鍋爐冷態啟動過程中汽溫倒掛問題的分析與對策

蔡國柱，胡中慶，李文華，李 劍

（1.浙江浙能溫州發電有限公司，浙江 樂清 325602；2.浙江天工自信科技有限公司，杭州 310014；3.浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

0 引言

微油點火技術是在鍋爐啟動時以煤代油為啟爐提供能量，以達到鍋爐啟動和穩燃工況下節省用油的目的。微油點火改造后啟爐時，因爐內傳熱分配比例發生變化，相應的運行參數會與改造前有所不同，出現啟爐時升溫、升壓速率不同，過熱器進、出口汽溫倒掛（末級過熱器進口汽溫高于出口汽溫）等情況。從已進行微油點火改造的鍋爐運行情況看，微油點火改在最下層（A層）時汽溫倒掛現象并不明顯，但改在從下往上數第二層（B層）時會出現一定程度的過熱器汽溫倒掛現象。

溫州發電廠二、三期4臺300 MW機組鍋爐完成微油點火技術改造后，在冷爐啟動過程中一直存在較嚴重的汽溫倒掛現象。為避免在啟動過程中汽溫倒掛過大而引起屏式過熱器出口汽溫超溫，以及可能給鍋爐帶來的一些不安全因素，在冷爐啟動時機組帶負荷前需投入大油槍，同時降低微油點火燃燒器的出力。如此的運行方式導致啟爐時微油點火技術無法得到充分應用，節油效率大打折扣。

1 設備概況及改造情況

溫州發電廠300 MW機組二期3號、4號鍋爐以及三期5號、6號鍋爐均為上海鍋爐廠引進美國ABB-CE公司技術生產，分別為SG-1025/18.3-M843和SG-1025/17.5-M869型的亞臨界中間一次再熱控制循環汽包爐，配用中速磨直吹式制粉系統，單爐膛π型露天布置、固態排渣、平衡通風、全鋼架懸吊結構，采用四角正反切圓燃燒、噴嘴擺動調溫，燃用中等結渣性煙煤，現常用煤種為富動24、優混煤，設計煤種參數如表1所示。3號、4號機組分別于2001年4月和2001年9月投產，5號、6號機組分別于2005年3月和2005年7月投產。

表1 鍋爐設計煤種參數 %

爐前布置5臺HP-863型中速磨煤機，每臺磨煤機出口4根煤粉管道接1層燃燒器，4臺磨煤機就可滿足鍋爐最大出力（BMCR）負荷，其中1臺備用。燃燒器四角布置，采用WR燃燒器和同心反切圓燃燒系統，共20只切向燃燒擺動式燃燒器，分5層布置。燃燒器自下而上依次為：AA，A，AB，B，BC，C，CD，D，DE，E，EF，OFA。

每臺鍋爐設有3層輕油槍，共12支，采用機械霧化，二級點火方式，燃用0號輕柴油，單支油槍出力1 000 kg/h。

2006年4月—2007年8月，相繼對5號、6號、4號、3號爐進行微油點火改造?？紤]到鍋爐正常運行一般投用上4層燃燒器，為了能在低負荷工況投微油槍運行時減少切換磨煤機的工作量，將B磨所對應的B層燃燒器（從下往上第二層）改造為微油點火燃燒器，B磨改造后啟動給煤量為10 t/h，微油槍設計出力為40～60 kg/h·支。改造后大油槍系統保持不變。

2 汽溫倒掛現象

溫州發電廠300 MW機組利用微油點火進行冷爐啟動時，存在鍋爐升壓緩慢而升溫較快的問題，鍋爐啟壓后末級過熱器進口汽溫高于出口汽溫。隨著B磨給煤量的增加，末級過熱器汽溫倒掛進一步加劇，特別在汽機沖轉至帶30～40 MW負荷階段，為了穩住鍋爐蒸汽壓力，增加了B磨出力，汽溫倒掛現象更加嚴重，高達60℃以上，甚至出現屏式過熱器出口汽溫超溫現象，而溫州發電廠鍋爐一、二級過熱器減溫水要在機組帶30 MW負荷后才可投用，因而給鍋爐運行安全帶來一定隱患。為了控制啟爐過程中汽溫倒掛現象，運行人員會在汽機沖轉前投入2～4只大油槍進行助燃，同時降低B磨出力，投入A磨運行。鍋爐微油點火啟動過程的汽溫曲線如圖1所示。

圖1 鍋爐微油點火啟動相關參數

嘉興發電廠一期300 MW機組鍋爐與溫州發電廠二、三期鍋爐同類型，微油點火改造時也將B層燃燒器改為微油點火燃燒器。在微油點火啟爐過程中同樣出現了過熱器汽溫倒掛現象，但倒掛程度略好于溫州發電廠，最高約30℃，主要原因是嘉興發電廠一期鍋爐減溫水在機組帶負荷之前即可投入，有效控制了過熱器進口蒸汽溫度，減小了汽溫倒掛程度。另外，嘉興發電廠一期鍋爐燃用的神華煤揮發份較高，也有利于汽溫倒掛的控制。

3 原因分析

微油點火是在鍋爐啟爐時以煤代油，由于煤與油的燃燒特性不同，引起微油點火冷爐啟動初期爐內的傳熱分配與大油槍啟動有所不同。爐膛水冷壁吸熱有95%來自輻射，從爐膛的輻射公式來看， 決定輻射強度的 2 個關鍵因素是火焰溫度和傳熱系數。用微油點火啟爐時，煤的燃燼時間比燃油長，燃燒強度偏弱，相應的煤粉火焰會比較長，從而引起啟爐初期火焰中心上移，隨著磨煤機給煤量的增加，火焰中心上移會更加明顯，同時由于微油點火燃燒器安裝在B層，使火焰中心上移的影響更為突出。冷爐啟動時，微油點火燃燒器產生的煤燃燒火焰溫度比油火焰低，利用微油點火，在啟爐初期燃燒器噴口處的煤粉火焰溫度雖可達1 000℃左右，但隨著火焰向爐膛推進，溫度逐漸下降，爐膛內煤粉整體火焰溫度約為600～850℃。另外，利用微油點火啟爐，煤粉燃燒產生的大量飛灰充滿爐膛，加之此時爐內通風比較弱，爐膛內非常渾濁，可見度差，飄浮在爐膛內的飛灰焦炭顆粒溫度較低，且具有很強的輻射吸熱能力，阻礙了煤粉火焰對爐壁的輻射傳熱。以上原因導致爐膛下部輻射吸熱減少，更多的熱量傳到爐膛上部或對流受熱面，導致微油點火啟爐時鍋爐升壓慢而升溫快，出現汽溫倒掛現象。

4 解決措施

根據以上研究分析，為減緩溫州發電廠300 MW機組微油點火冷爐啟動過程中出現的汽溫倒掛現象，需要提高微油點火燃燒器煤粉燃燒強度，控制煤粉火焰的中心，加強爐膛下部的輻射傳熱比率。根據各臺機組的具體情況，采取了以下調節措施：

（1）在微油點火冷爐啟爐時，盡可能給B磨提供高揮發份、高熱值、低水份的燃煤。高揮發份、低水份燃煤有利于微油點火時加強煤粉燃燒，提高煤粉的燃燒強度和火焰溫度，強化爐膛下部的傳熱。

（2）在微油點火燃燒器許可范圍內適當提高微油槍出力，增強微油點火燃燒器的引燃能力，促進煤粉燃燒。在提高微油槍出力時，應密切關注微油燃燒器的壁溫情況，以防燃燒器燒損。

（3）在微油點火啟動時，適當關小微油燃燒器所對應的磨煤機出口風門擋板，以提高煤粉細度，加強煤粉燃燒，有利于提高煤粉火焰溫度、煤粉燃燼和火焰中心的控制。

（4）合理控制啟爐時磨煤機一次風的投用，中速磨啟爐時可以把一次風量控制在50 t/h左右。一次風量的降低不但可以提高煤粉細度，還可以延長煤粉在微油燃燒器高溫引燃區的停留時間，有利于煤粉引燃和燃燼。另外，運行條件允許時可盡量提高磨煤機出口一次風溫度，以提高一次風風煤混合物的溫度，加強煤粉燃燒。

（5）調整二次風的配風方式，合理控制二次風總風量。過多的二次風量會降低燃燒區域的整體火焰溫度，減弱高溫煙氣在爐膛底部的輻射傳熱，所以在保證鍋爐安全運行的前提下，盡量減小啟爐初期的二次風總風量，把鍋爐運行總風量控制在45%～55%，滿足運行所需即可。調整二次風配風方式，當鍋爐啟壓后，提高微油燃燒器上方的BC和CD層二次風風量，減小爐膛上部DE，EF，OFA和爐膛下部AB層的二次風風量，延長煤粉火焰在爐膛下部的停留時間，防止火焰中心上移。

溫州發電廠5號爐微油點火冷爐啟動時，對配風方式和油槍出力進行調整，從點火到帶40 MW負荷的整個過程不投大油槍，僅用微油點火完成，取得了較好的效果，汽溫倒掛現象得到有效控制，最高倒掛溫度小于35℃，較以往有了明顯改善。啟爐過程相關數據曲線如圖2所示。

圖2 5號爐微油點火啟動調整后運行參數

5 結語

溫州發電廠300 MW機組鍋爐微油點火冷態啟爐時出現末級過熱器汽溫倒掛現象，主要是由于微油點火啟爐時投用燃煤，相對于燃油，煤粉燃燒具有燃燒強度低、燃燼時間長、火焰溫度低等特點，導致啟爐時火焰中心上移，爐膛下部輻射吸熱比率減小，而微油點火改造在B層（從下往上數第二層）更加劇了火焰中心上移。

結合鍋爐具體情況，提出了啟爐時調整煤質和啟動磨煤機運行參數、微油槍出力、二次風配風方式等具體措施來控制汽溫倒掛現象。從調整后5號爐的啟動情況來看，不投大油槍、僅利用微油點火完成啟爐過程，汽溫倒掛得到了有效控制，微油點火技術也得到了充分應用，取得了較好的效果。

[1]容鑾恩，袁鎮福，劉志敏，等.電站鍋爐原理[M].北京：中國電力出版社，1997.