汽包鍋爐受熱面金屬超溫原因分析和應(yīng)對措施

張藝

摘 要：針對鍋爐受熱面金屬超溫情況，通過試驗進(jìn)行原因分析，采取可控的技術(shù)措施和進(jìn)行設(shè)備技術(shù)改造，有效控制受熱面金屬超溫情況，降低受熱面爆管風(fēng)險，提高鍋爐運(yùn)行的安全性。

關(guān)鍵詞：受熱面;金屬溫度;超溫

1概述

某電廠裝機(jī)容量為2×600MW，其中鍋爐由東方鍋爐廠生產(chǎn)，為亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)、前后墻對沖燃燒方式、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、尾部雙煙道、全鋼構(gòu)架的∏型燃煤汽包爐。

鍋爐采用前后墻對沖燃燒方式，在前、后墻共配有30只低NOx軸向旋流式煤粉燃燒器，分三層分別布置在鍋爐前后墻水冷壁上，每層各有5只燃燒器。

鍋爐蒸汽溫度調(diào)節(jié)方式為：過熱蒸汽采用兩級噴水減溫，第一級噴水減溫器用于粗調(diào)，是過熱汽溫的主要調(diào)節(jié)手段，并對屏式過熱器起保護(hù)作用;第二級噴水減溫器主要用于調(diào)節(jié)過熱汽溫左、右側(cè)的偏差和微調(diào)過熱溫度，使過熱蒸汽出口溫度維持在額定值。再熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)主要是通過位于省煤器和低溫再熱器后方的煙氣調(diào)節(jié)擋板進(jìn)行控制，另外，在低溫再熱器進(jìn)口管道上布置有兩只事故噴水減溫器，分左、右兩側(cè)噴入減溫水。

2超溫情況

自機(jī)組投產(chǎn)后，鍋爐受熱面超溫情況較嚴(yán)重，低過金屬溫度2、3點(diǎn)，屏過金屬溫度27、31點(diǎn)，高再金屬溫度3、21點(diǎn)超溫時間長。部分測點(diǎn)超溫幅度達(dá)20～30℃，最高超溫幅度達(dá)到30℃以上，對鍋爐安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

3原因分析

通過試驗對比運(yùn)行參數(shù)和進(jìn)行設(shè)備檢查，分析造成鍋爐受熱面金屬超溫有以下原因：

3.1燃煤種類多，煤種變化大。煤場面積小，僅有20萬噸的儲存量，難以堆存多煤種，煤種多時會出現(xiàn)混堆。通過分倉摻燒方式進(jìn)行燃燒，制約了配煤摻燒精確度，煤種偏離設(shè)計煤種，容易造成超溫。當(dāng)燃燒熱值低的煤時，常需6臺磨運(yùn)行，爐膛火焰中心上移，容易造成超溫。燃燒煤種的變化，特別是燃燒低灰熔點(diǎn)（灰熔點(diǎn)<1250℃）煤時，鍋爐容易結(jié)焦，造成低過和高再金屬超溫。

3.2該鍋爐為亞臨界汽包爐，設(shè)計存在缺陷，水平煙道積灰嚴(yán)重。水冷壁燃燒器區(qū)域結(jié)焦和水平煙道積灰造成鍋爐爐膛出口轉(zhuǎn)向室處煙溫不正常升高，兩側(cè)煙溫偏差一般在30～50℃，嚴(yán)重時超過100℃，致使對流受熱面兩側(cè)吸熱量增加幅度偏差大，增加了調(diào)整難度，受熱面管壁發(fā)生超溫。國內(nèi)同類型鍋爐運(yùn)行時普遍存在水平煙道積灰，造成尾部受熱面金屬超溫，減溫水用量比設(shè)計偏大情況。

3.3旋流燃燒器在一次風(fēng)通道中設(shè)置了導(dǎo)流鈍體，使大量煤粉靠近燃燒器噴口內(nèi)壁。當(dāng)鍋爐長期高負(fù)荷運(yùn)行或煤質(zhì)變化時容易燒損噴口和結(jié)焦，造成燃燒偏斜。停爐檢查時部分燃燒器已出現(xiàn)此種現(xiàn)象。

3.3機(jī)組參與調(diào)頻和現(xiàn)貨市場交易，負(fù)荷變化幅度大且頻繁，為快速響應(yīng)負(fù)荷要求，風(fēng)和煤有過調(diào)，容易造成鍋爐金屬超溫。

3.4減溫水自動調(diào)節(jié)遲滯，負(fù)荷大幅度變化時汽溫調(diào)整滯后更明顯，引起蒸汽溫波動大，易造成鍋爐超溫。在實(shí)際運(yùn)行中，鍋爐尾部煙氣檔板調(diào)整再熱汽溫不明顯，需使用再熱器事故減溫水參與調(diào)整，但低溫再熱器與高溫再熱器之間的蒸汽溫度無法測量，被調(diào)量的延遲時和慣性更大，造成再熱器蒸汽溫度波動區(qū)間增大，控制難度也大。再熱器兩側(cè)事故噴水減溫器調(diào)節(jié)門自動時受總偏置控制，當(dāng)爐膛兩側(cè)煙溫偏差大時，兩側(cè)噴水量相同，結(jié)果造成一側(cè)汽溫低至520℃，一側(cè)汽溫高達(dá)550℃，造成金屬超溫。

3.5該鍋爐設(shè)計煤粉細(xì)度R90=16%，實(shí)際運(yùn)行中部分制粉系統(tǒng)的煤粉較粗，煤粉燃燼時間增加及火焰中心上移，爐膛出口煙氣溫度升高，造成受熱面金屬超溫。制粉系統(tǒng)自動方式運(yùn)行，當(dāng)煤量減少時，風(fēng)量未進(jìn)行相應(yīng)降低，風(fēng)煤比不合理。同層燃燒器一次風(fēng)管出力不一致，爐膛出口兩側(cè)煙溫偏差大。

3.6鍋爐NOx軸向旋流式煤粉燃燒器的中心風(fēng)、二次風(fēng)、三次風(fēng)和燃燼風(fēng)開度調(diào)節(jié)不合理，運(yùn)行人員根據(jù)經(jīng)驗來進(jìn)行配風(fēng)，隨意性較大，缺乏科學(xué)性，往往造成底部配風(fēng)量過大，爐膛火焰中心上移，在機(jī)組升負(fù)荷時易引起低溫過熱器、屏式過熱器、高溫再熱器金屬超溫。

4采取措施

4.1通過燃煤采購和配煤分倉摻燒，使低灰熔點(diǎn)煤與高灰熔點(diǎn)煤進(jìn)行合理搭配。根據(jù)機(jī)組負(fù)荷曲線，提前制定好配煤計劃，控制入爐煤低位熱值，使機(jī)組滿足負(fù)荷時盡量減少磨煤機(jī)臺數(shù)。

4.2根據(jù)后夜班及上午班的負(fù)荷變化過程中超溫現(xiàn)象較多，除每天上午班的定期本體吹灰外，在前夜班增加一次爐膛吹灰，以增強(qiáng)爐膛的吸熱，降低爐膛出口煙溫。

4.3進(jìn)行機(jī)組MCS優(yōu)化試驗，重新調(diào)整負(fù)荷-氧量和燃料-風(fēng)量關(guān)系函數(shù);調(diào)整了一、二級過熱汽溫調(diào)節(jié)參數(shù)，縮小汽溫和減溫水流量波動范圍。針對再熱器減溫水調(diào)門只受總偏置控制問題，修改控制邏輯。

4.4進(jìn)行燃燒優(yōu)化試驗，確定在600MW負(fù)荷和投五臺磨的運(yùn)行條件下，采取以下配風(fēng)方式：（1）將爐膛入口運(yùn)行氧量控制在2.80～3.50%左右;（2）二次風(fēng)采取均勻配風(fēng)，開度在85%左右;（3）燃燒器三次風(fēng)開度在60%左右;（4）燃盡風(fēng)擋板開度在60%左右;（5）中心風(fēng)可根據(jù)燃燒器投運(yùn)情況保持10%開度做冷卻風(fēng)。

4.5控制磨煤機(jī)運(yùn)行數(shù)量與負(fù)荷匹配，機(jī)組負(fù)荷降低時應(yīng)停運(yùn)磨煤機(jī)。機(jī)組負(fù)荷250～320MW時3臺磨運(yùn)行，負(fù)荷320～450MW時4臺磨運(yùn)行，負(fù)荷450～600MW時5臺磨運(yùn)行。控制運(yùn)行的磨煤機(jī)數(shù)量，有利于防止因負(fù)荷低而投運(yùn)的制粉系統(tǒng)過多，增加汽溫的調(diào)節(jié)難度。

4.6進(jìn)行制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗，通過調(diào)整一次風(fēng)管縮孔調(diào)平一次風(fēng)速，根據(jù)煤種、煤粉細(xì)度和飛灰可燃物含量變化，及時調(diào)整磨煤機(jī)粗粉分離器折向檔板，控制磨煤機(jī)的煤粉細(xì)度在合理范圍內(nèi)，特別是C、D、F磨煤機(jī)煤粉取樣位置靠近一次風(fēng)管彎頭位置，煤粉細(xì)度比實(shí)際偏粗。當(dāng)磨煤機(jī)給煤量減少時，需相應(yīng)降低磨煤機(jī)的通風(fēng)量，按風(fēng)煤比曲線進(jìn)行調(diào)整。避免因煤量減少，為控制磨煤機(jī)出口溫度，增大冷風(fēng)量，結(jié)果造成總風(fēng)量反而增大了，結(jié)果造成煤粉變粗，火焰中心上移，增加汽溫調(diào)整難度，容易造成超溫和汽溫波動。

4.7根據(jù)機(jī)組負(fù)荷曲線，結(jié)合鍋爐總?cè)剂狭康淖兓崆?0分鐘將備用磨煤機(jī)啟動。適當(dāng)將主、再熱汽溫自動控制值設(shè)低至538℃，待目標(biāo)負(fù)荷到達(dá)再設(shè)回正常值541℃。

4.8一次風(fēng)機(jī)降壓運(yùn)行。將一次風(fēng)機(jī)母管壓力由于10kPa降至8.5～9.5kPa，并根據(jù)每臺磨煤機(jī)出力和一次風(fēng)速調(diào)整磨煤機(jī)的風(fēng)量，確保磨煤機(jī)正常運(yùn)行。通過試驗，將磨煤機(jī)出口一次風(fēng)粉混合溫度由65℃提高至80℃，可使煤粉燃燒更充分。

4.9進(jìn)行設(shè)備技術(shù)改造

4.9.1進(jìn)行低氮燃燒器改造，優(yōu)化燃燒器噴口設(shè)計，防止燒損和優(yōu)化主燃燒區(qū)的氧量。在前、后墻增加一層燃盡風(fēng)，增加調(diào)整的靈活性格，在爐膛空間實(shí)現(xiàn)更深的空氣分級。

4.9.2在水平煙道增加風(fēng)帽吹灰器，減少受熱面積灰。

4.9.3減少低溫再熱器和低溫過熱器的受熱面面積，增加省煤器受熱面面積。

4.9.4優(yōu)化吹灰汽源和其疏水，提高吹灰壓力和溫度，使機(jī)組低負(fù)荷時也能進(jìn)行全面吹灰，減少受熱面積灰。

5結(jié)語

通過運(yùn)行方式的優(yōu)化和設(shè)備技術(shù)改造，鍋爐受熱面金屬超溫情況大幅下降，部分受熱面超溫現(xiàn)象消失，部分受熱面的金屬超溫最高值也下降，同時減少了減溫水量，提高經(jīng)濟(jì)性。其中原超溫情況嚴(yán)重的低過金屬溫度2、3點(diǎn)，屏過金屬溫度27、31點(diǎn)，高再金屬溫度3、21點(diǎn)下降明顯。但由于機(jī)組參與調(diào)頻和現(xiàn)貨市場交易，負(fù)荷變化幅度大且頻繁，鍋爐受熱面偶有發(fā)生超溫現(xiàn)象，但超溫情況發(fā)生后能及時將金屬溫度降至正常值。

利用停機(jī)檢修機(jī)會，對超溫受熱面進(jìn)行跟蹤檢查，以判斷金屬超溫對爐管的損害情況，必要時更換耐受溫度更高的新材料。

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