600MW超臨界直流鍋爐啟動中干濕態轉換方法優化

申磊

【摘要】直流鍋爐啟動初期鍋爐循環倍率大于1，當蒸汽在分離器出口出現過熱度，汽水分離器和儲水箱內完全充滿蒸汽后，鍋爐即完成干濕轉換過程，循環倍率為1。由于直流鍋爐干態運行和濕態運行的調整思路存在明顯差異，因此鍋爐干濕轉換過程成為直流鍋爐啟動的重要操作。鍋爐進入干態運行后，爐水在水冷壁出口即產生過熱度，汽水分離器只做為蒸汽流通的通路，無工質參與爐水循環，此時主蒸汽的流量取決于主給水流量，主給水的調整策略為通過給水量在保證分離器出口過熱度的前提下控制蒸汽流量。

【關鍵詞】超臨界鍋爐、鍋爐啟動、干濕轉換、過熱器金屬超溫、快速增加負荷、減少受熱面超溫

中圖分類號TK227文獻標識碼A

1. 概述

我廠鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠有限責任公司引進三井巴布科克能源公司（Mitsui Babcock Energy Limited）技術生產的超臨界參數變壓運行直流鍋爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐。型號為HG1980/25.4-YM1。鍋爐啟動系統為帶爐水循環泵的啟動系統，汽水分離器為內置式。鍋爐燃燒器為前后墻布置的對沖旋流燃燒器，每層燃燒器對應一臺雙進雙出正壓直吹式鋼球磨煤機。

鍋爐啟動初期，鍋爐給水部分蒸發為飽和蒸汽，在汽水分離器進行汽水分離，蒸汽經分離器至過熱器，部分工質經分離器、儲水箱至爐水循環泵回收至省煤器入口，與鍋爐主給水混合后，繼續進入省煤器和水冷壁進行加熱，重新參與爐水循環，主給水量的調整策略為通過主給水量控制分離器及儲水箱水位。

鍋爐濕態運行和干態運行的調整策略存在較大差異，因此在鍋爐啟動過程中，鍋爐濕態轉干態運行顯得尤為重要。

2. 直流鍋爐干濕態轉換現狀

機組并網后，切缸完成，啟動第二套制粉系統，機組增加負荷，當負荷達到170-180MW階段，屏式過熱器，以每屏第一根管尤為明顯，會出現溫度的突升，甚至造成金屬管壁溫度超限的情況。

以往的操作中，當機組負荷達到220-240MW后再進行鍋爐干濕態轉換，因此出現了在160MW至240MW增加負荷過程中，仍以鍋爐濕態時的給水控制策略進行控制，即用給水量調整儲水箱水位。導致增加負荷過程中的燃料增加速率和給水增加速率不匹配，出現過熱器金屬壁溫的急劇上漲甚至超限的情況。

3. 原因分析

啟動過程中，在160-240MW增加負荷階段，給水調整過分強調儲水箱水位調整，未能根據燃料的增加速度同比增加相應的給水量，調整過程中給水調整和燃燒調整出現了嚴重的不匹配情況，此時的蒸汽量對比同等燃燒率對應的蒸汽量較低，無法及時帶走過熱器金屬的溫度，導致對金屬的冷卻不良引起過熱器金屬壁溫超限。

此時鍋爐負荷較低，蒸汽流量小，勢必在流經過熱器時出現蒸汽分布不均勻，蒸汽在管間充滿度不良，導致個別管段出現超溫情況。

另外此時爐膛熱負荷相對較多，而爐水經水冷壁加熱后，部分經爐水泵循環至省煤器入口，造成省煤器入口溫度相對較高，爐水在水冷壁中吸熱較少，在蒸汽流量不變的情況下，過熱器側吸收熱量較多，也加劇了屏過金屬管壁的超溫。

屏式過熱器屬于純輻射式換熱器，其汽溫特性為：鍋爐負荷升高，汽溫下降。這主是要由于當負荷升高時，燃煤量增大，爐內溫度水平有所提高，使總的輻射傳熱量有所增加。但輻射傳熱量增大的比例，沒有負荷（工質流量）上升比例大，使單位工質得到的輻射熱量相對減小，從而使汽溫下降。從屏過的汽溫特性曲線進行分析，在鍋爐負荷相對較低階段，在鍋爐增加負荷過程中，由于給水的增加和燃料的增加不匹配，導致蒸汽量的增加量偏小，單位工質得到的輻射熱量增加，因此會出現金屬溫度的升高。

4. 方法優化

1） 快速增加鍋爐負荷，同時給水量增加速度同步與燃料增加速度，快速實現直流鍋爐干濕態轉換過程，增加負荷過程中，使得蒸汽量的增加比例大于鍋爐輻射傳熱量增加的比例，達到控制屏過金屬壁溫的目的。

2） 針對此種情況，我廠在鍋爐啟動過程中的干濕態轉換操作方式進行改進，當機組負荷大于160MW，鍋爐汽水分離器出口出現過熱度后，應果斷增加機組負荷，快速度過此階段，實現鍋爐的干濕轉換，使得鍋爐進入直流狀態，以保證蒸汽對過熱器金屬管壁的冷卻。

3） 鍋爐干濕轉換過程實際上是快速增加機組負荷的過程，在操作前，需控制主蒸汽溫度不可過高，以不超過450℃，屏過金屬溫度不超過500℃為宜。操作時，手動增加燃料量，讓分離器出口出現2-3℃過熱度，此時增加鍋爐燃燒量，實現機組快速增加80MW左右的負荷，同時同步增加鍋爐給水量，保證蒸汽量的快速增加，調節時，在保證鍋爐分離器出口過熱度的情況下，一般給水量在負荷對應的給水量基礎上過調150-200T/H。保持燃料和給水的同步上升，并且保持住上升勢頭，當鍋爐屏過金屬溫度出現上升拐點并開始下降時，燃料停止增加，鍋爐給水量降低，調整至當前負荷對應下的給水量過調50T/H左右，并根據鍋爐分離器出口蒸汽過熱度和主蒸汽溫度情況進行細調，達到給水與當前鍋爐熱負荷匹配。

4） 當機組負荷增加至235-240MW后，屏過金屬溫度降出現拐點，并開始呈現下降趨勢，因此，可理解為此負荷點為鍋爐干濕轉換的臨界點，即在此點處，鍋爐汽水分離器處的工質全部蒸發為蒸汽，帶有一定的過熱度，分離器完全做為蒸汽流通的通路，鍋爐轉為直流運行工況，屏過中的過熱蒸汽通流量增加，可帶走金屬管壁的溫度，緩解超溫。

5） 針對此種調整策略，鍋爐轉態過程可理解為鍋爐快速增加負荷，因此在調節中，充足的燃料是鍋爐干濕轉換的關鍵因素，熱負荷必須達到持續上漲，否則因給水是過調狀態，如此轉換過程中出現燃燒率不足，則會導致給水過多，造成鍋爐蒸汽溫度的快速下降，甚至過熱器側進水的事件。為防止啟動上層磨煤機后鍋爐火焰中心的上移，不利于控制鍋爐金屬壁溫，使用A磨和B磨兩套制粉系統進行鍋爐干濕轉換，因此在操作前，須保證A、B磨煤機正常運行狀態，磨煤機料位建立正常，并保證磨煤機出力和一次風壓力均留有一定的增加裕量，當煤質發熱量相對較低時，此階段可采用加投油槍的方式進行鍋爐負荷的增加。

5. 結束語

優化直流鍋爐干濕轉換操作方式后，經近幾次在機組啟動過程中進行試驗，鍋爐干濕轉換過程提前，快速增加機組負荷，避免鍋爐在鍋爐濕態和干態的臨界點停留時間過長，對于緩解屏過金屬溫度的超限及出現的大幅度波動而引起鍋爐受熱面的金屬疲勞和氧化皮脫落等事件的發生是有利的。

參考文獻：

[1] 段永成；國產600MW超臨界機組直流鍋爐啟動系統[J]；熱能動力工程；2005年01期

[2] 王宏梁；王國清；；600MW超臨界機組干、濕態轉換過程分析[J]；華電技術；2012年01期

[3] 王力春；；600MW超臨界直流鍋爐啟動系統的設計[J]；電站系統工程；2007年02期