600MW超临界直流锅炉水冷壁超温原因及解决措施

2013 年 12 月CN 35 1296 / TMDIANLI YU DIANGONG600 MW 超临界直流锅炉水冷壁超温原因及解决措施李秉正(福建省鸿山热电有限责任公司，福建石狮362712)摘要:介绍了某电厂锅炉水冷壁超温的现象，以及为此进行的调整试验。根据对试验结果的分析，采取对策，解决了问题。关键词:锅炉;水冷壁;壁温中图分类号:TK3文献标志码:B文章编号:1674 6104(2013)04 0111 02某电厂 HG1962 /25 4YM3 超临界直流锅炉，为一次再热、单炉膛、尾部双烟道、露天布置、固态 排渣、全钢构架、 型锅炉。燃烧器采用低 NOX 轴 向旋流燃烧器，前后墙布置、对冲燃烧。由于锅炉运行过程中，螺旋管段水冷壁与垂直 管段水冷壁超温，所以分别在满负荷及低负荷时进 行锅炉燃烧及制粉系统调整和测试，以查找原因， 并制定水冷壁管壁温度调整策略。降负荷时，垂直水冷壁易超温，且超温的部位不固定，主要在左侧墙和右侧墙，尤其是 13 号测点及其 周围。汽水分离器出口蒸汽过热度对螺旋水冷壁温 有明显影响。稳定运行时，过热度降低 5 ，各螺旋 水冷壁金属温度降低 5 10 。如果超温，过热度 均小于 30 ，且水冷壁金属壁温对过热度的变化反 应较敏感，壁温往往突升突降，超温幅度大( 垂直管 段最高可达 470 左右，螺旋管段可达 450 )。此 外，1 号、2 号炉在这一负荷区域，两侧主、再热汽温 偏差较大(最大可达 45 )。1锅炉水冷壁超温泄漏现象在运行时进行 B 试验和 300 400 MW 升负荷过程中，出现螺旋水冷壁与垂直管段水冷壁超温 现象。水冷壁超温的原因及解决方案2水冷壁局部超温的原因分为两类，一是各水冷壁管子间的流量分配不均引起的热偏差，二是炉内 火焰分布不均引起热偏差。其中，前者的影响因素 较复杂，如各管子间设计时就存在的阻力偏差、清 洁度不同引起的阻力偏差等，处理热偏差方法也受 到很大限制;后者常见的有制粉系统的煤粉浓度不 均、配风不当、燃烧器的投用组合方式不当等原因。 针对螺旋水冷壁的超温现象，主要从烟气侧入手， 分析引起超温的原因，进行多工况调整试验，提出 水冷壁超温解决方案。2 1调整煤粉细度通过测试习惯运行方式下的煤粉细度，发现煤 粉太细( 煤粉细度 90 在 12% 17% ，E 磨煤机煤粉 细度 90 仅为 8 92% )，导致炉膛下部换热强烈，不 利于水冷壁管壁温度的控制。试验期间，投运 5 台(A、B、D、E、F) 磨煤机。工螺旋水冷壁超温(1)超温点为 DCS 的“螺旋管圈水冷壁金属温 度”画面中，后墙 13 号、19 号管子和右侧墙 1 号、7 号管子，其壁温较其它管子高。(2)机组稳定运行时，螺旋水冷壁不会超温，但 后墙 13 号管子的金属壁温较其它管子壁温高 10 左右。机组负荷 600 MW 时，后墙 13 号管子的金属 壁温在 400 410 (其它螺旋管圈的壁温在 392 左右)。后墙 19 号和右侧墙 1 号、7 号管子的壁温 较其它管子高 5 左右。(3)机组 300 400 MW 的升负荷阶段，后墙 13 号管子出现超温现象，且壁温上升速度很快，具有 突升的尖波特征。同时，后墙 19 号和右侧墙 1 号、7 号管子的壁温接近 410 。1 2垂直水冷壁超温泄漏运行中，尤其负荷 300 400 MW 期间，常规升1 1 111 况 1 分离器转速均为 51% ，右侧墙垂直管圈水冷壁管壁温度平均 408 5 ; 工况 2 分离器转速均为30% ，右侧墙垂直管圈水冷壁管壁温度平均 404 9 ，降低了 3 6 。其中，管壁温度最高点的 875 号 管子壁温由 418 5 降至 412 2 ，降低了 6 3 。 因此，分离器转速降低是控制锅炉水冷壁管壁超温 的重要手段之一。 ，最高点 267 号管子的管壁温度由 401 1 降至387 2 ，降低了 14 。反之，氧量降低，垂直管圈 水冷 壁 管 壁 温 度 升 高。 当 氧 量 由 5 08% 降 至4 4% ，左侧墙管壁温度平均值由 377 5 提高至380 1 ，最高点 267 号管子的管壁温度由 401 1 提高至 408 5 ，提高了 7 4 (见图 1)。调整燃烧器三次风旋流强度锅炉燃烧器三次风旋流强度调整前，旋流强度 控制最强。从水冷壁管壁温度分布看，左侧水冷壁 管壁温度平均 399 ，右侧水冷壁管壁温度平均 410 ，左右两侧垂直管圈水冷壁管壁温度存在一定 偏差。经过多次调整，将三次风旋流强度降至最低， 并将同层燃烧器的中间燃烧器的三次风风门开大， 改善了三次风在同层燃烧器的分布，相应减少了最 靠近两侧墙的燃烧器风量，最大程度地降低了燃烧 器射流对两侧墙的冲刷。同时，降低了炉内燃烧强 度，有利于水冷壁管壁温度的控制。还可通过部分燃烧器的不对称调整来缓解管 壁温度偏差。由于管壁温度最高点经常出现在右 侧墙中间靠后墙的 875 号水冷壁管，故将 A、B 层燃 烧器靠近左侧墙的各 3 只燃烧器旋流强度控制在50% ，降低左侧和前墙方向的射流强度，改善炉内的 气流分布。从试验结果来看，调整后，左右两侧垂 直管圈水冷壁管壁平均温度分别为 402 和 401 ，右侧墙水冷壁管壁温度降低非常明显，平均值 降低了 9 。其中，管壁温度最高点的 875 号管子 壁温由 423 9 降至 409 4 ，降低了 14 5 ，两侧 墙水冷壁管壁温度偏差明显降低。因此，通过降低 三次风旋流强度，且 A、B 两侧采用不对称的调整， 有利于控制水冷壁管壁温度。试验结果表明，三次风旋流器拉杆全拉出后， 旋流强度降低，锅炉效率变化不大，却对控制水冷 壁超温有利。2 2图 1 氧量变化对水冷壁管壁温度变化的影响锅炉在 300 400 MW 升负荷期间，常发生垂直管圈水冷壁超温。从安全角度考虑，低负荷高氧量 运行有利于控制水冷壁管壁温度，360 MW 负荷锅炉 运行氧量应控制在 5 6% 。(2)关小燃尽风燃尽风关小后，更多的风量从主燃烧器区域送 入。由于低负荷下采用大氧量运行后，燃烧器区域 氧量原本非常充足，多余的风量送入会降低燃烧器 区域的火焰温度，对控制垂直管圈水冷壁管壁温度 有利。燃尽风风门开度由 60% 关小至 0% ，右侧墙垂 直管圈水冷壁管壁平均温度由 410 9 降至 407 8 ，降低了 3 1 。其中，管壁温度最高点 875 号管 子的壁温由 422 7 降至 417 1 ，降低了 5 6 。 试验结果表明:运行中，燃尽风开度应控制在50% 60% ，以提高锅炉效率和控制 NOx 含量。满 负荷下，燃尽风开度为 0% 、60% 和 80% 时，锅炉排低负荷情况调整水冷壁超温的方法(1)大氧量运行水冷壁管壁超温常发生在 300 400 MW 负荷 区间，主要因为低负荷下水冷壁内的工质流速降低以及工质分配均匀性变差。此时，可通过大氧量运 行，降低炉内温度，减少火焰对水冷壁的辐射换热， 缓解工质侧对水冷壁冷却条件变差的影响。从试验结果看，当氧量由 5 08% 提高至 5 6% ， 左侧墙垂直管圈温度平均值由 377 5 降至 370 52 3烟 NOx 含量分别为 768 mg / Nm 、513 5 mg / Nm 和33485 mg / Nm3 ，可见燃尽风风门开大有利于降低 NOx( 下转第 108 页) 112 性和设计条件，通过式(1 ) 确定地埋管换热器的长度 L。实 际 工 程 中，通 常 以 向 管 材排放的最大冷 (热)负荷与单位管长换热量的比值来计算管长。由式(2)求得竖井数 N = 1 240 /2 /60 = 10 3，最终确定竖井数为 10 个。1 4地源热泵空调系统性能指标热泵的热力经济性指标以其性能系数 COP 表(1)L = Qmax / ql式中 L埋管总长，m;示，COP 为热泵系统的制冷量(制热量) Q 与输入功率 P 的比值。影响热泵系统 COP 的主要因素有压 缩机的性能系数及热泵系统的匹配性。相同工况 下，比值越大，表明热泵系统的效率越高、越节能。 计算得该变电站地源热泵空调系统的 COP 为 3 4 ， 一般的空气源热泵空调系统 COP 为 2 5。两者比 较，说明地源热泵空调系统热效率比一般的空气源 热泵空调系统高约 40% 。Qmax 夏季向埋管换热器排放的最大冷负荷或冬季从埋管换热器吸收的最大 热负荷，W;ql 管长换热量(为经验数据，垂直埋管一 般取 35 55 W / m)，W / m。该工程 ql 取 45 W / m，Qmax 取夏季向埋管换热器 排放的最大冷负荷或冬季从埋管换热器吸收的最 大热负荷。当两者相差较大时，以较小值确定地埋 管换热器管道长度，相差的负荷采用辅助散热或辅 助供热的方式解决。变电站建筑物最大总冷负荷为 78 2 kW，最大 总热负荷为 44 8 kW。选择最大总热负荷代入式(1)，计算 L 值。考虑到系统运行一段时间进入稳 态后，地埋管周围土壤的温度会有所下降，实际供 暖量不能 100% 达到设计值。因此，该变电站最大 总热负荷 Qmax 取 125% 的设计裕度，得 L = 1 244 m， 取整确定埋管总长 1 240 m。如果仅使用地埋管换热器，夏季冷负荷量将过 大，需设置辅助制冷设备。变电站工程冬、夏季的 负荷差为 33 kW，选择空气源热泵机组辅助制冷。1 3地埋管换热器的竖井量根据工程选定的并联环路形式，以系统总流量 与每个环路的目标流量比值，确定垂直埋管的竖井 数。按照不同管径的埋管竖井深度及最小钻孔孔 径推荐值，设定变电站地埋管选取管径 DN25、竖井 深度 60 m、孔径 100 mm。垂直埋管的竖井数系统设计的注意事项(1) 地源热泵空调系统与普通供暖方式不同， 当负荷较大、系统长时间运行时，地下温度场难以 迅速恢复。在热泵蒸发温度较低的情况下，可导致 机组低压保护，无法正常运行。因此，设计时应考 虑适当放大建筑物的负荷设计量。(2) 运行过程中，地源热泵空调系统夏季工况 比较容易保证。冬季由于运行时间较长，应避免在 长时间不开机的情况下，单靠地源热泵系统迅速提 升或降低室内温度，致使地下换热系统的负担太 大，从而无法有效换热，最终导致热泵机组高压或 低压保护。2结语3地源热泵空调系统比一般的空气源热泵空调系统效率高约 40% ，其运行费用为普通空调的 50% 60% 。因此，变电站建筑物推广地源热泵空调系 统可充分利用地热能源，达到高效、节能、环保的目 的，满足变电站工程设计“二型一化”的要求。(2)N = L / nH式中 H竖井深度，m;n每一竖井的埋管数，根。(收稿日期:20130923)通过燃烧调整试验，掌握不同措施对水冷壁管壁温的影响，并据此制定锅炉燃烧调整策略，解决了水 冷壁管壁超温问题。对于部分水冷