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超超临界直流锅炉水冷壁超温的原因及局部水冷壁严重超温的控制措施研究

发表时间：2021/8/10 来源：《中国电力企业管理》2021年4月作者：杨武才

[导读] 锅炉管壁频繁长时间超温是锅炉水冷壁爆管的主要原因，严重威胁机组的安全稳定运行，缩短锅炉的使用寿命，造成巨大的经济损失。本文针对某电厂1000MW超超临界直流锅炉低负荷运行时垂直水冷壁经常出现局部严重超温的问题，分析总结超温的原因，并进行研究摸索试验调整，总结出可行的二次风配风及燃烧器摆角调整方法，有效解决局部管壁超温的问题，避免锅炉局部水冷壁长时间超温热疲劳爆管，供同类型机组参考。

广东大唐国际雷州发电有限公司杨武才广东湛江 524255

摘要：锅炉管壁频繁长时间超温是锅炉水冷壁爆管的主要原因，严重威胁机组的安全稳定运行，缩短锅炉的使用寿命，造成巨大的经济损失。本文针对某电厂1000MW超超临界直流锅炉低负荷运行时垂直水冷壁经常出现局部严重超温的问题，分析总结超温的原因，并进行研究摸索试验调整，总结出可行的二次风配风及燃烧器摆角调整方法，有效解决局部管壁超温的问题，避免锅炉局部水冷壁长时间超温热疲劳爆管，供同类型机组参考。
关键词：超超临界直流锅炉；局部；水冷壁；超温；研究
        1设备概况
        某电厂锅炉为HG-2764/33.5/605/623/623-YM2，带烟气再循环的超超临界参数变压运行螺旋管圈+垂直管圈（炉膛底部为螺旋管圈，顶部为垂直管圈,中间连接的为中间混合连箱，前后墙各720根,两侧墙各352 根）直流锅炉，单炉膛、二次再热、采用双切圆燃烧方式布置、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、露天布置、π型锅炉。燃烧器为M-PM型低NOX燃烧器，可上下摆动20°，每套制粉系统供一层共2x4=8只燃烧器，前墙由左往右依次为1、2、3、4号角燃烧器，后墙由左往右依次为5、6、7、8号角燃烧器。配六台中速正压直吹式制粉系统，其中A磨煤机带微油点火系统，由下往上布置为A/B/C/D/E/F制粉系统，正常运行5台制粉系统运行，1台备用。二次风的布置为每个燃烧器有周界风、上辅助风及下辅助风，距顶层燃烧器中心线上方7.2m往上布置六层燃尽风。
        2异常现象简述
        该电厂一期1、2号机组在低负荷（400-550MW区间）运行时，垂直水冷壁通常会产生局部严重超温的现象，各管壁的频繁超温容易造成四管泄漏的风险，严重威胁机组的安全稳定运行。当出现局部水冷壁超温时，超温管道大多数出现在锅炉前墙的中间区域（即2号角和3号角所属区域）的垂直水冷壁，垂直水冷壁管圈壁温偏差高达150℃左右（偏差预警值为100℃），被迫削弱锅炉燃烧，降低主汽参数运行。如下图1及图2（垂直水冷壁515℃超温）

        3水冷壁超温原因分析
        3.1水冷壁超温原因分析
        （1）低负荷时，炉膛火焰充满度较低，切圆燃烧火焰偏斜造成局部水冷壁超温。火焰偏斜容易导致高温火焰烟气直接冲击水冷壁，被冲击区域吸热量偏多，出现局部超温情况。
        （2）负荷快速波动，水煤比失调引起大面积水冷壁超温。变负荷时水煤比波动幅度较大，特别是在快速涨负荷、启动磨煤机时，该机组制粉系统启动时最小煤量为25t/h，给煤机启动后布煤 1 - 2 分钟磨辊才降到位，这段时间该磨的煤量已计入总煤量，其余运行磨煤机煤量则相应减少，而直吹式磨煤机响应负荷有迟滞性，25t煤这部分热量并没有被燃烧释放出来，造成实际输入炉膛热负荷偏小，主汽温度及分离器出口过热度下降。这时，调节系统会根据分离器出口过热度的下降情况自动增加其余运行磨煤机煤量，导致水煤比低于正常范围，待刚启的磨煤机磨辊下降后，这部分煤被燃烧释放热量，则输入炉膛的实际热负荷又会偏大，必然造成热负荷大幅波动，导致水冷壁管壁温度大面积大幅上涨至超预警值，且在低负荷期间这种影响更明显。
        （3）堵磨被吹通后造成大面积水冷壁管壁超温。堵磨期间，进入炉膛的煤粉量较给煤量少很多，没有达到最佳，大部分煤停留在磨煤机中，实际水煤比偏高，导致燃料主控下达的煤量指令通常会比对应负荷燃料量大。当磨煤机被吹通时，大量煤粉鼓入炉膛，这样会导致水煤比失调，流入炉膛的煤粉量要远大于给煤量，实际水煤比偏低，容易导致水冷壁大面积大幅度超温。
        （4）磨煤机运行的组合方式不合理导致大面积水冷壁超温。低负荷时，为了炉膛的燃烧更加稳定，由于A磨煤机带微油点火，所以偏向于保留下三层制粉系统ABC磨煤机运行。ABC磨运行，炉膛火焰中心较低，底部水冷壁吸热份额偏多，且ABC燃烧器距离较近，热负荷较集中，低负荷下水冷壁内的工质流速降低以及工质分配均匀性变差，受热量较多的管子容易产生气液两相流的现象，阻力剧增，导致该管流量骤减，进而导致局部管壁超温。
        （5）节流孔圈被异物堵塞造成流量不均导致管壁局部超温。锅炉调试期间吹管不彻底或停炉保养不佳、启动或停炉速度太快、温升降速率太快导致氧化皮脱落，造成部分节流孔圈被堵塞，通流面积变小，造成流量不均，而造成该管壁超温。
        综上，水冷壁超温归两大类：一、水煤比失调或火焰中心过低引起大面积超温，二、燃烧偏斜导致炉内火焰分布不均，或者水冷壁管子流量不均引起热偏差导致局部水冷壁超温。
        4水冷壁局部超温的控制措施研究试验及结果
        以上一类水冷壁超温控制调整较为简单，在负荷快速波动时提前干预水煤比，确保水煤比在正常范围内运行即可得到控制：1、启动制粉系统，可提前适当提高水煤比，待制粉系统启动出力正常后再将水煤比调回正常值运行，避免启动制粉系统时的水煤比失调导致管壁超温；2、磨煤机堵磨，在磨煤机即将吹通之际，提高水煤比，待磨煤机完全吹通后，再将水煤机调回正常值，避免堵磨被吹通后水煤比失调导致管壁超温。
        4.1以下针对水冷壁局部超温的控制措施
        1）将管壁温度高区域的燃烧器摆角往水平方向调整。燃烧器摆角在水平位可以使煤粉吹得更远，削弱该区域的燃烧，降低该区域的热负荷，从而降低该区域的管壁温度。
        2）适当开大该区域的二次风，增大该区域的二次风量及推力。炉膛温度较二次风温度高的多，该区域通入大量的二次风既可以冷却该区域的水冷壁，又可以推开该区域的高温火焰，削弱该区域的热负荷，从而降低该区域的管壁温度。当负荷太低时，总风量过低，二次风风箱压力较低，由于二次风的刚度无法满足，效果不佳。
        3）当二次风箱压力较低时，可以上层备用磨进行辅助调整。开启该备用磨的对应管壁温度高区域对应角的燃烧器关断门，关闭该备用磨其他区域对应角的燃烧器关断门，开启冷风关断门、冷风调门进行大风量吹扫。由于一次风压较高，刚度强劲，足以把该区域的高温火焰推开，从而降低该区域的管壁温度。
        4.2根据以上措施，对水冷壁局部超温的控制措施进行了试验，效果明显。以下是2020年04月13日16::00~18:00的调整。机组负荷505MW，保持ABCD四台磨煤机运行保持不变。
        调整前，如图1（汽温）、图2（水冷壁壁温）、图3（二次风门及燃烧器摆角），主蒸汽A/B汽温分别为569℃/566℃，过热度45.5℃，前墙水冷壁出口集箱最高壁温530.74℃（高温集中在2、3号角区域），最大壁温差149.64℃。

针对前墙2、3号角区域水冷壁温高的情况，我们进行了以下调整：16:50开始，为了提高二次风的刚度，须提高二次风箱的压力，将左右侧SOFA风1、2、3、6关小，并将2号角和3号角的SOFA风4、5、6分别开至15%和18%的开度，如图4（二次风门及燃烧器摆角），同时将3号角燃烧器摆角由66%关至56%开度（往水平方向摆动），调整后保持不变。为了提高主汽温，缓慢提高过热度，当主汽达到600℃时，壁温状况良好，图5（汽温）、图6（水冷壁壁温），汽温及壁温过程曲线见图7 。

图7
由以上图1、图2、图5、图6，我们得出如下表格数据：

        由以上表格得出：经过调整周，主汽温提高了30+℃，过热度提高了15.5℃，但前墙出口集箱入口温度却下降了37.5℃，前墙出口集箱入口温度最大偏差下降了41.5℃，左、右及后墙出口集箱入口温度普遍上涨，说明经过以上调整后炉膛水冷壁各管壁温度变得更加均匀，效果明显。
        5成果
        以上控制水冷壁局部严重超温的调整操作是在两台机组的实际运行中进行长时间的试验摸索调整的成果。利用以上调整措施，该电厂1、2号机组的水冷壁局部严重超温得到有效的控制，以实践证明了以上调整措施的有效性，供大家借鉴。