660 MW超超臨界鍋爐中間點溫度低的調整方法

李建軍

（大唐國際托克托發電有限責任公司，內蒙古托克托 010206）

0 引言

超臨界鍋爐中間點溫度是指水冷壁出口汽水分離器中工質的溫度，水冷壁出口工質溫度的變化必然影響到過熱汽溫。因此，中間點溫度作為控制過熱汽溫的超前信號或首要參考溫度是十分關鍵的。而且，從超臨界鍋爐的工作特殊性分析，中間點溫度的變化不僅與水冷壁的吸熱量有關，而且與水冷壁進口工質溫度和流量有關。因此，中間點溫度的控制，對于防止水冷壁發生膜態沸騰或類膜態沸騰、以及防止水冷壁管壁過熱十分重要。隨著我國超臨界機組的大量投產，很多學者對于中間點溫度的研究逐漸增多，但大部分偏重于中間點溫度控制的模擬研究，對于實際運行機組的中間點溫度控制問題，偏重于控制策略的討論和優化，很少涉及燃燒調整和運行優化對中間點溫度的影響。

托電五期9，10號爐自投產以來，長期存在中間點溫度低（過熱度低）、主再熱汽溫容易超溫問題，針對這一問題進行現象描述、原因分析，并進行大量的調整和試驗，根據調整和試驗結果，得出可行的調整措施，為同類型機組提供參考。

1 設備簡介

托電五期9，10號爐為660 MW為高效超超臨界參數變壓直流本生型鍋爐，一次再熱，單爐膛，前后墻對沖方式，尾部雙煙道結構，采用煙氣擋板調節再熱汽溫，事故狀態時有事故噴水，排渣方式為固態排渣，全鋼構架，全懸吊結構，全身采用緊身封閉，平衡通風，Π形布置鍋爐。

爐膛燃燒方式為正壓直吹前后墻對沖燃燒，共配有36只LNASB低NOx軸向旋流式煤粉燃燒器，分3層布置在鍋爐前后墻水冷壁上，每層6只。燃燒器配風采用典型的MB形式，即一次風、二次風、三次風。分別通過一次風管，燃燒器內同心的二次風、三次風環形通道在燃燒的不同階段分別送入爐膛，其中二次風為軸向可調式，旋流強度可調；三次風旋流強度不可調。燃燒器上部布置燃盡風調風器，24只燃盡風前、后墻各2層布置在爐膛前后墻上，有效地降低NOx生成，并在A層裝設等離子點火裝置。為防止燃燒區域結焦，在燃燒器靠近水冷壁側設3層貼壁風。

2 現象及原因分析

托電9，10號爐自投產以來長期存在過熱度偏低，主汽溫易超溫現象。鍋爐設計主蒸汽壓力額定值29.3 MPa，過熱汽溫605℃，再熱汽溫623℃，再熱器使用的材料為SA-213T92，在額定壓力下能承受的溫度上限為623℃。再熱器汽溫和壁溫的差值較小，汽溫超限少許就會導致壁溫超限甚至汽溫在額定值以下就存在超溫情況，超溫嚴重威脅機組安全運行，增大鍋爐主再熱器超溫爆管的可能性，縮短鍋爐使用壽命。為減少超溫情況的發生，不得不降低主汽溫運行，以致減低了機組的經濟性。

低負荷階段以上2個問題更加突出，表1中為9號鍋爐在不同負荷下汽水系統參數實際值與設計值的對比。表1中THA（Turbine Heat Acceptance）是熱耗率驗收工況。

表1 9號鍋爐在不同負荷下汽水系統參數實際值與設計值

從表1可以看出，省煤器出口溫度比設計值高10℃左右，而水冷壁出口溫度（與分離器出口溫度一致）比設計值低，75%負荷時甚至低27℃。在分離器壓力與設計值基本接近的情況下，實際運行過熱度比設計值最少低10℃，而且75%負荷以下過熱度不到10℃，50%負荷時很容易導致邏輯判斷為濕態而引起協調控制推遲，但如果提高過熱度，很容易導致過熱器和再熱器出口汽溫或壁溫超溫，為機組的安全運行留下隱患。在低負荷負荷變動的動態工況下問題更加突出。通過分析鍋爐設計資料、燃燒狀態以及輔機運行狀態，判斷鍋爐過熱度低、主再熱汽溫易超溫的原因有7個方面。

（1）鍋爐整體熱量分配不合理，水冷壁處工質的吸熱量過小，導致蒸發面推遲，在蒸汽側特別是高過處的吸熱量過大，最終導致中間點溫度低但過熱氣溫高，壁溫超限的情況發生。該鍋爐爐膛寬度（左右墻之間）、深度（前后墻之間）、高度（水冷壁下聯箱到頂棚過熱器標高）分別為22 162.4 mm，16 980.8 mm和65 000 mm。同類型的魏橋集團電廠660 MW超超臨界鍋爐爐膛寬度、深度和高度分別為22 162.4 mm，15 456.8 mm和65 000 mm。該鍋爐所在地方具有海拔高、氣壓低的特點，煙氣流速較快，要保證水冷壁吸收足夠的熱量，在保證足夠的受熱面積的前提下，應該比同類型爐膛高度高，以保證熱量在有爐膛足夠的停留時間。但2臺鍋爐比較僅僅是爐膛深度方向托電五期9，10號爐大1534 mm，其他參數相同。

（2）直流爐相與汽包爐相比有蓄熱能力小、慣性小、主再熱汽溫不易控制等特點，特別在機組連續快速升降負荷時，由于鍋爐蓄熱能力小，爐膛吸熱跟不上，爐膛出口溫度及煙氣流量急劇上升，而協調為快速響應機組負荷，只能快速增加總煤量，總煤量的快速和大量增加造成煙氣流量急劇上升，對于以對流受熱為主的主再熱器受熱面，其吸熱量急劇增大，而蒸汽流量又相對于煙氣量偏少，最終將導致超溫。

（3）鍋爐和汽機的特性匹配不好。在要求升負荷速率的前提條件下，大幅度升負荷如一次升100 MW，在升負荷前半段汽機調門有余量，可以通過調整汽機調門的開度控制負荷變化，但當負荷升至后半段時，汽機調門綜合指令已至99%，此時為滿足升負荷要求，協調會大量增加煤量，由于煤量的增加至燃燒放出熱量需要一定的時間，當負荷到設定值時，煤量已嚴重偏多，造成實際的水煤比失調，出現超溫情況。

（4）爐底漏風對汽溫的影響。托電五期鍋爐采用干式冷渣機，如果爐底漏風量大，大量的冷卻風直接進入爐膛，但是這部分風參加燃燒的成分較少，大部分直接排走，而且會將火焰中心上移，導致水冷壁吸熱不足，過熱度偏低。

（5）主蒸汽壓力對過熱度的影響。超超臨界鍋爐的汽溫汽壓特性是，隨著蒸汽壓力的降低或者升高，主蒸汽的溫度隨之升高或降低，當中間點過熱度減少時，主蒸汽壓力對主蒸汽溫度的影響加劇。

（6）鍋爐吹灰效果對汽溫的影響。鍋爐吹灰為保證各受熱面的清潔，但頻繁地對屏過、高過吹灰導致該處吸熱量增加，放大了該鍋爐易超溫的缺陷。

（7）燃燒出現偏斜的問題。由于托電五期鍋爐為單列送風機、一次風機、空預器。其中空預器為4分倉，導致空預器出口的兩側熱二次風總是存在偏差，低負荷時偏差10℃，高負荷時偏差15℃，該特性導致燃燒工況存在偏差，使左右兩側的煙氣及蒸汽都會偏差。由于燃燒器在試運初期為初步調試，沒有進行精細化調整，導致兩側的燃燒工況不同，也會導致汽溫的偏斜問題。煙氣及汽溫的偏斜導致一側汽溫達不到額定值，而另一側可能出現超溫情況。

3 調整優化方案

針對該鍋爐的特性需要，通過增加水冷壁區域吸熱量提高中間點溫度，同時可降低煙氣在過熱器側的熱量，而水冷壁區域的熱量主要靠燃煤火焰的輻射傳熱，影響水冷壁吸熱的因素包括水冷壁受熱面面積，燃煤放熱量、爐內燃燒和水冷壁清潔程度。而水冷壁面積短時間無法改變，只能通過改變強化燃燒和優化協調等方法處理。

（1）調整燃燒強度即火焰溫度和燃燒位置即火焰中心高度。主要通過調整煤粉細度、風煤比等方法，在保證安全運行的基礎上盡量縮短著火距離，增強爐內燃燒強化爐內吸熱。表2為B磨煤機在不同動態分離器頻率的運行工況。在保證燃燒器噴口無結焦現象的前提下，選擇工況1的磨煤機動態分離器頻率，保證較細的煤粉細度。

表2 不同分離器頻率時B磨煤機運行參數

（2）調整燃燒器二次風。試運時鍋爐的外二次風開度均為75%。為保證各粉管燃燒供氧充足的前提下，增強二次風的旋流強度，將外二次風門均關小，但保證中間粉管燃燒器的二次風較兩側的二次風門開度小，通過測量火焰著火點、大屏屏底溫度及煙氣中還原氣體含量，判斷以下開度為合適開度（表3）。表4為調整前后的過熱度。

表3 調整后燃燒器外二次風開度 %

表4 調整前后的過熱度數據

（3）燃盡風調整。根據燃盡風的特點，在降低氮氧化物排放量的同時，盡量減少燃盡風門的開度。由于上層燃盡風距屏底約15.4 m，其開度的大小對高溫過熱器汽溫有明顯影響，總的趨勢是哪側汽溫高開大該側燃盡風風門，所以對調整汽溫偏差效果明顯。

（4）磨煤機的運行組合方式的改變。由于磨煤機的運行組合方式對鍋爐的燃燒有直接影響。在不同負荷下磨煤機組合方式可以得到最優的方式。表5為2個相同負荷在不同的磨煤機組合方式下過熱度的影響。發現在低負荷時，維持下層3臺磨煤機及1臺上層磨煤機的運行方式對提高過熱度的效果最為明顯。而在高負荷時，維持下、中層磨煤機運行可以有效提高過熱度。

表5 磨組合方式的優化調整

（5）調整主汽壓力為設計值。在相同負荷、相同水煤比的情況下，不同的主蒸汽壓力會影響不同的過熱度，從表6可以看到其明顯的影響。

表6 主蒸汽壓力對過熱度的影響

（6）爐底漏風的治理。調整前爐底80個鋼帶冷卻小風門有24個開度為50%，且干渣機頭部的鎖氣器開度較大。為減少爐底漏風，將爐底鋼帶冷卻小風門關至20%左右，在維持干渣機溫度的前提下，盡量關小干渣機頭部的鎖氣器。

（7）吹灰方式的優化。初期吹灰為每天吹水冷壁、低過、屏過、高過，運行中發現在吹灰的后半部分，屏過和高過很容易發生超溫現象。為此優化吹灰頻率，加強對水冷壁的吹灰，減少對低過、高過和屏過的吹灰頻率。對高過和低過改為一周吹灰一次。

（8）協調系統優化。超超臨界機組的調整對設備的自動化程度要求較高，僅靠人工調整存在較多的調整不及時和調整偏差。為此根據該爐型特點，根據各工況特性調整水煤比及給水前饋，特別對機組磨煤機煤量指令反饋較慢的問題進行優化，使變負荷工況時水和煤的指令變化速率適應機組的要求。

4 結語

針對托電五期9，10鍋爐投產以來存在的過熱度低、主再熱汽溫容易超溫現象，從鍋爐結構設計、直流鍋爐特性、鍋爐汽機參數匹配、自動控制等多個方面進行原因分析，在鍋爐結構未做改造的前提下，通過對鍋爐燃燒參數如煤粉細度、燃燒器參數和燃盡風參數的優化調整、磨煤機組合方式的優化、爐底漏風和吹灰方式的優化、協調控制參數的優化等手段，使主汽溫由月平均590.2℃提高到600℃，再熱器溫度由月平均593.1℃提高到618.6℃，提高了機組運行的經濟性和安全性，可以為同類型機組的調整提供借鑒。