CP0196_FC600MW锅炉过热器热偏差原因分析与控制.doc

600MW锅炉过热器热偏差原因分析与控制晏儒先国电黄金埠发电有限公司，江西 上饶 335101摘要：600MW超临界四角切圆燃烧锅炉由于炉膛出口烟气残余旋转引起水平烟道内烟气沿宽度方向烟温分布不均匀导致过热汽温及末级过热器管屏壁温存在较大偏差，运行中存在超温爆管安全隐患。针对锅炉运行中的过热器热偏差工况，重点从锅炉燃烧调整方面进行探讨分析。关键词: 烟气残余旋转;过热器;超临界锅炉;热偏差;运行分析0 引言现代大型锅炉多采用四角切圆燃烧方式。切圆燃烧方式的锅炉，由于炉膛出口烟气残余旋转的存在，导致水平烟道出口烟温分布不均匀，锅炉容量越大，这种烟气偏差情况愈发明显。较严重的烟气偏差会造成水平烟道高温受热面局部超温，长期超温运行易发生氧化皮生成增厚剥落、过热爆管事故。通过运行燃烧调整减少炉膛出口烟气偏差对大 型锅炉安全运行有着重要意义。某厂2600MW超临界四角切圆燃烧锅炉由于炉膛出口烟气分布不均，末级过热器壁温偏差较大，导致过热器蒸汽温度也存在偏差现象。笔者就四角切圆燃烧锅炉烟气偏差原因及运行燃烧调整措施进行分析及总结。1 概述某厂2600MW超临界锅炉由上海锅炉有限公司设计制造，为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构型炉，采用四角切圆燃烧方式，制粉系统采用中速磨冷一次风正压直吹式，每台锅炉配置6台中速磨煤机。燃烧设备采用从美国阿尔斯通能源公司引进的低NOX同轴燃烧系统(LNCFS)技术。燃烧布置采用典型燃烧器风箱组件隔仓结构。主风箱设有六层强化着火直流煤粉喷嘴，在煤粉喷口四周设置有燃料风，在每相邻2层煤粉喷嘴之间布置有一层辅助风喷嘴包括上下两只偏置的CFS喷嘴，在主风箱上部设有2层CCOFA（紧凑燃尽风）喷嘴，在主风箱下部设有1层UFA（火下风）喷嘴，主燃烧器与炉膛出口之间布置有五层可水平反切的SOFA风喷嘴。锅炉本体按烟气流程布置为：炉膛、前屏过热器、后屏过热器、末级再热器、末级过热器、低温再热器、后烟井过热器、省煤器。锅炉在600MW高负荷工况下，末级再热器左侧出口烟温较右侧总是偏高120150，末级过热器左数第5、第6及第10片屏的#6管壁温总是偏高接近报警值596，左数第77、第81片屏的#6管壁温总是偏低550左右，左右侧最高壁温偏差近50。现场运行中为控制末级过热器最高点壁温不超限，不得已较长时期适当压低主蒸汽参数运行，对机组运行经济性造成不利影响。2 锅炉过热器热偏差原因分析某一历史工况锅炉蒸汽侧、烟气及后屏壁温偏差参数如下表一、表二所示：末级再热器左侧烟温偏高右侧139，前屏过热器进口蒸汽温度相差仅2.3，前屏出口汽温偏差扩大至16.9；通过右侧一级40t/h减温水喷入降温，后屏进口左右侧汽温维持基本平衡，而经后屏出口后汽温偏差又扩大到10.8；通过右侧二级14.4t/h减温水喷入降温，末过出口左汽温比右侧偏高5.8（后屏出口引出管布置二级减温器，减温后蒸汽引出管左右交叉进入末级过热器入口联箱）。末级过热器最高壁温为左数第6片屏的#6管壁温度594，最低壁温为左数第81片屏的#6管壁温度550，壁温偏差高达44。布置在炉膛出口的后屏过热器金属壁温如表二所示，呈左低右高趋势分布。最低点壁温为第1排的#1管壁温506.5，最高点壁温为第19排#1管壁温536.1，壁温偏差为29.6。表一：蒸汽侧及烟气偏差参数前屏进口汽温前屏出口汽温后屏进口汽温后屏出口汽温末过出口汽温一级减温流量二级减温流量末过金属壁温末再出口烟温左侧421.2463461.5514.4567.600594807右侧423.5479.9461.7525.2561.840.414.4550668偏差2.316.90.210.8-5.8-44-139表二：后屏过热器壁温分布第1排#1管第3排#1管第5排#1管第7排#1管第9排#1管11排#1管13排#1管15排#1管17排#1管19 排#1管506.5509.3510.8504.8506.2524.4527.4533.2529.9536.12.1 炉膛出口烟气残余旋转是产生热偏差的主要原因，炉膛顺时针切圆燃烧，至炉膛出口部位烟气还存在残余旋转，引起水平烟道中沿宽度方向出现较大的速度分布不均匀。高温烟气在炉膛出口屏式过热器左右侧区域的流动分别有所不同，引风机的拉力加上烟气残余旋转动量是炉内烟气流动的动力。水平烟道烟速分布如下示意图所示：左右侧引风拉力是基本平衡的，但顺时针旋转的烟气在左侧屏过底部旋向炉后方向，而在右侧屏过底部旋向炉前方向，这就导致了在水平烟道左侧烟气流速总体偏高右侧的情况。2.2 屏过区域左右侧烟气流动分布场的差异使屏过左右侧蒸汽温度偏差加剧，左侧向炉后方向旋转的烟气相当部分从屏过底部顺着折焰角斜坡顺势向水平烟道窜流。而右侧向炉前方向旋转的烟气则较均匀地充满屏过区域后流向水平烟道。即右侧屏过区域烟气换热强度要大于左侧屏过区域。现场运行工况参数也反映这这样的情况，右侧屏过出口蒸汽温度总偏高左侧10以上，右侧后屏金属壁温也偏高于左侧20以上，至末过区域，左侧烟温、烟速偏高于右侧，导致左侧末级过热器壁温多数高于右侧3050。2.3 管屏间的蒸汽流量分配不均也是产生过热器热偏差不可忽视的因素，同时左右侧减温水的不平衡喷入也加剧了过热器系统两侧的流量分配偏差。减温水瞬间大量喷入时，经减温器雾化后局部压力剧增，喷水侧蒸汽流动压差减小，加剧了蒸汽流量分配不均匀程度。2.4 SOFA风反切角度未调整合适，SOFA反切动量不足，在燃烧配风调整中，SOFA风喷嘴水平反切角度未调整合适角度；再者从有利于煤粉燃尽角度考虑，最上的两到三层SOFA风门开度关小甚至全关，SOFA风反切减少烟气残余旋转的功能减弱了。3 过热器热偏差控制措施3.1 首先优化燃烧调整，减小烟气残余旋转引起两侧热偏差，六台磨的高负荷工况，第至第四层SOFA在现有基础上进一步开大，维持锅炉氧量2.5%3.0%，保证大风箱差压合适，各层辅助风配风原则采用正宝塔配风模式，但上两层的燃料风、偏置风及直吹风最小开度也不宜低于30%。入炉煤质燃尽性较好情况下， 上几层的SOFA开度80%左右，反切风动量增大了，水平烟道两侧偏差明显降低，同时靠近屏式过热器底部的SOFA喷入也在一定程度上降低了炉膛出口整体烟温水平，有利于减轻锅炉屏式过热器挂焦情况。3.2 摸索优化调整上五层SOFA风水平反切角度，找到最佳的水平反切角度：#1角14层SOFA水平反切角度调至-15，#2角14层SOFA调至+15，#3角14层SOFA调至-10，#4角14层SOFA调至0，四个角的第5层SOFA水平反切角度均为0，此时SOFA风反切效果较好。每台炉在实际运行中的动力场工况是有差异的，对SOFA水平反切角度要在现场进行摸索调整，找到适合本炉现场工况的调整方式。3.3 运行中加强各层燃烧器粉管风速监视，检查各层一次风粉管风粉浓度均匀性，必要时进行一次风热态调平，尽量消除因一次风粉分配不均导致火焰中心偏斜现象。3.4 运行中加强中间点温度优化控制，根据入炉煤质情况及时修正BTU热值系数，根据一级减温水开度情况及时进行中间点温度偏差修正，当一级减温水开度过大及时调整中间点温度负偏置、或适当调大BTU热值修正系数避免右侧减温水量过大，增加两侧蒸汽流量偏差。3.5 利用停炉时机对燃烧器喷口进行例行检查，发现磨损脱落的浓淡分离隔板及烧损变形的喷口稳燃钝体及时进行修复处理，燃烧器煤粉射流正常，保证炉内正常的动力场工况。通过运行调整后，锅炉过热器热偏差情况有了明显的改善，同样高负荷工况下锅炉蒸汽侧、烟气及屏过壁温偏差参数如下表三、表四所示：表三：调整后的锅炉蒸汽侧及烟气偏差参数前屏进口汽温前屏出口汽温后屏进口汽温后屏出口汽温末过出口汽温一级减温流量二级减温流量末过金属壁温末再出口烟温左侧423.8459.1460.2506.7568.700588813右侧420.3466.9463.4515.4569713550752偏差-3.57.83.28.70.3-38-59表四：后屏过热器壁温分布第1排#1管第3排#1管第5排#1管第7排#1管第9排#1管11排#1管13排#1管15排#1管17排#1管19 排#1管513.7515.2516.9514.4518.6516.2522.7525.4529.3525.1从上表中运行参数看，末级再热器出口烟温偏差减小至59，屏式过热器出口汽温偏差控制在10范围之内，后屏过热器壁温偏差减少至15.6，末级过器壁温偏差也减小至38，确保了锅炉高温受热面安全运行工况。4 结束语大型四角切圆煤粉燃烧锅炉，炉膛出口烟气残余旋转是产生水平烟道烟温、烟速偏差的根本原因，由于水平烟道