國華惠州電廠2號(hào)鍋爐汽包水位偏差原因分析和對(duì)策研究

何 文 張大興

（中國神華能源股份有限公司國華惠州熱電分公司，廣東省惠州市，516082）

1 前言

中國神華能源股份有限公司國華惠州熱電分公司2號(hào)鍋爐是武漢鍋爐廠制造的亞臨界控制循環(huán)汽包爐，型號(hào)為WGZ1100／17.45-3，采用平衡通風(fēng)，露天布置，全懸吊結(jié)構(gòu)膜式爐墻，設(shè)計(jì)燃用神混煤。煤粉燃燒器采用20只帶偏置周界風(fēng)的水平濃淡燃燒器，四角布置，大小雙切圓燃燒，共分5層，其中21 層位于最下部，二次風(fēng)中的24下和25上、25上上具有反切消旋功能，同時(shí)在燃燒器區(qū)上方布置3層分離式燃盡風(fēng) （SOFA），以實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)空氣的深度分級(jí)、進(jìn)一步降低NOx排放。制粉系統(tǒng)采用正壓直吹式，配備5臺(tái)HP863型碗式磨煤機(jī)。

2號(hào)鍋爐自2014年1月C級(jí)檢修后投運(yùn)以來，鍋爐一直存在著A 側(cè)汽包水位偏低 （超過報(bào)警值-50mm）和A、B 兩側(cè)汽包水位偏差大的問題，具體表現(xiàn)為：

（1）在鍋爐負(fù)荷為280 MW 以下時(shí)，鍋爐汽包兩側(cè)水位偏差在50mm 以下；當(dāng)將負(fù)荷繼續(xù)升高至330 MW 時(shí)，鍋爐汽包水位偏差大幅升高，經(jīng)常超過100mm，最高時(shí)甚至達(dá)150mm 以上。

（2）B側(cè)汽包水位基本處于正常水平 （30mm以下），A 側(cè)汽包水位經(jīng)常處于負(fù)值，隨著鍋爐負(fù)荷升高，其負(fù)值程度不斷擴(kuò)大，最大時(shí)曾超過-100mm。

（3）在高負(fù)荷 （280 MW 以上）停運(yùn)各磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，A、B兩側(cè)汽包水位均存在較大偏差，停22＃、24＃磨煤機(jī)時(shí)，配合燃燒器擺角上仰，水位偏差可控制在100mm 以下。

（4）在300 MW 負(fù)荷、燃燒器擺角由0°上仰15°左右，汽包水位偏差可下降10～20mm，但兩側(cè)水位偏差仍處于100mm 以上的較高水平。

由于2 號(hào)鍋爐在280 MW 以上較高負(fù)荷時(shí)汽包水位偏差過大，大幅高于合理值50 mm 以內(nèi)，對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行帶來較大不利影響，需要查明原因并加以解決。

2 汽包水位偏差原因分析

對(duì)于四角切圓鍋爐從燃燒角度來講，形成鍋爐汽包兩側(cè)水位偏差的可能的原因主要為切圓不居中，即火球存在偏斜造成鍋爐兩側(cè)墻熱負(fù)荷不均勻，熱負(fù)荷高的一側(cè)水冷壁吸熱量大、水位低，熱負(fù)荷低的一側(cè)則相反。其中，影響切圓不居中的主要因素又包括四角一次風(fēng)、二次風(fēng)的均勻性，這是在機(jī)組運(yùn)行中可以調(diào)整的方面，同時(shí)還包括燃燒器的傾角和燃燒器射流形成的切圓位置，后者在安裝或檢修時(shí)確定，在運(yùn)行過程中不可調(diào)整。按此思路，對(duì)2號(hào)鍋爐汽包水位偏差的形成進(jìn)行分析。

2.1 爐溫測(cè)量

在鍋爐負(fù)荷為300 MW、燃燒器擺角水平位時(shí)對(duì)燃燒器區(qū)爐溫水平進(jìn)行了測(cè)量，如表1所示，熱負(fù)荷總體上呈現(xiàn)出A 側(cè)墻高于B 側(cè)墻的傾向，其中前墻A 側(cè)較B側(cè)高約50℃、后墻A 側(cè)較B側(cè)高約40℃；另外，后墻爐溫較前墻爐溫也存在偏高現(xiàn)象，偏高約30～40℃。據(jù)此分析，說明鍋爐燃燒器區(qū)熱負(fù)荷存在一定偏差，火球偏向于A 側(cè)墻、后墻，火球位于3＃角附近。

表1 鍋爐爐溫水平測(cè)量

2.2 磨煤機(jī)出口一次風(fēng)速均勻性

試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)人員在各磨煤機(jī)出口四根一次風(fēng)管上利用經(jīng)過標(biāo)定的靠背管按照等截面圓環(huán)法對(duì)各風(fēng)管一次風(fēng)速進(jìn)行了測(cè)量，計(jì)算風(fēng)速偏差和磨煤機(jī)通風(fēng)量。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 磨煤機(jī)一次風(fēng)速測(cè)量

從測(cè)試結(jié)果看，各磨煤機(jī)出口粉管流速存在一定偏差，其中22＃、23＃、24＃單管存在偏差，而21＃、25＃磨煤機(jī)四管風(fēng)速偏差較大。總體上看，其基本規(guī)律是1＃、2＃角風(fēng)速較3＃、4＃角風(fēng)速偏高，對(duì)于鍋爐來說，則是1＃、2＃角一次風(fēng)動(dòng)量要高于3＃、4＃角，這容易造成火球偏向于A 側(cè)墻、后墻。其中，火球偏向于A 側(cè)墻主要是由于1＃角強(qiáng)、4＃角弱造成，火球偏向于后墻主要是由于3＃角弱造成。

2.3 二次風(fēng)速均勻性

經(jīng)了解，2號(hào)鍋爐在停爐檢修期間未對(duì)二次小風(fēng)門擋板進(jìn)行調(diào)整，故認(rèn)為二次風(fēng)均勻性不存在問題。為考察二次風(fēng)配風(fēng)均勻性對(duì)汽包水位的影響，在230 MW 負(fù)荷下，維持風(fēng)箱壓力不變，將1＃、2＃角二次風(fēng)門開度設(shè)置為10%，將3＃、4＃角二次風(fēng)門開度設(shè)置為40%進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，二次風(fēng)門開度偏置造成3＃、4＃角二次風(fēng)動(dòng)量提高后，火球位置有偏離A 側(cè)墻的趨勢(shì)，A 側(cè)汽包水位由-40～-50mm 下降至-40～-45mm，下降幅度在5mm 左右，幅度不大，根據(jù)2號(hào)鍋爐汽包水位偏差隨負(fù)荷上升而偏差增大的特性，可以預(yù)見在高負(fù)荷時(shí)對(duì)汽包水位偏差的緩解作用有限，二次風(fēng)速均勻性不是形成汽包水位偏差的主要原因，通過調(diào)整二次風(fēng)門偏置不能有效地解決汽包水位偏差問題。

2.4 燃燒器傾角和切圓

根據(jù)2號(hào)鍋爐檢修后所做的燃燒器角度和切圓測(cè)試報(bào)告，燃燒器一次風(fēng)和二次風(fēng)噴口均存在一定程度的下傾，具體見表3所示。經(jīng)調(diào)整，一次風(fēng)噴口傾角均已調(diào)整至0°，二次風(fēng)噴口暫未予調(diào)整，其中2＃、3＃和4＃角下傾較為嚴(yán)重，4＃角DE2噴口下傾為-16°，會(huì)使?fàn)t膛火焰中心下移，對(duì)爐內(nèi)燃燒有一定影響。

表3 檢修前燃燒器傾角 單位：（°）

在一次風(fēng)燃燒器傾角由小幅下傾調(diào)整至水平位后，燃燒器出口一次風(fēng)射流在切圓方向上的動(dòng)量增加。在四角一次風(fēng)速均勻性欠佳的情況下，對(duì)風(fēng)速偏差有一定的放大作用。

另外，從一次風(fēng)燃燒器切圓直徑測(cè)量結(jié)果來看，如表4所示，在2＃～4＃切圓形成過程中，兩個(gè)半圓的切圓大小并不一致，4＃角一側(cè)普遍較2＃角一側(cè)切圓半徑大約100mm，在熱態(tài)運(yùn)行時(shí)，切圓有向A 側(cè)墻偏移的趨勢(shì)，在1＃角風(fēng)速高、4＃角風(fēng)速低的情況下會(huì)加重這種偏斜，是形成汽包水位偏差的一個(gè)可能的原因。

2.5 燃燒器擺角調(diào)整試驗(yàn)

本試驗(yàn)的目的是考察燃燒器擺角的變化對(duì)汽包水位偏差的影響。在鍋爐負(fù)荷為300MW 的情況下，燃燒器擺角向下擺動(dòng)時(shí) （0°以下時(shí)）汽包水位偏差有逐漸增大趨勢(shì)，因此試驗(yàn)選取了5°、15°、25°三個(gè)擺角作為試驗(yàn)工況，結(jié)果顯示，擺角上擺時(shí)汽包兩側(cè)水位偏差有縮小趨勢(shì)，但效果有限，A 側(cè)水位值和兩側(cè)水位偏差仍然較大（100mm 以上），說明燃燒器擺角也不是形成汽包水位偏差的主要原因。一般來講，在火球居中的情況下，燃燒器擺角調(diào)整一般不會(huì)對(duì)鍋爐A、B兩側(cè)的熱負(fù)荷和汽包水位造成影響，目前燃燒器擺角變化對(duì)汽包水位偏差有一定影響，說明火球居中特性欠佳。如圖1所示。

圖1 汽包水位及燃燒器擺角試驗(yàn)結(jié)果

表4 一次風(fēng)燃燒器切圓直徑測(cè)量結(jié)果 單位：mm

2.6 試驗(yàn)結(jié)果

通過運(yùn)行數(shù)據(jù)分析和試驗(yàn)測(cè)試可以看出，形成2號(hào)鍋爐兩側(cè)汽包水位偏差 （A 側(cè)偏低）的原因主要是由于鍋爐火球位置偏向于A 側(cè)墻、后墻，一次風(fēng)速不均勻、燃燒器2＃～4＃角切圓位置不居中是形成火球位置偏斜的主要原因，而二次風(fēng)配風(fēng)均勻性、燃燒器擺角對(duì)汽包水位偏差有一定影響，但不是主要原因。其中，各磨煤機(jī)一次風(fēng)速均存在一定偏差，總體趨勢(shì)是1＃、2＃角風(fēng)速較3＃、4＃風(fēng)管角風(fēng)速偏高，將火球推向A 側(cè)墻、后墻，屬于運(yùn)行過程中可調(diào)整的因素。

3 一次風(fēng)速均勻性調(diào)整

在上述分析的基礎(chǔ)上，對(duì)各磨煤機(jī)出口一次風(fēng)管風(fēng)速進(jìn)行了調(diào)整，將各管風(fēng)速偏差控制在5%以內(nèi)，如表5所示。

表5 磨煤機(jī)一次風(fēng)速調(diào)整

4 優(yōu)化調(diào)整后的汽包水位和爐溫

在各磨煤機(jī)四角一次風(fēng)速調(diào)平完成、一次風(fēng)速均勻性提高后，進(jìn)行了鍋爐帶負(fù)荷試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，調(diào)整后各負(fù)荷點(diǎn)基本可實(shí)現(xiàn)汽包水位偏差在30～50mm 范圍內(nèi)變化，汽包水位偏差問題得到控制，說明一次風(fēng)速均勻性對(duì)汽包水位的形成造成了主要影響。如圖2所示。

圖2 一次風(fēng)速調(diào)整后汽包水位

在一次風(fēng)速均勻性提高后，再次在280 MW負(fù)荷下進(jìn)行了燃燒器擺角試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，燃燒器擺角從0°變化至10°、20°時(shí)，汽包水位偏差變化幅度在10mm 以內(nèi)，影響仍然較小。

表6 調(diào)整后2號(hào)鍋爐爐溫水平測(cè)量 （280 MW）

如表6所示，一次風(fēng)速均勻性提高后，燃燒器區(qū)爐溫水平均勻性也得到提高，首先是前后墻之間的爐溫偏差得到消除，兩側(cè)墻的爐溫偏差也已下降至20℃左右，對(duì)汽包水位偏差的影響較小，說明火球通過一次風(fēng)速的調(diào)整偏斜有了校正。

5 結(jié)語

（1）形電2號(hào)鍋爐汽包水位偏差的主要原因是火球偏向A 側(cè)墻和后墻，一次風(fēng)速均勻性欠佳、2＃～4＃角燃燒器形成的切圓偏向A 側(cè)墻是造成火球偏斜的主要原因，而二次風(fēng)均勻性和燃燒器擺角對(duì)其影響較小。

（2）通過調(diào)整各磨煤機(jī)一次風(fēng)管風(fēng)速，將各管風(fēng)速偏差控制在5%以內(nèi)。調(diào)整完成后，兩側(cè)汽包水位偏差由調(diào)整前的100 mm 以上下降至30 mm以內(nèi) （最高時(shí)不超過50mm），汽包水位偏差大的問題得到控制和解決。

（3）建議在今后的低氮燃燒器改造、燃燒器安裝過程中加強(qiáng)對(duì)燃燒器傾角、切圓大小和位置的檢查，保證切圓和火球位置居中，避免再出現(xiàn)類似問題。

（4）根據(jù)各磨煤機(jī)的出口一次風(fēng)速調(diào)平的結(jié)果顯示，2號(hào)鍋爐切圓由于存在著物理偏差會(huì)導(dǎo)致風(fēng)速調(diào)平后還有一定的燃燒偏斜情況，可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，采用燃燒器擺角的不同位置對(duì)燃燒偏差引起的水位偏差進(jìn)行緩解調(diào)節(jié)。

［1］ 袁穎.燃煤鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)方法 ［M］ .北京：中國水利電力出版社，1974

［2］ 張安國.電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)性能試驗(yàn) ［M］.北京：中國電力出版社，2004