索，如果经过合理的分析，正确判断当前工况超温的原因，合理正确的调整，基本上能得到有效的控制垂直管壁超温，通过降低过热度和制粉系统正确调整是最快最有效的控制垂直水冷壁超温的手段。