SOFA配風(fēng)調(diào)整對(duì)超臨界鍋爐末級(jí)過(guò)熱器偏差的影響

薛森賢，余盛杰，陳樹(shù)科

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海　519000)

SOFA配風(fēng)調(diào)整對(duì)超臨界鍋爐末級(jí)過(guò)熱器偏差的影響

薛森賢，余盛杰，陳樹(shù)科

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海519000)

摘要：針對(duì)珠海金灣發(fā)電廠600 MW超臨界機(jī)組在運(yùn)行的過(guò)程中，存在煙氣流場(chǎng)分布不均導(dǎo)致局部管壁出現(xiàn)超溫的現(xiàn)象,限制了主汽溫、再熱汽溫的運(yùn)行參數(shù)。不但降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，而且因受熱面的局部超溫使氧化皮快速生成，導(dǎo)致受熱面爆管影響了機(jī)組安全性。通過(guò)不同SOFA配風(fēng)方式對(duì)末級(jí)過(guò)熱器偏差影響的研究，探索出最佳的SOFA配風(fēng)方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱偏差有效控制，為機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保障，同時(shí)也為解決其他同類(lèi)型機(jī)組的熱偏差問(wèn)題提供參考。

關(guān)鍵詞：超臨界鍋爐；SOFA；末級(jí)過(guò)熱器；配風(fēng)；熱偏差

1設(shè)備簡(jiǎn)介

珠海金灣發(fā)電廠現(xiàn)有兩臺(tái)600 MW超臨界機(jī)組，鍋爐設(shè)備采用的是上海鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界螺旋管圈、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、四角切圓燃煤直流爐。爐膛上部布置有分隔屏過(guò)熱器和后屏過(guò)熱器，水平煙道依次布置高溫再熱器和高溫過(guò)熱器，尾部煙道布置有低溫再熱器和省煤器。燃燒方式采用最新引進(jìn)的低NOx同軸燃燒系統(tǒng)(LNCFS)，煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動(dòng)式燃燒器。主風(fēng)箱設(shè)有6層強(qiáng)化著火煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有燃料風(fēng)(周界風(fēng))。在每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置有1層輔助風(fēng)噴嘴，其中包括上下2只偏置的CFS噴嘴，1只直吹風(fēng)噴嘴。在主風(fēng)箱上部設(shè)有2層CCOFA噴嘴，在主風(fēng)箱下部設(shè)有1層UFA噴嘴。在主風(fēng)箱上部布置有SOFA燃燒器，包括5層可水平擺動(dòng)的分離燃盡風(fēng)(SOFA)噴嘴。

SOFA分離燃燼風(fēng)技術(shù)，由于它與主燃燒器射流分離，又在爐膛上部區(qū)域布置，并且為保證有足夠的穿透能力，強(qiáng)化燃燒后期混合，其出口風(fēng)速較高，根據(jù)以往空氣動(dòng)力場(chǎng)研究積累，其射流剛性必然很強(qiáng)，實(shí)際切圓直徑較小，這樣有可能使SOFA風(fēng)以上至爐膛出口的實(shí)際切圓較小，同時(shí)旋轉(zhuǎn)減弱，起到明顯的消旋作用。

2熱偏差原因

一般來(lái)說(shuō)，引起過(guò)熱器吸熱偏差的原因主要有兩方面：一是蒸汽側(cè)的原因，由于工質(zhì)流量分配不均引起的流量偏差。二是煙氣側(cè)的原因。在切向燃燒方式的鍋爐中，由于殘余旋轉(zhuǎn)的影響，引起水平煙道左右兩側(cè)煙氣存在一定的速度和溫度偏差，從而造成兩側(cè)管屏的對(duì)流傳熱、輻射傳熱不一致引起熱偏差。這主要由于四角切圓燃燒系統(tǒng)特有的流動(dòng)模式造成的，即它在爐膛內(nèi)組織煤粉和空氣形成強(qiáng)烈的切向旋轉(zhuǎn)并螺旋向上的流場(chǎng)模式。這一模式對(duì)強(qiáng)化風(fēng)粉混合燃燒是非常有利的，但旋轉(zhuǎn)的流場(chǎng)到爐膛出口會(huì)仍然存在，即所謂的殘余旋轉(zhuǎn)。殘余旋轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)煙氣流不均勻的流入水平煙道，往往沿爐寬方向煙速一側(cè)高，另一側(cè)低，而在水平煙道布置的過(guò)熱器以對(duì)流吸熱為主，因此，煙速不均對(duì)吸熱量影響較大，從而形成傳熱偏差。可見(jiàn)，對(duì)于采用四角切圓燃燒系統(tǒng)的鍋爐，爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)，尤其是爐內(nèi)切圓的分布特點(diǎn)，不僅直接關(guān)系爐內(nèi)燃燒的好壞，還對(duì)水平煙道布置的過(guò)熱器傳熱偏差有著重要關(guān)聯(lián)。

3試驗(yàn)結(jié)果及分析

針對(duì)鍋爐末級(jí)過(guò)熱器管屏各管吸熱的差異，引入屏間吸熱偏差系數(shù)，用來(lái)衡量該級(jí)受熱面各管屏沿爐膛寬度吸熱的強(qiáng)弱。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，SOFA噴嘴反切15°的設(shè)置對(duì)受熱面吸熱偏差效果較好，以下試驗(yàn)均在SOFA噴嘴反切15°下進(jìn)行。

根據(jù)各個(gè)負(fù)荷段的SOFA配風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)得出普遍結(jié)論，隨著SOFA風(fēng)開(kāi)度的變化，末級(jí)過(guò)熱器沿爐膛寬度吸熱偏差發(fā)生一定的變化，主要表現(xiàn)為隨著SOFA風(fēng)開(kāi)度的增大，該偏差系數(shù)減少，這為降低末級(jí)過(guò)熱器受熱面吸熱偏差提供了可調(diào)整的方向。

圖1　300 MW負(fù)荷下，不同SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度末級(jí)過(guò)熱器吸熱偏差曲線

圖1中，工況2為原DCS原始控制函數(shù)，SOFA風(fēng)采用正寶塔配風(fēng)方式(SOFA1在最低層，從SOFA1～SOFA3開(kāi)始依次減小)，該工況下，末級(jí)過(guò)熱器屏間吸熱偏差系數(shù)最大值達(dá)1.63，水平煙道沿寬度吸熱極不均勻，導(dǎo)致末級(jí)過(guò)熱器個(gè)別管屏出口汽溫較高。

工況8和工況2(左最頂上兩條線)相比，也采用正寶塔配風(fēng)，只是風(fēng)門(mén)開(kāi)度較工況2大，熱偏差系數(shù)略微降低，但最大值仍為1.60，且此時(shí)SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度依次為50%、40%、32%、0%、0%，在低負(fù)荷下該風(fēng)門(mén)開(kāi)度已經(jīng)相對(duì)較大，但水平煙道殘余旋轉(zhuǎn)仍較強(qiáng)。說(shuō)明機(jī)組在該負(fù)荷下采用正寶塔配風(fēng)不能有效解決高溫?zé)崞钶^大的問(wèn)題。

通過(guò)優(yōu)化二次風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度，采用倒寶塔的配風(fēng)方式，可以在該負(fù)荷下降低高溫受熱面吸熱峰值，且達(dá)到較好的效果。如工況53，最大吸熱偏差系數(shù)為1.15。而控制系統(tǒng)最終在該負(fù)荷下各風(fēng)門(mén)開(kāi)度控制函數(shù)參照工況36。

圖2　400 MW負(fù)荷下，不同SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度末級(jí)過(guò)熱器吸熱偏差曲線

圖2的曲線表明：在400 MW下，末級(jí)過(guò)熱器吸熱偏差較300 MW負(fù)荷下要小的多。采用工況1和工況3，效果不好，最大熱偏差系數(shù)在1.38。而采用倒寶塔配風(fēng)方式則吸熱偏差有所改善，最大偏差系數(shù)為1.28。采用工況15、23和42的配風(fēng)，最大熱偏差系數(shù)均能低于1.2。最終采用工況42的配風(fēng)作為400 MW負(fù)荷下的SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度函數(shù)。

圖3中的曲線表明：在500 MW負(fù)荷下，如工況5為運(yùn)行人員習(xí)慣采用的方式，末級(jí)過(guò)熱器偏差系數(shù)相對(duì)較小為1.23。采用工況12和工況13，效果不好，最大熱偏差系數(shù)在1.39。采用倒寶塔配風(fēng)方式，如工況25、65的配風(fēng)，最大熱偏差系數(shù)均能低于1.2。最終采用工況65的配風(fēng)作為500 MW負(fù)荷下的SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度函數(shù)。

圖3　500 MW負(fù)荷下，不同SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度末級(jí)過(guò)熱器吸熱偏差曲線

圖4　600 MW負(fù)荷下，不同SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度末級(jí)過(guò)熱器吸熱偏差曲線

圖4中的曲線表明：在600 MW高負(fù)荷下，末級(jí)過(guò)熱器沿爐膛寬度吸熱偏差工況18最大，而該工況為CCOFA開(kāi)度較大，SOFA開(kāi)度較小且采用正寶塔，該配風(fēng)方式即為原控制系統(tǒng)設(shè)定函數(shù)。而工況17則把SOFA2和SOFA3適當(dāng)開(kāi)大，偏差系數(shù)略微降低，最大仍為1.34，說(shuō)明該種正寶塔配風(fēng)模式是不適用的。而工況19、20、21均改變配風(fēng)模式為倒寶塔配風(fēng)，最大偏差系數(shù)在1.25左右，其中工況20較工況19，SOFA3增加10%，其他各配風(fēng)均不變，偏差系數(shù)還略微增大，說(shuō)明SOFA3并非越大越好，開(kāi)到80%基本合適。隨著各種配風(fēng)的變化，通過(guò)不斷的調(diào)整，工況68和44偏差系數(shù)均較小。

通過(guò)以上不同SOFA配風(fēng)方式摸索，得出最佳的SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度如表1所示。

表1　各負(fù)荷下的最佳SOFA風(fēng)門(mén)開(kāi)度

4結(jié)論

1)SOFA噴嘴反切15°且開(kāi)下3層時(shí)，采用倒寶塔配風(fēng)模式的效果最好，尤其是在降低左側(cè)峰值壁溫方面。SOFA對(duì)鍋爐高溫受熱面管屏間吸熱偏差有明顯影響，利用SOFA和合理配風(fēng)能夠優(yōu)化鍋爐高溫受熱面管屏間的吸熱偏差分布，減小受熱面的蒸汽氧化腐蝕趨勢(shì)。

2)通過(guò)優(yōu)化鍋爐燃盡風(fēng)的配比，可以降低鍋爐出口煙氣殘余旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，進(jìn)而降低高溫受熱面的屏間偏差，使得末級(jí)過(guò)熱器偏差屏出口汽溫降低10℃左右，提高受熱面的使用壽命。

3)SOFA風(fēng)開(kāi)度在20%～60%內(nèi)，5層全開(kāi)，末級(jí)過(guò)熱器屏間吸熱偏差系數(shù)隨著SOFA風(fēng)開(kāi)度增大而減小(在一定范圍內(nèi))，SOFA風(fēng)可以減小爐膛出口煙氣殘余旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，降低高溫受熱面吸熱偏差。

4)通過(guò)此次針對(duì)性的SOFA配風(fēng)方式調(diào)整，機(jī)組運(yùn)行的安全性、可靠性得到了較大提高，同時(shí)也提高了機(jī)組整體的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

[1]陶麗，丁士發(fā).超臨界鍋爐燃盡風(fēng)配風(fēng)方式對(duì)熱偏差影響的研究[C].中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)鍋爐專(zhuān)業(yè)委員會(huì)2010年學(xué)術(shù)研討會(huì),上海,2010.

[2]李樹(shù)田,陳莉.超臨界鍋爐SOFA對(duì)高溫受熱面吸熱偏差影響的試驗(yàn)研究[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2013,33(9)：671-676.

促節(jié)能減排和低炭發(fā)展

改善環(huán)境保護(hù)生態(tài)

中圖分類(lèi)號(hào)：TK223.3+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1003-6954(2015)04-0088-03

作者簡(jiǎn)介：

薛森賢(1981)，工程師、技師，工程碩士，主要從事電廠集控運(yùn)行工作；

余盛杰(1975)，高級(jí)技師、工程師，主要從事電廠集控運(yùn)行工作；

陳樹(shù)科(1984)，本科，主要從事電廠集控運(yùn)行工作。

(收稿日期：2015-04-14)

Abstract：There is uneven distribution of gas flow which leads to the excessive temperature so as to limit the operating parameters of main steam temperature and reheat steam temperature during the operation of 600 MW supercritical units in Zhuhai Jinwan power plant. It not only reduces the economy of the units, but also influences the security of the units because the local overheating of heating surface enables the rapid generation of oxide skin which causes pipe explosion of heating surface. The effects of different SOFA air distribution on the deviation of finishing superheater are studied, and the best SOFA air distribution scheme is found out to achieve the effective control of superheater deviation, which provides a guarantee for the safe and economic operation of the units and a reference for solving heat deviation of other units of the same kind.

Key words：supercritical boiler; SOFA; finishing superheater; air distribution; heat deviation