超超臨界鍋爐低負荷汽溫偏差調整與運行優化

王佳偉

摘? 要：某電廠660 MW 超超臨界四墻切圓鍋爐，50%負荷長期摻燒劣質煤種，燃用煤種嚴重偏離設計煤種，導致屏式過熱器右側汽溫較左側汽溫長期偏低20～30℃和右側末級過熱器出口蒸汽溫度較設計值偏低10～20℃兩個突出問題。

關鍵詞：低負荷;超超臨界鍋爐;四墻切圓;汽溫偏差;燃燒優化

江蘇某660MW超超臨界四墻切圓煤粉鍋爐，自投產以來，由于摻燒劣質煤種，鍋爐效率低等一系列影響機組正常穩定運行的安全經濟性問題。為此，分析影響燃燒問題的主要因素，并進行系統性燃燒優化調整試驗研究。

1 設備簡介

該鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的超超臨界參數螺旋管圈直流煤粉爐，單爐膛、四墻切圓、一次中間再熱、平衡通風、固態排渣、全鋼構架懸吊結構、Π型燃煤鍋爐，鍋爐設計參數見表1。

在每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置有1層輔助風噴嘴。燃燒器主要設計參數如表2所示。

2機組運行現狀

在360MW負荷，原煤和劣質煤常規摻燒比例下進行試驗，煤質參數如表3所示。實際運行試驗工況數據與設計參數對比如表4所示。

從表4中360 MW實際運行工況數據可以看出，實際運行中主要問題有兩個：一是存在汽溫偏差現象，尤其是右側后屏過熱器出口受制于壁溫高影響，汽溫較左側偏低27℃;二是末級過熱器平均出口蒸汽溫度（593.5℃）較設計參數值（600 ℃）低6.5℃。分析歷史運行數據表明，后屏出口壁溫右側長期較左側偏高，末級過熱器出口蒸汽溫度較設計值偏低。二級減溫水右側開度為58%，減溫水開度余量較小，一旦機組協調跟不上負荷調整，將使屏過右側出現壁溫超溫的現象，末級過熱器出口蒸汽溫度偏低，限制了發電機組的出力，這些問題都將嚴重影響機組的安全性和經濟性。

3 原因分析

由于煙氣氣流旋轉慣性的作用，在爐膛上部及水平煙道區域，左側氣流在水平方向上存在指向爐后的分速度，右側氣流在水平方向存在指向爐前的分速度，造成煙氣流左側存在短路現象，右側煙氣氣流存在向前、停止和轉向的運動行程，煙氣流程如圖1所示。

由于左右兩側煙氣運動行程的偏差，致使左右兩側煙氣流速存在偏差，而煙氣流速的偏差會導致煙氣溫度的偏差。這是由于煙氣流速高，通過同一煙道的時間較短，單位煙氣的放熱量較少，煙氣溫降少，煙溫就高。煙氣流速，煙溫，煙氣放熱量的關系如式（1）和式（2）所示。

Wy Wpj = （Ty/ Tpj）4′（2 T1 -Tpj）/（2T1 -Ty）?????????? （1）

Q =KFd（ Ty -Tb） W y0.65LS +XbeFf （XyTy4-AyTb4 ）LS???? （2）

式中：Wy——某一流束的煙速，m/s;Wpj——平均煙速，m/s;Ty——某一流束的煙溫度，K;Tpj—— 平均煙溫，K;T1——爐膛出口煙溫，K;K——比 例系數;Fd——對流傳熱面積，m2;Tb——壁面溫度，K;L——通道長度，m;S——通道流通面積，m2;Xb——避免輻射系數;e——玻爾茲曼常數; Ff——輻射傳熱面積，m2;Xy——煙氣輻射系數; Ay——煙氣吸收系數;

由上式可知，雖然煙速高的區域單位煙氣放熱量小于煙速低的區域，但煙速高的區域煙氣流量較大，煙氣溫度較高，所以該區域受熱面總體的吸熱量大于煙氣流速低的區域。因此存在受熱面蒸汽溫度右側比左側高的現象。末級過熱器平均出口蒸汽溫度較設計值低 6.5℃，這是由于燃用煤種偏離設計煤種，導致水分、灰分、揮發分、熱值和哈氏可磨性指數等偏離 設計煤種，從而煤粉細度、風量、配風方式等等影響燃燒和傳熱的因素偏離最佳區域值導致的。

4 優化調整

4.1 制粉系統運行優化

（1） 磨煤機出口一次風速調平針對該機組出現的配煤摻燒的典型問題，首先 進行一次風調平試驗。均勻的一次風速是燃燒器穩定運行、鍋爐穩定燃燒的基本保證。若一次風速不 平衡，會引起爐內燃燒切圓偏斜、爐內局部缺氧、燃燒不穩定、結渣嚴重、NOx排放增多、受熱面局部超溫和鍋爐熱效率下降等風險。

（2）磨煤機動態分離器轉速優化調整

在保持磨煤機出力40 t/h、風量98t/h，改變動態分離器轉速50r/min、40r/min和30 r/min 分別進行試驗。綜合考慮磨煤機電耗情況，40r/min 轉速下磨煤機電耗值最低。

4.2 燃燒優化調整

在制粉系統性能試驗結束之后，進行了燃燒系統優化調整試驗研究，進一步優化鍋爐燃燒狀況、降低NOx排放、飛灰含碳量和鍋爐結焦等狀況。

一次風量優化調整

二次風量與負荷相對應，合適的二次風量能夠使煤粉燃燒更加充分穩定，燃燒反應生成物分布更加彌散，爐膛溫度分布更加均勻，提高鍋爐熱效率，同時能夠降低NOx排放。保持鍋爐其它運行參數基本不變的條件下，在360 MW工況下進行變氧量特性試驗研究。綜合考慮鍋爐熱效率、屏式過熱器出口汽溫偏差和NOx排放，360 MW負荷下的空預器入口氧量最佳為5.5%。

二次風配風方式優化調整

在機組負荷穩定在360 MW，保持空預器入口氧量在5.5%左右，燃燼風風門開度不變，除AA層風門作為“托底”風保持開度 60%外，其他輔助風門開度分別根據“均等”、“正塔”、“倒塔”、“鼓腰”、和“縮腰”5種配風方式進行試驗。結果表明，“倒塔”型二次風配風方式效果較好，上層二次風開大后，火焰中心下移，有利于燃料的燃盡性。屏式過熱器右側壁溫不變的情況下，右側汽溫由536℃上升至554℃，消除了屏過左右兩側熱偏差，末過汽溫最終達到設計值600℃。

5 總結

針對四墻切圓煤粉鍋爐因劣質煤摻燒引起的汽溫偏差和出口蒸汽溫度偏低這兩個突出問題，在計算分析基礎上進行了制粉系統和燃燒系統的優化調整研究試驗。經過優化調整后，屏式過熱器出口左右汽溫偏差控制在3℃以內，末級過熱器出口蒸汽溫度提高6.5℃，達到鍋爐設計值，此次摸索調整對解決超超臨界鍋爐劣質煤摻燒工況同類問題，具有較大技術經濟意義。

參考文獻

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