超臨界鍋爐低負荷運行高溫過熱器壁溫超溫控制淺析

陳喜 齊明震

摘 要：針對某電廠兩臺1045MW超超臨界鍋爐在低負荷運行中出現的高溫過熱器管壁超溫現象，結合現場運行實踐提出了超超臨界鍋爐防止低負荷運行高溫過熱器管壁超溫的控制策略，取得了良好的效果，保證了鍋爐安全運行。

關鍵詞：直流鍋爐;低負荷;高溫過熱器管壁超溫;控制策略

1 引言

某電廠兩臺1045MW超超臨界機組于2012年投產，自投產以來，受電網負荷影響，兩臺機組經常啟停和低負荷運行。機組在200MW-300MW間運行時，高溫過熱器管間壁溫差大、易發生超溫現象，管壁超溫累積時間一長，金屬高溫蠕變、強度降低，容易爆管，給鍋爐安全運行帶來非常大的安全隱患。某廠全年兩臺機組高溫過熱器壁溫超限分鐘統計圖見圖1：

2 鍋爐設備情況

某電廠鍋爐選用東方鍋爐（集團）股份有限公司生產的DG3033/26.15-II2超超臨界參數燃煤直流爐[1]，為單爐膛、前后墻對沖燃燒、一次中間再熱、尾部雙煙道結構、采用煙氣擋板調節再熱汽溫，平衡通風、固態排渣、露天布置、全懸吊、鋼結構П型鍋爐。每臺爐配6臺MGS4366型雙進雙出鋼球磨煤機，燃燒系統采用低NOx燃燒器。燃燒器分3層，每層共8只，前后墻各布置24只，每臺磨煤機帶一層燃燒器。

高溫過熱器蛇形管位于鍋爐折焰角上部，順流布置，爐內過熱器管子外三圈采用HR3C材料，進口內圈材質為SA213—TP347HFG，出口內圈材質為SUPER304H。

高溫過熱器材質選用和壁溫報警控制設定值見圖2：

3 低負荷高溫過熱器管壁超溫原因分析

3.1 鍋爐濕態轉干態過程中，蒸汽流量降低，水煤比失調

直流鍋爐的三大過熱器（過熱器、省煤器、水冷壁） 串聯連接，雖然在結構上是分清的，但是工質狀態沒有固定的分界，它隨著工況而變化[2]。工質物理特性影響，在干濕態轉換過程中，蒸汽比容等參數交變波動較大，引起管間流量偏差加劇，容易發生超溫。因此在鍋爐濕態轉干態過程中，必須嚴格控制好給水流量、給水溫度、水煤比等參數，防止出現管壁超溫甚至爆管。鍋爐轉態過程中，給水流量控制過大、給水溫度控制過低，均會造成鍋爐蒸汽流量不足，鍋爐蒸汽流量低，水煤比一旦失調，鍋爐過熱器就會超溫。

3.2 鍋爐啟、停過程中，鍋爐長時間濕態運行;

超超臨界鍋爐低負荷濕態運行中的汽溫控制比正常運行時更為復雜，因為蒸汽參數變化大而流量比較低，所以鍋爐濕態運行更容易超溫。鍋爐啟動過程中，因突發的制粉系統故障，導致鍋爐無法增加燃料，機組無法升負荷;鍋爐停運過程中，因燒空原煤倉，磨煤機不能停運，機組無法降負荷，這兩種情況都會導致鍋爐長時間濕態運行。

3.3 鍋爐濕態運行時，蒸汽流量降低

鍋爐濕態運行時，鍋爐一旦有外排量，會引起工質熱量損失，蒸汽流量降低;給水溫度過低，蒸汽流量會降低，鍋爐過熱器容易超溫。鍋爐濕態運行時，應盡量減少汽水分離器的排水，提高鍋爐給水溫度，增大蒸汽流量，對降低管間流量偏差大有好處。

3.4 鍋爐低負荷運行，啟、停磨過程中，燃料波動大;

雙進雙出鋼球磨煤機進入鍋爐燃料量不能用給煤機煤量來準確控制，只能用負荷風門模糊控制，鍋爐低負荷階段，尤其是啟停磨階段，進入鍋爐的燃料波動大，鍋爐過熱器易超溫，必須嚴格控制燃料投入速度和及時調整燃燒工況。

4 低負荷高溫過熱器管壁超溫控制策略

4.1 鍋爐濕態轉干態控制要點

1）鄰機運行時保持除氧器溫度在150℃左右，啟動爐供輔汽時維持除氧器溫度在100℃以上，建立高加正常水位，進一步提高進入鍋爐省煤器入口給水溫度，提高低負荷鍋爐蒸汽流量;

2）在機組負荷達到250MW～300MW時，進行鍋爐濕態轉干態操作，進行操作之前完成鍋爐給水由旁路切至主路運行;

3）鍋爐轉態前按照機組啟動汽溫、汽壓曲線確認汽溫、汽壓是否匹配，轉態前主汽溫應控制在550℃為宜，否則應調整正常后再進行轉態操作。

4）鍋爐轉干態應待第三臺磨運行穩定后再進行，爐內燃燒穩定，密切關注爐膛負壓變化情況，必要時保持足量的油槍運行，轉態時燃料量應平穩緩慢增加。

5）鍋爐轉態時保持給水流量在800t/h左右，關閉鍋爐361閥前電動總門，避免鍋爐外排，增加鍋爐蒸發量，根據儲水箱水位逐漸關小爐水循環泵出口調節門，逐漸提升汽泵轉速，使給水平穩過渡至汽泵接帶。

4.2 正常運行，燃料調整要點

1）正常運行期間氧量是反映爐內燃料變化的重要指標，燃料調整以氧量平穩變化為主要參考。

2）從燃料調整至汽溫、壁溫等參數發生變化需要約2分鐘時間，因此增、減燃料后應觀察氧量、汽溫、壁溫等參數變化情況，待變化趨勢變緩后再進行下一步調整，避免過調。

3）燃料調整以磨煤機負荷風門調整為主，一次風壓調整為輔，在有余量的情況下磨負荷風門最好保持在45～65%之間，留足調節裕量，運行中控制燃料反饋與燃料指令偏差<10%，避免燃料量與負荷不匹配。

4）一次風壓的自動跟蹤存在滯后性，調節一次風壓要打好提前量，負荷指令變化、開關磨煤機風門等均會導致一次風壓變化，此時應及時調整，穩定入爐燃料量。

5）磨煤機啟動建立料位出力階段盡量控制在機組加負荷時，磨煤機停磨吹空階段盡量控制在機組減負荷時，盡量避免這兩個時段落在穩定負荷階段，減少啟停磨對參數的擾動。

6）啟、停磨煤機時，應根據磨煤機出力及吹空特性，并根據氧量等參數變化，及時調整其它磨煤機出力，保持整體入爐燃料量穩定。

7）加強磨煤機各參數監視，避免空磨、堵磨造成的入爐燃料量大幅波動。

4.3 機組停運過程中，制粉系統控制要點

1）原煤倉燒空按計劃有序燒空，不要多臺磨煤機原煤倉同時燒空，一臺磨兩個原煤倉燒空倉間隔時間控制在20分鐘以內;

2）磨煤機停運按計劃有序進行，不要同時進行多臺磨煤機停運操作;

3）鍋爐濕態運行期間，輸煤皮帶連續運行，原煤倉倉位控低不控高，少加倉，精細化調整，控制最后兩臺磨燒空停運間隔時間在20分鐘以內

4.4 機組啟動過程中，制粉系統控制要點

1）磨煤機啟動按計劃有序進行，不要同時進行多臺磨煤機啟動操作;

2）機組并網前啟動第二臺磨運行，鍋爐轉干態前啟動第三臺磨煤機，磨煤機啟動出力后，應及時通過降低一次風壓、關小運行磨負荷風門等手段控制燃料量，避免鍋爐熱負荷快速增加，導致汽溫及壁溫快速升高。

5 結論

文中從現場實踐角度淺析了超超臨界鍋爐低負荷運行高溫過熱器管壁超溫的原因和控制策略，采取相關措施后，機組低負荷段運行時，鍋爐高溫過熱器管壁超溫的情況得到有效根治，保證了鍋爐安全運行。