超臨界鍋爐汽溫超限原因分析及對策

蔣狄希 崔 健 鄔建春

（浙江浙能樂清發電有限責任公司，浙江 溫州325600）

1 系統簡介

浙江浙能樂清發電有限責任公司一期2×600MW機組采用的是超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊Π型結構、露天布置燃煤鍋爐。爐膛由膜式壁組成，從爐膛冷灰斗進口（標高8300mm）到標高49670mm處爐膛四周采用螺旋管圈，在此上方為垂直管圈。爐膛上部布置有前屏過熱器和后屏過熱器，水平煙道依次布置高溫再熱器和高溫過熱器，尾部煙道布置有低溫再熱器和省煤器。每臺鍋爐設24只直流式燃燒器分6層布置于爐膛下部四角，煤粉和空氣從四角送入，在爐膛中呈切圓方式燃燒。

鍋爐BMCR工況過熱蒸汽流量為1913t／h，額定壓力為25.4MPa，主再熱汽額定溫度為571℃／569℃。過熱器汽溫通過煤水比調節和兩級噴水來控制，改變煤／水比進行粗調、控制啟動分離器出口工質溫度為基本調節，二級噴水減溫細調。再熱器汽溫采用燃燒器擺動調節，再熱器進口連接管道上設置事故噴水。滑壓運行時，過熱蒸汽在35%～100%BMCR范圍內能維持額定汽溫，再熱蒸汽在50%～100%BMCR范圍內能維持額定汽溫。

2 現狀及原因分析

在實際運行中，各臺機組普遍存在快速加負荷時主再熱汽溫容易超溫現象，甚至出現過由于連續快速加負荷導致主汽溫嚴重超溫鍋爐MFT現象。2013年1—5月，＃1、＃2主再熱汽溫平均每月超溫次數達數十次，這其中以再熱器的超溫為主，超溫的時間大多發生在12：00—13：00和6：00—8：00，占總超溫次數的總量達75%左右。這種情況的存在嚴重威脅機組安全運行，增大了鍋爐主再熱器超溫爆管的可能性，降低了鍋爐壽命。主要原因分析如下：

（1）相對于汽包鍋爐來說，直流鍋爐蓄熱能力小、慣性小、主再熱汽溫不易控制，特別是在機組連續快速加負荷時，為了響應負荷，鍋爐的總煤量會有一個快速增加的過程，由于鍋爐蓄熱能力小，爐膛吸熱跟不上，爐膛出口溫度及煙氣流量急劇上升，導致主再熱器吸熱增加而超溫。這一現象在直流鍋爐中普遍存在。

（2）加負荷時備用磨煤機啟動過晚，由于快速加負荷時鍋爐的總煤量增加較快，使運行各臺磨煤機煤量快速增加造成各磨煤機出口溫度快速下降（這種情況在冬天及雨天煤較濕的情況下尤其明顯）使爐膛燃燒延時，火焰中心上移，使爐膛出口溫度上升造成過熱器和再熱器吸熱增加而超溫。

（3）機組由于消缺或其他原因，如凝汽器單側隔離清洗，長時間低負荷運行，鍋爐爐膛未進行吹灰，導致爐膛出口溫度提高，使高溫過熱器受熱面吸熱量增加，加負荷時容易造成主再熱汽超溫。

（4）在快速加負荷時設置過熱度負偏置幅度不夠或不夠及時，導致鍋爐給水量增加速率增加較慢，使蒸汽流量響應較慢，而機組協調為了快速響應負荷使總煤量快速增加，造成煙氣流量急劇上升，對于以對流受熱為主的主再熱器受熱面，其吸熱也急劇增大，導致超溫。

（5）機組低負荷時，磨煤機可能只有4臺運行，加煤的前饋只作用在4臺磨上，加負荷時容易達到磨煤機的出力極限，由于熱一次風溫度是隨著負荷的上升逐步上升，有一定延時，所以低負荷時4臺磨煤機運行碰到連續快速加負荷，這4臺磨煤機煤量就會快速增加，磨煤機出口溫度快速下降，導致爐膛燃燒延時，火焰中心上移，主再熱器吸熱大幅度上升，而此時水冷壁由于吸熱增加較少蒸發量增加不多，導致主再熱汽溫超溫。

（6）遇到原煤濕度大，制粉系統制粉遲延性較大，加進去的煤不能及時成為煤粉輸出，磨煤機內存煤量增加。到干燥出力提高后，這些煤粉又會大量輸出。這段時間內粉量與給煤量不成正比，導致鍋爐燃燒有額外的能量增加，還使煙氣流量明顯增大，造成超溫。

（7）已是嚴重超溫時盲目拉停磨煤機。根據集控運行規程規定，當機組在協調方式或汽機跟隨且燃料主控自動運行時，當前負荷指令－剩余輔機帶負荷能力＞20MW，磨煤機跳閘或停運RB會動作，而剩余磨煤機帶負荷能力為：4臺磨煤機為530MW，剩余3臺磨煤機為427MW，剩余2臺磨煤機為285MW；所以只有在負荷大于550MW時5臺磨煤機運行，拉停1臺磨煤機RB才會動作，以此類推。如果負荷低于RB動作值時拉停1臺磨煤機，其他磨煤機煤量會迅速增加以維持總煤量不變，造成這些磨煤機出口溫度短時快速降低，使爐膛燃燒延時，火焰中心上移，導致爐膛出口溫度上升造成過熱器和再熱器吸熱進一步增加，進一步推高主再熱汽溫，后果十分嚴重。這時我們操作員發現拉停1臺磨煤機沒有用，只好再拉停1臺磨煤機，錯過處理事故的最佳時期，甚至造成事故進一步擴大。

3 處理及改進措施

針對不同的超溫原因采取如下處理措施，能有效改善汽溫控制狀況，減少超溫現象的發生：

（1）爐膛長時間未進行吹灰時，向值長申請適當減緩加減負荷速率，負荷滿足要求時及時對爐膛進行吹灰，增加水冷壁的吸熱，降低爐膛出口煙溫，減少主再熱器吸熱。

（2）加負荷時及時啟動磨煤機，控制運行磨煤機出口溫度不低于75℃，防止由于磨煤機出口溫度過低使爐膛燃燒火焰中心上移，造成爐膛出口溫度上升。

（3）快速加負荷時增加給水偏置，增加給水速率，提高水冷壁的蒸發量，增加負荷響應速率，減緩總煤量增加速率，對于以對流受熱為主的高溫過熱器和高溫再熱器來說，煤量增加速率減緩就意味著總的煙氣流量增加放緩，使主再熱器受熱面吸熱量增速變慢，同時由于給水率的增大使水冷壁產汽量增大進而使流過主再熱器的蒸汽流量增加，減緩主再熱汽溫上升。蒸汽流量增加負荷響應變快，又可以抑制煤量增速，形成良性循環。但如果給水偏置增加過大，會使過熱度下降，使主汽溫下降，這樣過熱度負偏置就要適當回調，這就需要我們操作員憑經驗決定，沒有具體的規定。

（4）發現汽溫上升過快而現有手段用盡時，可以“hold”一下負荷，等汽溫回落時，重新加負荷。

（5）如果發現已嚴重超溫，有2種處理情況：

1）機組負荷高于燃料RB動作值，則立刻拉停1臺最上層1套制粉系統，使燃料RB動作快速減負荷來降低汽溫。

2）如果機組負荷低于燃料RB動作值其他所有手段用盡時可以立刻撤出鍋爐主控自動，手動減少設定值能快速地把總煤量、風量減下來，對于以對流換熱為主的高溫過熱器、高溫再熱器，煙氣流量的快速減少能短時把主再熱汽溫降下來（這種方法已通過實踐證明，效果非常明顯，汽溫回落不超過10s）；或者撤出燃料主控自動手動拉停1臺磨煤機，這樣總煤量能瞬間減少1／5或1／4，但是這種策略機組燃料RB不會動作，鍋爐總風量下降緩慢，總體效果不如前者明顯。

（6）試驗情況：2013年6月17日06：25和6月18日06：25，在＃1、＃2爐在快速連續加負荷時，對啟動相關備用制粉系統及給水過熱度偏置設定值進行相應調整，具體如表1所示。

表14個工況汽溫參數

工況1：6月17日，＃1機快速加負荷至430MW，啟第5套制粉系統，過熱度偏置0℃。

工況2：6月18日，＃1機快速加負荷至400MW，啟第5套制粉系統，過熱度偏置－5℃。

工況3：6月17日，＃2機快速加負荷至430MW，啟第5套制粉系統，過熱度偏置0℃。

工況4：6月18日，＃2機快速加負荷至400MW，啟第5套制粉系統，過熱度偏置－5℃。

通過試驗發現在機組快速加負荷階段，提早啟動備用磨煤機（加負荷啟備用磨煤機的時間從430MW提前至400MW）及在快速加負荷時將過熱度偏置設由0℃改為－5℃，提高加水速率，能有效控制主、再熱汽溫上升值。同時我們發現機組所使用的減溫水流量也明顯減少，提高了鍋爐效率。

上述措施的采用，使得超溫現象減少，如表2所示。

表22013年1—10月＃1、＃2機超溫次數統計

根據以上數據我們可以發現，采取上述措施后，＃1、＃2機6—10月超溫次數比1—5月有明顯減少。

4 結語

每天12：00—13：00和06：00—08：00這段時間都是機組加負荷最快的時間段，在這段時間區域內主再熱汽溫超溫情況是比較頻繁的，可以說占全部超溫的75%以上。通過采取上述措施，＃1、＃2機主再熱汽溫超溫次數明顯減少，如果我們所有控制溫度操作都能按照上述執行，能有效防止超溫及嚴重超溫情況發生，有效保證機組的安全運行。