660 MW超超臨界機(jī)組鍋爐高溫再熱器壁溫超溫試驗(yàn)研究

張振杰，張家維，宋大勇，王文生，關(guān)風(fēng)一

(1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2. 國(guó)家能源集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司沈陽(yáng)分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110102；3.華電電力科學(xué)研究院有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110180)

隨著金屬材料技術(shù)的發(fā)展，目前超超臨界機(jī)組鍋爐設(shè)計(jì)主汽溫度達(dá)到605 ℃，設(shè)計(jì)再熱汽溫達(dá)到622 ℃。某電廠3號(hào)、4號(hào)鍋爐為660 MW超超臨界參數(shù)鍋爐，自投產(chǎn)以來(lái)，出現(xiàn)高溫再熱器壁溫超溫的問(wèn)題，通過(guò)投入減溫水降低管壁溫度，最終導(dǎo)致再熱蒸汽溫度偏低[1-2]。本文開(kāi)展了燃燒調(diào)整試驗(yàn)[3-4]，試驗(yàn)表明，通過(guò)燃燒器的合理配風(fēng)，可解決再熱器超溫和再熱蒸汽溫度偏低問(wèn)題[5-7]。

1 設(shè)備概況

某電廠鍋爐為北京B&W公司生產(chǎn)制造的超超臨界參數(shù)、螺旋爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣π型鍋爐。鍋爐主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 鍋爐主要參數(shù)

過(guò)熱器由頂棚過(guò)熱器、包墻過(guò)熱器、分隔墻過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器及末級(jí)過(guò)熱器組成。頂棚及包墻過(guò)熱器布置于爐膛和對(duì)流煙道上部，低溫過(guò)熱器位于尾部豎井后煙道內(nèi)，前屏式過(guò)熱器位于爐膛上部，后屏過(guò)熱器位于折焰角上方，末級(jí)過(guò)熱器布置在折焰角上方。在低溫過(guò)熱器出口與前屏過(guò)熱器入口及前屏過(guò)熱器出口與后屏過(guò)熱器入口布置一、二級(jí)過(guò)熱減溫器。再熱器由低溫再熱器和高溫再熱器組成，低溫再熱器布置在后豎井前煙道內(nèi)，高溫再熱器布置在水平煙道內(nèi)。在低溫再熱器入口及出口與高溫再熱器入口布置一、二級(jí)再熱事故噴水減溫器。主汽溫度在鍋爐濕態(tài)運(yùn)行時(shí)主要由一、二級(jí)減溫水調(diào)節(jié)，干態(tài)運(yùn)行時(shí)由煤水比進(jìn)行粗調(diào)，減溫水作為細(xì)調(diào)。再熱汽溫正常情況下主要由煙氣分配擋板調(diào)節(jié)，緊急情況下由噴水減溫器調(diào)節(jié)。

鍋爐采用前后墻對(duì)沖燃燒方式，燃燒系統(tǒng)由Airejet型超低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器、XCL型低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器、OFA噴口等組成。共配有20只Airejet型煤粉燃燒器和10只XCL型煤粉燃燒器，分3層布置在鍋爐的前后墻上。其中，20只Airejet 型煤粉燃燒器布置在前、后墻的上層、中層，10只XCL型煤粉燃燒器布置在前、后墻的下層，每層前后排各5只燃燒器。前、后墻下層的10只XCL型煤粉燃燒器配有等離子點(diǎn)火裝置。OFA噴口布置在前、后墻最上層燃燒器上方的單獨(dú)的風(fēng)箱內(nèi)，每個(gè)OFA風(fēng)箱內(nèi)有7只OFA噴口(共14只)。前墻燃燒器自下往上排序?yàn)锳、B、C,后墻燃燒器自上往下排序?yàn)镈、E、F。各層燃燒器編號(hào)按A側(cè)至B側(cè)排序。

如圖1所示，XCL型煤粉燃燒器分內(nèi)、外二次風(fēng)通道，內(nèi)、外層二次風(fēng)的旋轉(zhuǎn)方向一致。內(nèi)二次風(fēng)通道裝有一級(jí)可調(diào)旋轉(zhuǎn)葉片，用于優(yōu)化燃燒。內(nèi)二次風(fēng)軸向葉片的最大開(kāi)度為60°，最小開(kāi)度為 20°。燃燒器的外二次風(fēng)通道內(nèi)第2級(jí)葉片為可調(diào)旋轉(zhuǎn)葉片。外調(diào)風(fēng)葉片的最大開(kāi)度為80°，最小開(kāi)度為40°。如圖2所示， Airejet型煤粉燃燒器內(nèi)二次風(fēng)通道內(nèi)裝有固定葉片，設(shè)計(jì)角度為 20°，可使與煤粉氣流外表面相接觸的內(nèi)二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)，促進(jìn)煤粉的點(diǎn)火和火焰內(nèi)部的回流。外二次風(fēng)通道由內(nèi)套筒和燃燒器外套筒形成。外二次風(fēng)通道內(nèi)裝有2級(jí)葉片。第1級(jí)為固定葉片，用于改善進(jìn)入該通道氣流的圓周分布。第2級(jí)葉片為可調(diào)旋轉(zhuǎn)葉片，用于進(jìn)一步燃燒優(yōu)化。外二次風(fēng)通道的可調(diào)葉片調(diào)節(jié)范圍為40°～80°。

圖1 XCL燃燒器結(jié)構(gòu)

圖2 Airejet燃燒器結(jié)構(gòu)

如圖3所示，二次風(fēng)進(jìn)入OFA燃燒器后分別進(jìn)入到 OFA 噴口的中心風(fēng)區(qū)和外二次風(fēng)區(qū)。中心通道的空氣為直流風(fēng)，OFA噴口外環(huán)裝有可調(diào)葉片，葉片的開(kāi)啟范圍為 20°～90°。OFA 噴口的風(fēng)量由調(diào)風(fēng)套筒及調(diào)風(fēng)盤來(lái)調(diào)節(jié)。

圖3 OFA燃燒器結(jié)構(gòu)

2 存在問(wèn)題

機(jī)組投運(yùn)后鍋爐出現(xiàn)高溫再熱器壁溫超溫，導(dǎo)致再熱汽溫低于設(shè)計(jì)值。尤其是投入D磨運(yùn)行時(shí)，再熱汽溫低于615 ℃。

3 燃燒器風(fēng)門開(kāi)度及旋流強(qiáng)度對(duì)高溫再熱器壁溫的影響

3.1 主燃燒器外二次風(fēng)及旋流強(qiáng)度對(duì)高溫再熱器壁溫的影響

將E2外二次風(fēng)葉片角度從50°調(diào)到60°，對(duì)應(yīng)的高溫再熱器壁溫有所提升，見(jiàn)圖4。

圖4 燃燒器外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度對(duì)高溫再熱器壁溫的影響

3.2 燃燒器配風(fēng)方式對(duì)高溫再熱器壁溫的影響

將各層3號(hào)燃燒器套筒按正塔型配風(fēng)，高溫再熱器中部壁溫上升，見(jiàn)圖5。

圖5 燃燒器正塔型配風(fēng)對(duì)高溫再熱器壁溫的影響

3.3 OFA套筒開(kāi)度對(duì)高溫再熱器壁溫的影響

將前后墻4、5、6號(hào)OFA套筒開(kāi)度由全開(kāi)調(diào)至250°，相對(duì)應(yīng)的高溫再熱器壁溫上升，見(jiàn)圖6。

圖6 OFA套筒開(kāi)度對(duì)高溫再熱器壁溫的影響

3.4 OFA葉片角度對(duì)高溫受熱面壁溫的影響

將前后墻4號(hào)OFA葉片角度由90°調(diào)至50°，相對(duì)應(yīng)的高溫再熱器壁溫升高，見(jiàn)圖7。

圖7 OFA旋流強(qiáng)度對(duì)高溫再熱器壁溫的影響

3.5 OFA中心風(fēng)對(duì)高溫再熱器壁溫的影響

將前墻3、4號(hào)OFA中心風(fēng)開(kāi)度由250°調(diào)至200°，相對(duì)應(yīng)的高溫再熱器壁溫升高，見(jiàn)圖8。

圖8 OFA中心風(fēng)對(duì)高溫再熱器壁溫的影響

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)燃燒器風(fēng)門及葉片角度變化對(duì)高溫再熱器壁溫會(huì)產(chǎn)生影響，其根本原因是風(fēng)門及葉片角度改變使?fàn)t膛火焰高度發(fā)生變化，各因素對(duì)火焰高度的影響分析見(jiàn)表2。

表2 燃燒器風(fēng)門及葉片角度對(duì)爐膛火焰高度的影響

4 高溫再熱器壁溫調(diào)整結(jié)果

根據(jù)表2中對(duì)燃燒器葉片角度及風(fēng)門開(kāi)度對(duì)高溫再熱器壁溫的影響分析，設(shè)計(jì)了諸多風(fēng)門開(kāi)度及葉片角度組合方式進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，兼顧不同負(fù)荷、不同煤質(zhì)以及爐膛出口NOx排放量，最后選出兼容性好的調(diào)整狀態(tài)作為最終推薦。最終推薦的各燃燒器風(fēng)門開(kāi)度及葉片角度見(jiàn)表3和表4。

表3 OFA風(fēng)門及葉片調(diào)整前后狀態(tài)

表4 燃燒器風(fēng)門及葉片調(diào)整前后狀態(tài)

兼顧不同煤質(zhì)、不同負(fù)荷、不同磨組合下的調(diào)整結(jié)果見(jiàn)圖9—圖13。試驗(yàn)結(jié)果表明，調(diào)整后高溫再熱器壁溫在控制最高壁溫不超過(guò)640 ℃的前提下，絕大多數(shù)壁溫都能保持在620 ℃以上，而調(diào)整前的壁溫低點(diǎn)甚至低于590 ℃，壁溫低點(diǎn)提高了30 ℃，減小了溫差，從而保證了再熱汽溫達(dá)到設(shè)計(jì)值622 ℃，解決了高溫再熱器壁溫高影響再熱汽溫，尤其是D磨運(yùn)行時(shí)再熱汽溫只能達(dá)到615 ℃的問(wèn)題。

圖9 ABEF磨組合下調(diào)整后高溫再熱器壁溫分布

圖10 ABDF磨組合下調(diào)整后高溫再熱器壁溫分布

圖11 ABDE磨組合下調(diào)整后高溫再熱器壁溫分布

圖12 ABCEF磨組合下調(diào)整前后高溫再熱器壁溫分布

圖13 ABDEF磨組合下調(diào)整前后高溫再熱器壁溫分布

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)燃燒器風(fēng)門及旋流強(qiáng)度調(diào)整，高溫再熱器壁溫分布形態(tài)得到了極大改善，減小了高溫再熱器壁溫溫差，從而保證了再熱汽溫達(dá)到設(shè)計(jì)值。試驗(yàn)表明，對(duì)于布置前后墻對(duì)沖旋流燃燒器的鍋爐，采取調(diào)整燃燒器風(fēng)門及旋流強(qiáng)度來(lái)解決高溫再熱器壁溫超溫問(wèn)題有效、可行。