超臨界旋流對沖燃燒鍋爐蒸汽溫度偏差的試驗研究

陳連軍 黃啟龍 戴維葆

國電科學技術研究院

1.概述

國電某電廠600MW超臨界參數鍋爐，由東方鍋爐廠生產，采用旋流對沖燃燒方式，配5套MGS4060雙進雙出鋼球磨正壓式直吹制粉系統，對應20只雙調風低旋流燃燒器分5層布置于爐膛前后墻上，前墻從下往上分別為B層、C層、D層，后墻從下往上分別為A層、E層。

2. 問題描述

鍋爐自投產后約一年時間內，一直存在屏式過熱器A、B兩側溫升偏差，不同磨煤機組合時有不同的偏差。具體情況如下：當A、B、C三臺磨煤機運行時，機組負荷400MW以下，過熱蒸汽參數額定，過熱減溫水量40～70t/h，再熱蒸汽555℃～562℃，再熱減溫水量為0，屏式過熱器溫升偏差高達30℃以上（A側高，B側低）；當A、B、C、E四臺磨煤機運行，機組負荷400MW~520MW，過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度額定，過熱減溫水40t/h～60t/h，再熱減溫水量為0，屏式過熱器A、B兩側溫升偏差為10℃～15℃（A側高，B側低））；當A、B、C、D、E五臺磨煤機運行時，機組負荷520MW以上，過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度額定，過熱減溫水量50t/h～90t/h，再熱減溫水量為0，屏式過熱器A、B側溫升偏差在5℃以內。通過高溫過熱器前蒸汽交叉以及減溫水糾正后，末級過熱器出口蒸汽溫度沒有偏差，故對此問題沒引起注意。經過近3個月的連續運行，屏式過熱器溫升偏差越來越嚴重，當嚴重時，在ABCE磨運行時，A側屏式過熱器進出口溫度分別為402℃和584℃，B側屏式過熱器進出口溫度分別為411℃和525℃,兩側溫升偏差高達69℃。

蒸汽溫度偏差容易造成高溫側受熱面超溫，低溫側蒸汽溫度達不到額定，由于蒸汽偏差造成蒸汽溫度達不到額定，影響機組的經濟性，甚至影響機組帶負荷能力；超（超）臨界鍋爐由于受熱面高，易產生氧化皮，當壁溫變溫速度達到一定程度，氧化皮容易脫落，造成受熱面堵管等，導致受熱面爆管[1]。

3. 原因分析

根據蒸汽溫度偏差的情況分析，顯然不同磨煤機組存在著不同的蒸汽溫度偏差表現形式，以往蒸汽溫度偏差研究，主要從配風或汽水側著手分析解決[2-3]，本文根據現場情況，從各粉管煤粉量對蒸汽溫度偏差進行分析。

3.1 省煤器出口氧量分布

機組450MW負荷下，A、B、C、E磨運行，對省煤器出口的煙氣氧量分布進行測量，發現煙氣氧量分布呈A側低B側高的趨勢，如圖1所示。

圖1 450MW負荷省煤器出口煙氣氧量與CO濃度分布情況（左-右）

由圖1可看出，省煤器出口氧量呈A側低B側高，與屏式過熱器出口壁溫分布（與屏式過熱器蒸汽溫升A側高B側低一致）趨勢相反，屏式過熱器出口壁溫分布如圖2所示。另外，由于氧量分布不均，CO濃度分布存在偏差，呈左高右低，局部區域CO濃度可達到1600ppm。

圖2 450MW時屏式過熱器壁溫分布情況（左-右）

3.2 磨煤機各粉管的煤粉出力

考慮到鍋爐采用前后墻對沖燃燒方式，爐寬方向上煙氣穿透作用非常弱，可忽略不計，從省煤器出口氧量分布情況可推斷爐膛出口的氧量分布呈A側低B側高的趨勢，因此爐寬方向上存在風量或燃料量分布不均或二者兼有。首先對各磨煤機不同粉管的煤粉量進行測量，采用零壓擺動式煤粉等速取樣裝置（AKOMA2000），試驗結果如圖3所示。

圖3 不同磨煤機各粉管8分鐘測得的煤粉量

由圖3可見，當A、B、C磨煤機運行時，各層燃燒器左側的煤粉量之和明顯大于右側，如1號噴燃器（A側）的煤粉量之和在1500g/8min以上，4號噴燃器（B側）僅為1000g/8min，相差約35%；A、B、C、E磨煤機運行時，偏差明顯減小；ABCED磨運行時，各噴燃器的煤粉量之和分布較均勻。煤粉量分布情況與前文提到的不同磨煤機組合（ABC磨、ABCE磨、ABCED磨）的蒸汽溫度偏差情況非常吻合。450MW負荷（ABCE磨運行）時的屏式過熱器壁溫分布與煤粉量分布也一致，見圖2、圖3。

根據以上分析，爐寬方向上的煤粉量分布不均是造成爐內熱負荷不均勻、蒸汽溫度偏差的根本原因，同時造成爐寬方向上的氧量不均、局部CO濃度高等問題。

3.3 各磨煤機出力偏差的原因

從制粉系統結構特性、運行狀況等方面分析各粉管煤粉出力偏差的原因。從制粉系統結構角度來看，磨煤機出口至動態分離器入口直管段的距離約3m～4m，所以分離器入口的流場較穩定。根據動態分離器運行特性及相關試驗結果（應該有相關文獻的引用！），隨著分離器轉速的提高，分離器后各粉管的煤粉出力趨于均勻，隨著分離器轉速從65%降低到45%，蒸汽溫度偏差無變化，由此可見分離器轉速不是煤粉出力偏差的主要原因。

結合煤粉量分布情況，對磨煤機出口各粉管的一次風速進行測量及熱態一次風調平，進一步分析各粉管煤粉出力大幅偏差的原因。試驗結果表明，磨煤機各粉管的一次風速偏差較大，A、E磨煤機更為嚴重，且各粉管的煤粉出力偏差與一次風速偏差具有一致性，見表1。

表1 A、E磨煤機各粉管一次風速偏差、煤粉量偏差

試驗中，磨煤機各粉管的一次風平均風速為18m/s～19m/s，最低為12m/s，即一次風管存在積粉現象，加劇了一次風速和煤粉量的偏差，從而導致了嚴重的熱負荷偏差。

可見，一次風速偏差是造成煤粉量偏差的重要因素。由于A、E磨煤機對應的燃燒器在后墻，各一次風管繞到鍋爐后墻，阻力偏差大，造成了一次風管風速偏差大，且粉管水平段較長，更易造成粉管積粉，加劇了一次風速和煤粉量偏差。

4. 結語

根據以上分析，對一次風管中積粉進行吹掃，每臺磨煤機進行一次風速熱態調平后，并提高一次風速至24m/s以上，屏式過熱器蒸汽溫度偏差得到緩解，氧量分布偏差減小。通過本試驗研究表明：

（1）一次風速偏差是造成煤粉量偏差及爐內熱負荷偏差的重要因素之一，當總體一次風速偏低的情況下，更易造成粉管積粉，加劇一次風速和粉量偏差，故一次風速熱態調平及合適的一次風速是解決爐內熱負荷偏差的基礎工作。

（2）前后墻對沖旋流燃燒方式的鍋爐，省煤器氧量分布與蒸汽溫度偏差存在著一定的相關性，蒸汽溫度高的一側氧量較低，從受熱面壁溫分布上也可說明這一點。

[1]樊泉桂,樊晉元. 超超臨界鍋爐的汽溫偏差探析[J]. 鍋爐技術,2010（3）:1～4.

[2]陳瑞龍. 超臨界對沖燃燒器鍋爐屏過汽溫偏差原因分析及對策[J]. 電站系統工程,2010（9）:25～26.

[3]岳俊峰,高遠,黃磊等. 600MW超臨界旋流燃燒器鍋爐優化運行研究[J]. 電站系統工程,2010(5):15～17.