“W”型火焰爐受熱面壁溫超限排煙溫度高研究

杜 杰

中電電力檢修工程有限公司，上海 200086

某廠采用的是東方鍋爐設(shè)計(jì)生產(chǎn)的大容量等級(jí)的600MW超臨界W型火焰鍋爐，型號(hào)為DG1932.7/25.4-Ⅱ8，是一個(gè)超臨界參數(shù)、單爐膛、露天布置、垂直管圈水冷壁變壓運(yùn)行直流鍋爐、平衡通風(fēng)、一次中間再熱、擋板調(diào)節(jié)再熱氣溫、W型火焰燃燒方式、尾部雙煙道、固態(tài)排渣、全鋼全懸吊結(jié)構(gòu)型鍋爐。鍋爐的啟動(dòng)系統(tǒng)配有再循環(huán)泵，并采用了低質(zhì)量流速水動(dòng)力技術(shù)。

鍋爐配6臺(tái)雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)，每臺(tái)磨帶4只煤粉燃燒器，24只雙旋風(fēng)煤粉燃燒器順列布置在爐膛前后拱上，每邊12只。燃燒器與磨煤機(jī)搭配可做到停磨工況下，能夠保證鍋爐寬度方向熱輸入平衡。鍋爐后墻和前墻剖面圖如圖1所示。

圖1 鍋爐后墻和前墻剖面圖

近期機(jī)組運(yùn)行中常出現(xiàn)部分高溫過(guò)熱器（以下簡(jiǎn)稱高過(guò)）、高溫再熱器（以下簡(jiǎn)稱高再）受熱面金屬壁溫超限，鍋爐排煙溫度偏高等異常現(xiàn)象。分析近期除燃用貴州粘性較大的無(wú)煙煤外，燃燒相關(guān)參數(shù)均控制正常，鍋爐本體檢查未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。結(jié)合鍋爐投產(chǎn)后水平煙道經(jīng)常出現(xiàn)積灰，推斷壁溫超限與水平煙道積灰甚至板結(jié)有關(guān)。

鍋爐停爐后檢查水平煙道及折焰角積灰和以前相比較嚴(yán)重，高過(guò)、高再下部受熱面部分被積灰掩埋。積灰長(zhǎng)約為6m，高約2.5m，堅(jiān)硬，形如“小山丘”，導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)部分高過(guò)、高再金屬壁溫超限，排煙溫度高。

1 鍋爐運(yùn)行時(shí)積灰現(xiàn)象

（1）鍋爐爐膛寬32m，高過(guò)共52排，高再共78排，積灰發(fā)生在鍋爐水平煙道的中間位置，長(zhǎng)6m，占爐寬的1/5。高過(guò)、高再主要以熱對(duì)流方式傳熱，屏式過(guò)熱器是半輻射半對(duì)流，判斷積灰區(qū)金屬溫度比正常時(shí)偏低。通過(guò)SIS調(diào)取高過(guò)第26排、高再第39排、屏式過(guò)熱器前屏第11、后屏第11排金屬溫度對(duì)比，數(shù)據(jù)取鍋爐異常運(yùn)行時(shí)間段和正常運(yùn)行段進(jìn)行比較，數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 鍋爐異常運(yùn)行和正常運(yùn)行段對(duì)比表（℃）

（2）嚴(yán)重積灰影響煙氣流分布，運(yùn)行中大部分煙氣繞過(guò)積灰從“小山丘”兩端通過(guò)，位于積灰兩端位置的高過(guò)金屬壁溫會(huì)偏高。通過(guò)SIS調(diào)取爐左側(cè)高過(guò)21排，右側(cè)高過(guò)31排溫度（正常運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)這兩排經(jīng)常超溫），21～31排之間剛好是高過(guò)寬度的1/5，積灰的位置。鍋爐爐壁異常運(yùn)行和正常運(yùn)行段壁溫對(duì)比表如表2所示。

表2 鍋爐爐壁異常運(yùn)行和正常運(yùn)行段壁溫對(duì)比表（℃）

（3）因高過(guò)吸熱量減少，導(dǎo)致高再的溫升率與機(jī)組正常運(yùn)行相比必然增加，所以機(jī)組在運(yùn)行期間常常出現(xiàn)再熱器煙氣擋板須關(guān)至35%，還需大量使用減溫水維持再熱汽溫。機(jī)組異常運(yùn)行和正常運(yùn)行對(duì)比表如表3所示。

表3 機(jī)組異常運(yùn)行和正常運(yùn)行對(duì)比表

（4）煙氣熱量未被完全吸收，致鍋爐排煙溫度高。鍋爐排煙異常運(yùn)行和正常運(yùn)行對(duì)比表如表4所示。

表4 鍋爐排煙異常運(yùn)行和正常運(yùn)行對(duì)比表（℃）

2 積灰的可能原因

2.1 鍋爐設(shè)計(jì)特點(diǎn)

折焰角的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和斜坡角度小。由于折焰角的存在，爐膛出口折焰角下部的煙氣在該處發(fā)生急劇轉(zhuǎn)向，形成明顯的回流區(qū)。回流區(qū)沿高度方向速度分布很不均勻，煙道的中上部位速度高，靠近折焰角水冷壁處的煙氣流速很低。隨著折焰角傾角的增大，回流區(qū)中心位置后移，回流區(qū)的高度降低，因此，回流區(qū)和貼壁低速區(qū)是造成折焰角斜坡積灰的重要原因，積灰程度與折焰角傾角有關(guān)。采用П型式布置的鍋爐折煙角斜坡的角度一般在35°，遠(yuǎn)大于飛灰的安息角。該廠鍋爐斜坡設(shè)計(jì)由2段組成，前端傾斜角為30°，后段傾斜角減為25°，在折焰角斜坡不可避免存在積灰現(xiàn)象[1]。折焰角詳圖如圖2所示。

圖2 折焰角詳圖

2.2 受熱面布置不合理，煙氣流速較低

鍋爐折焰角斜坡積灰區(qū)布置了高過(guò)和高再，鍋爐最大出力時(shí)設(shè)計(jì)平均煙氣流速分別為9.45m/s和8.5m/s，對(duì)于燃用磨損性較強(qiáng)的無(wú)煙煤鍋爐明顯偏低，該區(qū)的合理煙氣流速應(yīng)在10.5～12.0m/s，且高過(guò)和高再管屏之間有1.92m的凈空間，前后斜坡30°和25°分界線也正好在高過(guò)和高再管屏之間，煙氣流速較低的含塵煙氣在經(jīng)過(guò)高過(guò)和高再的空檔時(shí)速度進(jìn)一步降低，斜坡回流區(qū)易沉積飛灰，尤其是低負(fù)荷時(shí)，積灰更加明顯。

2.3 吹灰存在盲區(qū)

積灰區(qū)域吹灰器的設(shè)計(jì)行程是16m，進(jìn)槍時(shí)間是320s。但因鍋爐出現(xiàn)IK07長(zhǎng)吹灰器卡澀斷裂后，為防吹灰器到全行程后擺動(dòng)大，與兩邊受熱面管壁發(fā)生碰撞等再次出現(xiàn)斷裂，IK13/14/15/16（高過(guò)與高再之間）等部分吹灰器進(jìn)槍時(shí)間改成300s。鍋爐冷態(tài)時(shí)長(zhǎng)吹灰器進(jìn)槍300s時(shí)深度大約27m，鍋爐爐膛寬度是32m，同時(shí)吹灰時(shí)長(zhǎng)吹的運(yùn)行軌跡并非直線，因此，正常運(yùn)行時(shí)高過(guò)、高再區(qū)域的吹灰大概存在5m左右的盲區(qū)。

2.4 煤質(zhì)原因

本次鍋爐水平煙道及折焰角積灰比特別堅(jiān)硬。以前清灰用消防水就可沖掉，本次需要人工敲打才可清理。積灰堅(jiān)硬原因分析是由于煤的灰分較大，粘性較大，經(jīng)過(guò)高溫煅燒形成的。

3 運(yùn)行控制措施

因目前鍋爐水平煙道積灰不可避免，只能通過(guò)運(yùn)行調(diào)整來(lái)避免該區(qū)域大量積灰及控制高過(guò)、高再金屬壁溫超限，降低排煙溫度，提高機(jī)組效率。

3.1 加強(qiáng)該區(qū)域吹灰

停爐后應(yīng)將該區(qū)域積灰清理干凈。機(jī)組啟動(dòng)后應(yīng)注意監(jiān)視鍋爐水平煙道及折焰角區(qū)域的金屬溫度變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)高過(guò)、高再金屬溫度異常時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)該區(qū)域吹灰，可適當(dāng)提高吹灰壓力以增加吹灰的剛性和增加吹灰頻次等，做到“早發(fā)現(xiàn)，早治療”。

3.2 優(yōu)化磨煤機(jī)運(yùn)行組合

磨煤機(jī)的組合方式不同，爐內(nèi)的煙氣流分布不同。通過(guò)SIS調(diào)取負(fù)荷360MW時(shí)不同磨煤機(jī)組合的平均排煙溫度對(duì)比結(jié)果如表5所示。

表5 負(fù)荷360MW時(shí)不同磨煤機(jī)組合平均排煙溫度對(duì)比表（℃）

從數(shù)據(jù)可看出，B/C/D/E磨煤機(jī)的組合明顯比其他組合排煙溫度低。因此，運(yùn)行中可加強(qiáng)磨煤機(jī)的切換，同時(shí)保證磨煤機(jī)的充分備用。

3.3 負(fù)荷擾動(dòng)

運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)組帶高負(fù)荷后，爐內(nèi)煙氣通道相對(duì)會(huì)通暢很多，流量分布均勻一些。通過(guò)SIS調(diào)取機(jī)組帶高負(fù)荷后360MW的平均排煙溫度對(duì)比結(jié)果如表6所示。

表6 負(fù)荷后360MW平均排煙溫度對(duì)比表（℃）

從數(shù)據(jù)可看出，高負(fù)荷時(shí)隨著爐內(nèi)煙氣溫度、流量都會(huì)增大，對(duì)積灰有一定的擾動(dòng)。

3.4 風(fēng)門擋板調(diào)節(jié)

調(diào)整C、F二次風(fēng)門的擋板開度，可改變爐內(nèi)煙氣的分布，但具體的調(diào)整是沒(méi)有定性的，要根據(jù)磨煤機(jī)組合方式及各臺(tái)磨煤機(jī)出力情況進(jìn)行綜合分析。一般情況，在熱負(fù)荷比較集中的位置適當(dāng)?shù)亻_大對(duì)應(yīng)風(fēng)門擋板的開度有一定的效果[2]。

3.5 降低減溫水調(diào)門設(shè)定值

運(yùn)行中出現(xiàn)高過(guò)金屬壁溫偏高時(shí)，可適當(dāng)降低過(guò)熱器一級(jí)、二級(jí)減溫水調(diào)門定值，可有效避免金屬壁溫超限，但同時(shí)要注意左右側(cè)汽溫偏差，設(shè)定值偏差盡量不要大于10℃。

3.6 改造折煙角和調(diào)整布置受熱面

進(jìn)行折煙角改造和受熱面布置調(diào)整可解決積灰問(wèn)題，但工作量大、涉及面廣；可采取在折焰角斜坡加擾流風(fēng)、破壞回流區(qū)、吹起積灰等措施，開發(fā)擾流吹灰裝置：在斜坡水冷壁上布置與斜面平行的吹掃噴嘴，對(duì)受熱面積灰進(jìn)行吹掃，使沉積的飛灰被揚(yáng)起并隨煙氣帶走。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述的運(yùn)行調(diào)整可有效減緩鍋爐高過(guò)、高再超溫和排煙溫度偏高的異?，F(xiàn)象，但水平煙道積灰問(wèn)題未得到徹底解決，目前只能通過(guò)定期吹灰、停爐清掃來(lái)緩解水平煙道積灰，后期建議通過(guò)改造水平煙道吹灰器解決積灰問(wèn)題。