二次再熱塔式鍋爐主汽溫和再熱汽溫優化調整

李洪泉，馬 記，張 巖

（華電萊州發電有限公司，山東 萊州 261400）

0 引言

二次再熱發電技術是世界火力發電先進技術。二次再熱不但可使機組獲得較高的燃煤經濟性，而且具有較低的環保排放優勢，成為火力發電技術發展的方向和趨勢。

提高蒸汽參數，達到鍋爐蒸汽參數的設計值，可最大限度地提高機組的效率。二次再熱超超臨界燃煤機組，比一次再熱機組多了一級再熱器［1-2］，鍋爐內部的受熱面布置更加緊湊，需要重新分配燃燒釋放的熱量，爐膛內部結構越復雜，二次再熱機組的主汽溫、一次再熱汽溫、二次再熱汽溫的調節越困難，且主蒸汽、一次再熱蒸汽與二次再熱蒸汽間的強耦合性［3］，進一步提高了主汽溫和再熱汽溫的調節難度。

某電廠鍋爐為超超臨界參數、變壓直流爐、切圓燃燒方式、固態排渣、單爐膛、二次再熱、平衡通風、半露天布置、全鋼構架、全懸吊結構塔式鍋爐，鍋爐型號為 SG-2717／33.42-M7052。 50%BMCR（鍋爐最大出力）以上主蒸汽溫度設計值605℃，再熱蒸汽溫度設計值623℃。鍋爐投產后主汽溫、一次再熱汽溫、二次再熱汽溫較低，當負荷在600~800 MW時，主汽溫只能達到585~595℃，再熱汽溫差距更大，只有580~590℃左右，隨著負荷的升高，鍋爐蓄熱能力增強，負荷在800~1 000 MW時，主汽溫為590~595℃，再熱汽溫在585~595℃左右，仍與設計值存在較大差距，為提高機組燃燒經濟性，結合鍋爐的設計方式，采用多種方法對主汽溫和再熱汽溫進行優化調整。

1 超超臨界二次再熱塔式爐汽溫調節原理

1.1 二次再熱塔式鍋爐的調溫方式

圖1為塔式鍋爐爐膛受熱面的布置方式示意圖，從下到上依次為低溫過熱器、一二次高溫再熱器冷段、高溫過熱器、一二次高溫再熱器熱段、一二次低溫再熱器、省煤器，在爐膛頂部一二次低溫再熱器及省煤器區域，布置了能將爐膛前后分開的分隔屏。二次再熱塔式鍋爐在調節汽溫時除了采用事故噴水減溫外，還可通過調節燃燒器擺角和調節尾部煙道煙氣擋板的方式。

當入爐煤質發生劇烈變化，或燃燒情況發生較大變化導致主汽溫和再熱汽溫嚴重波動偏離額定值時，就會影響機組運行的經濟性和安全性，此時可短時投入再熱器事故和微量噴水，維持機組安全穩定運行。事故噴水設置在一、二次再熱器的入口，用于保證再熱器第二級微量噴水有裕度。微量噴水設置在再熱器的出口，保證再熱器出口汽溫在安全范圍內。減溫水噴入后，直接進入汽輪機高、中低壓缸，增加了做功的蒸汽流量，即增大了高、中低壓缸的做功能力，在負荷不變時，降低了超高壓缸的做功能力，這相當于一部分參數較低的再熱蒸汽代替了參數較高的主蒸汽作功，使做功效率下降，機組的熱經濟性降低［4］，因此減溫水僅作為事故緊急工況下的汽溫調節手段。此外，低負荷時提高鍋爐過量空氣系數或燃燒器擺角上下擺動［5］，可以同時提高或同時降低一次再熱、二次再熱汽溫，達到同步調節兩級再熱器出口蒸汽溫度的效果。調節尾部煙道煙氣擋板的開度，可以調整進入一次再熱器和二次再熱器的煙氣流量，進而調整一次再熱器和二次再熱器的對流吸熱量，達到異步調節一二級再熱器出口蒸汽溫度的效果，一定程度上可以防止因負荷、煤質等發生變化時引起某一級再熱器受熱面超溫。

1.2 主汽溫和再熱汽溫低的原因分析

對鍋爐運行參數分析，造成主汽溫、再熱汽溫低的原因為：1）熱量分配不均，BRL（額定）工況下爐膛出口煙溫設計值為1 261℃，而實際爐膛出口煙溫遠遠低于設計水平，其主要原因為水冷壁吸熱量偏多，導致過熱器和再熱器吸熱量不足，在鍋爐輸入的總熱量一定的情況下，水冷壁吸熱量偏多，過熱器和再熱器吸熱量自然就會減少，這是鍋爐主汽溫和再熱汽溫偏低的主要原因；2）低溫過熱器個別管壁溫度高，由于鍋爐燃燒過程復雜，爐膛出口煙溫不均，造成低溫過熱器個別管壁溫度偏高，受低溫過熱器個別管壁溫度高制約，最終影響主、再熱汽溫的提升。

圖1 二次再熱塔式鍋爐爐膛受熱面布置

2 主汽溫和再熱汽溫優化調整

2.1 燃盡風擺角調整

為提高主汽溫和再熱汽溫，首先應解決低溫過熱器個別管壁超溫現象，對BAGP（下層燃盡風）、UAGP（上層燃盡風）水平角度和上下擺角進行了反復調整，水平角度調整后如表1所示。燃盡風水平角度調整后，爐膛出口煙溫均勻性明顯改善，煙氣四角切圓偏差降低，燃燒區域煙氣旋轉特性更好。

經過反復試驗調整，燃盡風上下擺角調整到中間位置有利于爐內動力場均衡，即當燃盡風上下擺角在水平位置時爐膛出口煙汽溫度場比較均勻，燃燒區域煙溫偏差較小，調整后爐膛左墻、右墻主汽溫溫差由原來的10~15℃降至5~8℃。低溫過熱器個別管壁溫度偏高的現象有了明顯降低，高溫過熱器出口主汽溫的均勻性得到明顯改善。燃盡風擺角優化后，低溫過熱器個別管壁溫度偏高的現象有了明顯降低，爐膛出口煙溫均勻性明顯改善，為進一步調整主汽溫和再熱汽溫奠定了基礎條件。

表1 優化后燃盡風水平角度 （°）

2.2 鍋爐吹灰方式優化

當前的主要問題是主汽溫和再熱汽溫偏低，因此，應盡量減少水冷壁區域受熱面吹灰次數，增加過熱器和再熱器區域吹灰次數，即減少水冷壁吸熱量，增加過熱器和再熱器吸熱量，從而提高主汽溫和再熱汽溫。

此外，為提高再熱汽溫，進一步提高爐膛火焰中心，可以通過減少低溫過熱器受熱面區域的吹灰頻次和吹灰數量，減少低溫過熱器的熱輻射吸熱量，同時提高再熱器區域的吹灰頻次和吹灰數量，保持再熱器區域受熱面干凈、清潔，增加再熱器的吸熱，從而提高再熱汽溫。

2.3 燃燒器擺角調整

改變燃燒器上下擺角角度是調節主汽溫和再熱汽溫的主要方法。相同負荷且燃燒同種煤種的情況下，分別進行了兩種工況下的燃燒器擺角試驗。

工況1：負荷700 MW，ABCEF 5套制粉系統運行，燃用煤種 （不連溝煤種+華泰煤種）低位熱值20.30 MJ／kg，三層燃燒器擺角由70%提高至90%，主汽溫和再熱汽溫變化趨勢如圖2所示。

工況2：負荷700MW，ACDEF 5套制粉系統運行，燃用煤種（華泰煤種）低位熱值20.51MJ／kg，三層燃燒器擺角由70%下擺至50%，主汽溫和再熱汽溫及過熱器一、二級減溫水量分別如圖3、表2所示。

工況1試驗結果說明當燃燒器擺角提高時，主汽溫和再熱汽溫均有所提高；工況2進行了燃燒器擺角下擺試驗，主汽溫和再熱汽溫雖變化不明顯，但過熱器各級減溫水流量均下降。上述兩組試驗證明，燃燒器擺角對調整主汽溫和再熱汽溫效果明顯，因此，在低溫過熱器壁溫允許的范圍內，提高燃燒器擺角有利于提高主汽溫和再熱汽溫。

圖2 主汽溫和再熱汽溫隨燃燒器擺角變化趨勢（工況1）

圖3 主汽溫和再熱汽溫隨燃燒器擺角變化趨勢（工況2）

表2 過熱器減溫水流量隨擺角變化 t／h

2.4 燃料量分配調整

改變各層燃燒器燃料分配，增加上部燃燒器燃料量，減少下部燃燒器燃料量，進行了一組試驗。

負荷700 MW，BCDEF五套制粉系統運行，總燃料量273 t／h，負荷及總燃料量維持不變，通過增加上層D磨的出力觀察主汽溫和再熱汽溫的變化情況。試驗前后各層燃燒器燃料量分配情況如表3所示，主汽溫和再熱汽溫的變化趨勢如圖4所示。

表3 試驗前后燃料量分配 t／h

圖4 主汽溫和再熱汽溫隨燃料量分配變化趨勢

采用同樣方法，增加E層燃燒器燃料量，主汽溫和再熱汽溫的變化與圖4基本相同，通過試驗證明，增加上部燃料量對提高主汽溫和再熱汽溫效果明顯。

2.5 爐膛出口氧量調整

爐膛出口氧量不僅影響爐膛內燃料的燃燒情況、燃燒產物的種類，而且還影響鍋爐效率。改變爐膛出口氧量，進行了一組試驗，觀察主汽溫和再熱汽溫的變化情況。

負荷700 MW，ABCDE 5套制粉系統運行，爐膛出口氧量3.7%，將爐膛出口氧量增加至4.0%，試驗前后主汽溫和再熱汽溫的變化情況如圖5所示。

過度提高爐膛出口氧量，不僅會增加風機出力，而且會增加鍋爐排煙熱損失；但是，適當提高爐膛出口氧量（0.1%～0.3%），能夠增大煙氣量，有利于提高再熱器受熱面的對流換熱比例，從而提高主汽溫和再熱汽溫。

圖5 主汽溫和再熱汽溫隨爐膛出口氧量的變化趨勢

2.6 二次風配風調整

燃燒器二次風門配風方式有均等配風和束腰型配風，束腰型配風具有能使火焰中心上移、提高主汽溫和再熱汽溫、降低煙氣NOx含量、提高鍋爐燃燒穩定性的優點，因此，通過改變二次風門開度，進行了一組試驗，觀察主汽溫和再熱汽溫的變化。

負荷700 MW，BCDEF5套制粉系統運行，燃燒器二次風門束腰型配風方式代替均等配風方式，試驗前后二次風門開度如表4所示，主汽溫和再熱汽溫的變化趨勢如圖6所示。

表4 二次風門調整前后開度 %

圖6 主汽溫和再熱汽溫隨配風方式改變的變化趨勢

采用同樣方法，對ACDEF制粉運行的工況進行二次風配風調整試驗，主汽溫和再熱汽溫的變化趨勢與圖6類似，試驗結果表明，在負荷不變的工況下，兩種配風方式進行對比，試驗表明，在負荷及燃燒工況相同的條件下，“束腰型”配風對主汽溫和再熱汽溫的影響均優于“均等型”配風。

3 結語

針對某二次再熱塔式鍋爐投運后主汽溫和再熱汽溫低的問題，分析了塔式鍋爐主汽溫、再熱汽溫低的原因。通過試驗得出燃盡風上下擺角調整到水平位置，低溫過熱器個別管壁溫度偏高的現象有了明顯降低，爐膛出口煙溫均勻性明顯改善；減少水冷壁區域受熱面吹灰次數，增加過熱器和再熱器區域吹灰次數，即減少水冷壁吸熱量，增加過熱器和再熱器吸熱量，從而提高主汽溫和再熱汽溫。提高燃燒器擺角利于提高主汽溫和再熱汽溫；增加上部燃料量對提高主汽溫和再熱汽溫效果明顯；適當提高爐膛出口氧量（0.1%～0.3%），能夠增大煙氣量，有利于提高再熱器區域對流換熱比例，從而提高主汽溫和再熱汽溫。在其他參數不變的工況下，“束腰型”配風對主汽溫和再熱汽溫的影響均優于“均等型”配風。通過以上方法的反復優化調整，當負荷為500~800 MW時，主蒸汽溫度能夠達到設計值605℃，再熱汽溫提高至594~613℃，主汽溫和再熱汽溫均有了明顯的提升。通過各種調整手段總結摸索經驗，為超超臨界二次再熱機組主汽溫和再熱汽溫的優化調整提供參考。