國外燃煤電站鍋爐冷態通風試驗內容差異分析

劉海明，羅 凱，黃中柏，許 濤

(國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077)

國外燃煤電站鍋爐冷態通風試驗內容差異分析

劉海明，羅 凱，黃中柏，許 濤

(國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077)

由于國外并沒有冷態試驗的相關規程或導則，國際上也沒有類似ASME的相關國際標準，這導致國外項目業主對于冷態試驗內容有不同的見解和要求。結合在國外調試的經歷，介紹了幾個項目不同類型鍋爐冷態試驗，分析了試驗過程中遇到的問題，以期為國外調試項目提供參考。

國外燃煤電站；鍋爐調試；冷態試驗

0 引言

隨著“一帶一路”國家戰略的深入，國內越來越多的設備制造和施工企業走出國門去開拓更廣闊的國際市場。湖北省電力科學研究院作為國內最早走出去的調試單位，從20世紀80年代先后承接了巴基斯坦、印尼、馬來西亞、伊朗、印度、越南、敘利亞、巴西等十多個國家的電站調試項目[1]，積累了豐富的調試經驗。

鍋爐冷態試驗是鍋爐首次點火前必做的試驗項目，工作量大，安全風險高，受到調試單位、安裝單位和業主的重視。但目前印尼、越南、巴西、印度等國家并沒有冷態試驗的相關規程或導則，國際上也沒有類似ASME的相關國際標準，這導致國外項目業主對于冷態試驗內容有不同的見解和要求。

本文結合結合國外調試經歷，介紹了幾個項目不同類型鍋爐冷態試驗的內容，分析了試驗過程中遇到的問題和處理，以期為國外調試項目提供參考。

1 國內對于冷態試驗內容的要求

鍋爐冷態通風試驗的目的是在冷態工況下檢驗鍋爐煙風、制粉、燃燒設備安裝是否正常，掌握燃燒系統及有關設備的基本性能，為鍋爐及機組熱態運行及燃燒調整提供技術數據。當鍋爐燃燒不穩定時，可以通過冷態試驗，分析和發現問題，對設備或運行方式進行改進。

按《DL/T 852－2016鍋爐啟動調試導則》[2]中的要求，鍋爐冷態通風試驗包含以下內容：1）通風試驗前應對風門擋板包括調風器、煙氣調溫擋板進行動作檢查，對其動作位置的準確性進行確認；2）風量測量裝置標定；3）一次風的測量和調平試驗；4）切向燃燒的鍋爐，點火前應進行燃燒器擺動試驗；5）在不同的通風量工況下，記錄煙風系統的壓力、流量、溫度等特性參數，得出制粉系統、空氣預熱器、煙風道在清潔狀態下的通風阻力特性，作為熱態投運后積粉、粘灰渣程度的判斷參照，并對風壓表的準確性進行確認；6）正壓制粉系統，應通過通風試驗確認各點密封風暢通，且壓力足夠。

對于國外項目，業主對于冷態試驗方案會提出很多疑問和要求，因《DL/T 852－2016鍋爐啟動調試導則》并無英文版本，導則內有關冷態試驗的內容很難同業主解釋，所以很難獲得業主的認可，冷態試驗方案要經過多次商談和修改后才會獲批。

2 國外項目冷態試驗內容

2.1 越南廣寧電廠冷態試驗

越南廣寧4×300 MW燃煤電站項目配置的鍋爐為雙拱形“W”火焰、單爐膛、一次中間再熱、強制水循環、亞臨界汽包爐，鍋爐燃煤使用當地出產的低揮發份鴻基無煙煤。針對無煙煤的難燃特性，鍋爐除采用“W”火焰型式外，燃燒及制粉系統也采取了相應的特殊設計，以實現鍋爐的穩定燃燒。鍋爐燃燒系統布置型式如圖1所示。

圖1 鍋爐燃燒系統布置圖Fig.1 Boiler combustion system layout

鍋爐燃燒器采用直流縫隙式，共32只，布置在爐膛的前后拱上，煤粉噴嘴與二次風噴嘴交錯布置。每個二次風噴嘴又分成三個間隔，風量由左右側的調節擋板單獨控制。燃燒器布置圖見圖2。直流縫隙式燃燒器有較大的高寬比，能卷吸更多的高溫煙氣回流進入著火區，從而提高火焰根部溫度水平，有利于低速煤粉空氣混合物中揮發份迅速析出、加強燃燒固定碳的著火。

圖2 鍋爐燃燒器布置圖Fig.2 Boiler burner layout

按試驗方案，冷態試驗內容有：1）風門擋板的檢查；2）風機的投運及調整；3）鍋爐一次風風量、二次風風量、三次風量測量和標定；4）粉管一次風臨時靠背管標定，因機組未安裝風粉在線裝置，為便于對一次風速的監測，加工了臨時靠背管；5）各粉管一次風風速測量；6）用長飄帶觀察爐內空氣動力場。由于腳手架的影響，效果不明顯。

除以上例行試驗外，試驗單位在爐內，對各二次風噴口風速進行了測量，觀察二次風量的沿爐膛寬度方向的均勻性。調整二次風箱風道A/B/C擋板的開度，觀察風量分布的變化情況，為熱態二次風調整提供依據。

在初始設計中，粉管沒有安裝國內通常采用的可調縮孔調節裝置，而是使用不同孔徑的節流孔板來平衡各粉管間的通風阻力。通過冷態試驗，發現了多個節流孔板安裝在錯誤的粉管上，導致了較大的風速偏差。后由安裝單位進行了改正，但更正后多個粉管的風速偏差仍超過±10%。在機組試運過程中，多次發生粉管堵塞的情況，于是將粉管節流縮孔全部更換為可調縮孔。因機組試運時粉管堵塞皆發生于后墻粉管，結合投粉后鍋爐前后墻粉管內流動阻力的變化，在冷態試驗時，通過調整縮孔開度，將后墻粉管風速調高于前墻風速5%～10%。改造后，基本杜絕了粉管堵塞的發生。

2.2 越南汪密電廠冷態試驗

越南汪秘熱電廠II期擴建1×330 MW工程配置的鍋爐為單爐膛平衡通風、中間一次再熱、亞臨界參數、自然循環單汽包“W”形火焰鍋爐。設計煤種為越南無煙煤，為此配置專門用于燃用低揮發份燃料的濃縮型EI-XCL低NOx雙調風旋流燃燒器。

制粉系統為鋼球磨煤機配中間儲倉式熱風送粉系統。系統配置4臺鋼球磨煤機、4臺排粉機，磨煤機磨制的煤粉儲存在2個煤粉倉內。同時，系統配置16個給粉機，對應16只燃燒器。每個煤粉倉引出8個出粉管，每個出粉管出來的煤粉經給粉機引入風粉混合器，與熱一次風混合后經過一段偏心異徑管加速，大多數煤粉由于離心力作用沿彎頭外側內壁流動，在氣流進入一次風濃縮裝置之后，使50%的一次風和10%～15%煤粉分離出來，經乏氣管垂直向下引到乏氣噴口直接噴入爐膛燃燒，其余的50%一次風和85%～90%的煤粉由燃燒器一次風噴口噴入爐內燃燒。制粉系統乏氣經排粉機進入乏氣風箱，每個排粉機對應的乏氣風箱出口引出2個排粉管，亦即三次風管，每個三次風管在爐前一分為二，將系統乏氣引入爐膛燃燒。鍋爐燃燒系統布置型式如圖3所示。

圖3 鍋爐燃燒系統布置圖Fig.3 Boiler combustion system layout

機組啟動前，調試單位按冷態試驗方案進行了如下試驗：1）風門擋板的檢查；2）風機的投運及調整；3）鍋爐各風量測量裝置的標定；4）粉管、三次風管及排粉風機入口上加裝靠背管的標定；5）三次風調平；6）各粉管一次風調平；7）測量沿爐膛寬度方向各燃燒器之間風量并調平；8）燃燒器噴口測試。機組啟動調試期間，鍋爐燃燒不穩定，在滿負荷下需要多只油槍助燃運行。調試單位與鍋爐廠技術人員根據鍋爐的設計特點，從燃燒器、一次風壓、三次風量、二次風配風方式等方面進行了調整。通過調整，雖然減少了油槍投用的數量，但無法完全斷油。繼續停油槍鍋爐燃燒變得不穩定，爐膛負壓波動大，鍋爐有熄火的趨勢。

為查找鍋爐無法斷油的原因，試驗單位同鍋爐廠技術人員在機組停機和改造后又進行了多次冷態試驗。通過冷態試驗來驗證設計數據與運行數據之間的差異，從而發現問題發生的根本原因。

2.2.1 燃燒器內、外二次風特性測試

在調風盤及調風套筒于固定開度下，維持二次風箱壓力不變，利用內、外二次風測風裝置分別測量內、外二次風門在0%、30%、50%、80%開度下的內、外二次風速，并繪制風門特性曲線。

2.2.2 調風盤特性測試

在內、外二次風旋流葉片及調風套筒于固定開度下，改變調風盤的開度，并保證總風量不變的情況下，利用內、外二次風測風裝置測量調風盤在不同開度下的風量，并繪制其特性曲線。

2.2.3 調風套筒特性測試

在內、外二次風旋流葉片及調風盤于固定開度下，改變調風套筒的開度，維持二次風箱壓力不變的情況下。通過內、外二次風測風裝置測量調風套筒在不同開度下的風量，并繪制其特性曲線。

2.2.4 乏氣風與一次風比率測試

測試各粉管在濃縮裝置之前的一次風量和經濃縮裝置之后的乏氣風量，驗證分離出的乏氣風量是否為一次風量的50%。

2.2.5 燃燒器噴口測試

選擇一支燃燒器，分別調整內、外二次風開度和調風盤開度，在爐內用飄帶示蹤，觀察氣流的剛性和旋流強度。掌握內、外二次風葉片、調風盤對燃燒器回流區、擴散角的影響特性。

2.2.6 三次風特性測試

考慮到三次風對燃燒的影響，機組停機后在不同制粉系統負壓工況下測量入磨風量和三次風量，掌握制粉系統漏風情況；在入磨風量一定的前提下，控制不同的再循環風門開度，測量入磨風量和三次風量。經測試，未發現制粉系統有異常漏風。由于三次風的風溫比較低，對爐膛燃燒不利，鍋爐廠對三次風管道進行了改造：1）調整三次風管道入爐角度，由原來的15°增大至35°，使三次風對主火焰的影響區域下移，更加有利于保持主火焰的穩定形成。2）關閉原三次風噴口下對應的分級風噴口,從三次風分叉管處各引一根DN250的管道，接入原來的分級風噴口。原來前后墻各16個分級風噴口保留為前后墻各8個，其余8個被對應的三次風噴口占用，當磨煤機停運時，冷卻風管道應及時投運，繼續行使原分級風的作用。此改進降低了三次風風速，能減少風速對主火焰的干擾。3）改造現有的三次風冷卻管道，爐前爐后各從兩側主二次熱風道上（擋板前）引DN200～250的連通母管，再以DN150的子管引入每根三次風總管，每支子管前應裝設有電動門。

改造后，對各處三次風量進行測試，掌握三次風系統優化后三次風在原三次風噴口與分級風噴口中的分配比例，掌握三次風系統優化后三次風和分級風沿爐寬度方向的分布，掌握三次風系統優化后主火焰、乏氣風、三次風和分級風的相互影響情況。

經過大量的冷態試驗后，制粉系統、煙風系統和燃燒器未見異常，排除了設備方面的原因。結合大量的冷態試驗和熱態燃燒調整數據，初步判定鍋爐的熱負荷設計不足是鍋爐在滿負荷無法斷油的根本原因。汪密電廠鍋爐后經兩次改造，在爐膛增加了共約600m2的衛燃帶，最終實現了滿負荷斷油并達到了70%的最低穩燃負荷，鍋爐改造成功。

2.3 印度塔爾萬迪冷態試驗

印度塔爾萬迪3×660 MW燃煤電站鍋爐采用不帶爐循泵的大氣式擴容啟動系統，新型切圓布置，低NOx燃燒器，6層共24只燃燒器。鍋爐采用雙進雙出直吹式制粉系統，燃燒器采用新型切圓燃燒方式，形成大直徑單切園，以獲得沿爐膛水平斷面較為均勻的空氣動力場。燃燒器采用固定式，共設六層水平濃淡煤粉一次風噴口，四層油風室，一層緊湊型燃盡風室，四層分離型燃盡風室和七層輔助風室。

四角切圓燃燒方式的鍋爐在國內配置多，按國內調試方案，四角切圓鍋爐冷態通風試驗包含以下內容：1）風門擋板的檢查；2）風機的投運及調整；3）鍋爐各風量測量裝置的標定；4）各粉管一次風調平；5）爐內空氣動力場試驗；6）爐膛出口水平煙道風速測量。

方案審批過程中，業主堅持增加方案的內容。印方擔心爐膛出口水平煙道及尾部煙道存在氣流偏差而導致鍋爐受熱面出現磨損，于是要求調試人員在冷態試驗時對水平及尾部煙道多個截面（如圖4所示）測量煙氣流速，并要求控制各截面風速偏差﹤±15%；若偏差超出此范圍，則需布置擾流板對煙氣流速進行調整，直到風速偏差滿足要求。印方無法提供相關的試驗規程或風速偏差﹤±15%標準的出處，只提供了印度某試驗機構對同類鍋爐的試驗報告[3]。

圖4 冷態試驗風速測量截面Fig.4 Measuring sections of CAVT test

印方試驗單位的測試報告主要內容是對尾部煙道的各個截面按網格法逐點測量風速，對于風速較高的點進行調整，然后再次進行測量。報告中對于風速偏差控制范圍和調整的手段并未提及。以截面1為例，表1是2013年6月9日的測試數據，表2是2013年6月26日調整后的測試數據，圖5是截面1調整前后的風速分布圖。

表1 調整前的測試結果Tab.1 Test result before adjustment

表2 調整后的測試結果Tab.2 Test result after adjustment

如果按業主要求進行試驗，若風速偏差不滿足要求，將進行反復的測量和調整，試驗工作量大。我方與鍋爐廠進行了溝通，由鍋爐廠發正式文件向業主解釋鍋爐在設計過程中控制風速偏差采取的措施以及在運行過程中調整煙溫偏差的方法，并承諾當前設計可確保鍋爐受熱面安全穩定運行。經過多次解釋后，業主最終認可了我方的試驗方案。

3 結語

目前國內外并沒有冷態試驗的相關規程或導則，這導致外方業主同中方承包商在冷態試驗內容、測試方法、驗收標準等方面存在較大分歧，影響了項目的進度，造成中方單位的經濟損失。本文結合國外三個項目鍋爐冷態試驗的經歷，分析了不同爐型冷態試驗的內容和試驗過程，希望能給國外電站項目調試人員提供參考和幫助。

因爐內動力場試驗工期長、安全風險大，建議冷態試驗方案簡單明了，先不涉及爐內動力場試驗內容。國外調試人員要加強項目合同、國內外技術規范、試驗標準的學習，對于差異要同業主保持積極的溝通，以促進調試工作的順利開展。

建議國內發布鍋爐冷態試驗的中英文試驗規程，對冷態試驗的目的、不同爐型的試驗內容、試驗方法和儀器、試驗合格的標準等進行定義，便于國外項目調試人員同外方進行宣講和解釋。

（References）

[1] 劉海明,羅凱,許濤,等.國外燃煤電站鍋爐調試技術難點及分析[J].湖北電力,2016,40(3):67-69.LIU Haiming,LUO Kai,XU Tao,et al.Technical difficulties and analysis for boiler commissioning of oversea power plant projects[J].Hubei Electric Power,2016,40(3):67-69.

[2] 國家能源局.DL/T 852－2016鍋爐啟動調試導則[S].北京:中國電力出版社,2017.National Energy Administration.DL/T 852－2016 Guide of boiler start-up commissioning[S].Beijing:China Electric Power Press,2017.

[3] Heavy Metal Engineering PVT Ltd.Pre and post CAVT report[R].Heavy Metal Engineering PVT Ltd,2013.

Contrast Analysis for Boiler CAVT Test of Oversea Power Plant Projects

LIU Haiming，LUO Kai，HUANG Zhongbai，XU Tao
(State Grid Hubei Electric Power Research Institute,Wuhan Hubei 430077,China)

Since there are no any CAVT(cold air velocity test)test guides or rules at oversea countries,and no ASME rules as well,this leads to different opinions and requirements of CAVT test for foreign project owners.Based on oversea commissioning experience,several CAVT tests of different types of boiler are presented,and the problems encountered during the tests are analyzed,in order to provide reference for oversea commissioning projects.

oversea power plant projects；boiler commissioning；CAVT test

TM621.2

B

1006-3986(2016)12-0028-05

10.19308/j.hep.2016.12.007

2016-11-01

劉海明（1978），男，山東日照人，碩士，高級工程師。