潮州发电厂1000MW超超临界压力锅炉水冷壁超温原因及控制策

1、潮州发电厂1000MW超超临界压力锅炉水冷壁超温原因及控制策略分析谢德勇(广东大唐国际潮州发电有限责任公司,广东潮州515723摘要:潮州发电厂3、4号锅炉在调试期间出现低负荷阶段水冷壁超温的现象,严重时达到500 以上。通过分析水冷壁热负荷分布和燃烧器投运原则,认为水冷壁管节流孔圈直径偏小导致通流量减小、燃烧器投入顺序不合理造成锅炉下部水冷壁吸热量增大是产生水冷壁超温的主要原因。为防止水冷壁超温,提出优化制粉系统投运方式、调整燃烧方式、合理控制煤水比、加强节流孔圈检查等措施。潮州发电厂采取温度控制措施后,水冷壁超温次数大大较少。关键词:超超临界压力锅炉;垂直水冷壁;温度控制中图分类号:T K

2、223 31 文献标志码:B 文章编号:1007 290X(201101 0091 04Reasons and Control Strategy Analysis on Water Wall Overheat in1000MW Ultra Supercritical Pressure Boiler of C haozhou Power PlantX IE D e y ong(G ua ng dong D at ang Inte rnatio nal Cha ozho u P ow er G e ne rat io n Co ,L td,C haozho u,G ua ng dong515723

3、,ChinaAbstract:T he w ater w all o ver heat,w hich ex ce eds500 in sever e cases,occurs in low lo ad co ndito ns dur ing the comm issio ning o f N o 3and No 4boiler s in Chao zhou pow er plant By ana ly sis o f he at lo ad distr ibutio n o f wa ter wa ll and comm issio ning pr inciple o f bur ner,it

4、 is be lieved that the decr ease d wa ter flo w caused by smaller thro ttle o r if ice diame ter and incr eased hea t absor ptio n c apacity of wa ter w all by unr easonable burner input sequence ar e major re aso ns fo r w ater wa ll ov erhe at F o r pr event ing w ater w all o ve rhea t,optim iza

5、tio n o f pulve rizing system co mmissioning te st,adjustment of combustio n metho d,r easo nable pr opo r tio n contr o l o f co al and w ater,stre ng thening inspection o n thro ttle or ifice and o ther measure s ar e pr opo sed T he o v erhe at f re quency of the w ater w all be come s dr astical

6、ly low er a fter the ado ptio n of temper atur e co ntro l measure s in Cha ozho u po wer plant.Keywords:ultr a super cr itical pr essur e bo iler;v er tica l w ater wall;temper ature c ontr ol潮州发电厂一期扩建工程3、4号机组为1000 MW燃煤汽轮发电机组。锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的超超临界变压运行直流锅炉,为平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。采用 形布置、单炉膛、改进式、

7、PM 型低NO x主燃烧器和M ACT型低NO x分级送风燃烧系统,反向双切圆燃烧方式。炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁和循环泵启动系统,一次中间再热,调温方式除改变煤水比外,还采用烟气分配挡板、燃烧器摆动和喷水等方式。燃烧器共48只,布置于前后墙上,形成2个反向双切圆,以获得沿炉膛水平断面较为均匀的空气动力场,采用无分隔墙的八角双切圆燃烧方式,全摆动,共设6层一次风口、3层油风室和10层辅助风室。燃烧器布置从上到下为F、E、D、C、B、A层,对应的磨煤机为F、E、D、C、B、A磨煤机,主燃烧器的每只煤粉喷嘴中间设有隔板,以增强煤粉射流刚性,在主燃烧器的上方为燃尽风(o verfir e a

8、ir, OFA喷嘴,在距上层煤粉喷嘴上方7 2m处布置有4层附加风(additiona l air,AA喷嘴,它的作第24卷第1期广东电力V ol 24N o 1 2011年1月GUANGDONG ELEC TRIC POWER Jan 2011收稿日期:2010 08 23用是补充燃料后期燃烧所需空气,同时实现分级燃烧,达到降低炉内温度、抑制NO x 生成的作用,AA 喷嘴和OFA 喷嘴一起构成M ACT 型低NO x 分级送风燃烧系统。在上、下炉膛之间加装水冷壁中间混合集箱,以降低水冷壁沿各墙宽的工质温度与管子壁温的偏差;取消早期在大直径水冷壁下集箱内装设小直径节流孔圈的设计,改为在小直径

9、的下联箱外面较粗的水冷壁入口管段上装焊直径较大的节流孔圈,以加大节流度,提高流量调节能力,然后通过三叉管过渡的方式与小直径的水冷壁管相接,以控制各回路的工质流量来控制各回路管子的吸热量和温度偏差1。1 水冷壁温度出现问题在潮州发电厂3、4号机组调试期间,多次发生水冷壁管温度有偏差或超温的现象,尤其是机组刚转至干态运行或低负荷运行时,很容易出现部分水冷壁管温度超过报警值的现象,部分工况下水冷壁温度严重超过报警值,影响机组安全运行。从3、4号机组运行情况来看,水冷壁超温的部位具有共同特性,往往都出现在同一区域,即锅炉前墙水冷壁第2、3号燃烧器之间,尤其在机组低负荷或刚转至干态运行时第313点温度很

10、容易超过报警值。3、4号锅炉水冷壁超温测点布置是一致的,管壁温度测点布置为:前、后墙为从炉左侧向右侧排序,左右侧墙为从前墙向后墙排序,前后墙水冷壁每4根水冷壁管增加1个测点,燃烧器水冷壁区域每隔2根水冷壁管增加1个测点,左右侧墙由炉前向炉后每隔4根水冷壁管增加1个测点。炉膛燃烧器布置方式为:前墙燃烧器从炉右侧向左侧分别布置第1、2、3、4号燃烧器,后墙燃烧器从炉左侧向右侧分别布置第5、6、7、8号燃烧器。2 水冷壁超温原因分析2 1 水冷壁布置方式和锅炉燃烧方式造成部分水冷壁管热负荷偏高图1为锅炉厂家给出的潮州发电厂1000M W 超超临界压力锅炉水冷壁热负荷分布示意图。从图1可以看出,在前墙

11、水冷壁第2、3号燃烧器之间部分水冷壁管热负荷最高,也是水冷壁最容易发生超温的地方。内螺纹管内壁螺纹槽的旋流 作用产生的离心力致使密度较大的冷流体被甩到管图1 潮州发电厂1000MW 超超临界压力锅炉水冷壁热负荷分布壁,从而充分冷却管壁,强化换热,内螺纹槽的旋流作用强烈依赖于管截面上的密度差2。在由各水冷壁下集箱引出的水冷壁入口管段上,根据水动力计算的结果,按不同的回路装有不同孔径的节流孔圈,控制各回路水冷壁管的流量,以保证合理的质量流量、均匀的水冷壁管出口温度和合适的金属管壁温度。但是,如果热负荷高的水冷壁管节流孔圈直径偏小,或者在酸洗、吹管等阶段由于清理不彻底引起节流孔圈堵塞等现象,均会造成

12、这部分水冷壁管流量偏小,引起水冷壁超温。从燃烧方式可以看出,由于受炉膛旋转气流的影响,部分高温烟气直接冲刷到第2、3号燃烧器之间的水冷壁,易使该部分水冷壁热负荷过高而出现超温现象。2 2 燃烧器投入方式不合理造成部分水冷壁超温潮州电厂1000MW 超超临界压力锅炉引进的是日本三菱公司的技术,原有的运行说明书要求燃烧器的投入顺序为自上而下,即依次投入F 、E 、D 、C 、B 、A 磨煤机。首先投入上层燃烧器是为了使整个炉膛的辐射热负荷均匀,下部水冷壁和上部水冷壁都占有一定比例的吸热量,这样下部水冷壁的受热量偏差和流量偏差都较小,并且通过混合联箱的混合,对上部水冷壁温度影响也很小。如果首先投入最

13、下层燃烧器,根据辐射换热特性,下部水冷壁吸热量太大,工质焓增太大,由于汽、液两相流动的阻力,加大了不同管束流量偏差,流量偏92广东电力第24卷差和受热量偏差重叠使受热强的管子内工质流量更小,必然导致金属壁温偏差更大,受热强的水冷壁由于蒸发提前导致整个管路阻力增大,通过水冷壁的介质流量下降,冷却效果变差,引起水冷壁超温3。由于潮州电厂1000M W超超临界压力锅炉在A层加装了等离子燃烧器,所以在机组启动过程中必须先投入下层燃烧器,这与原设计的燃烧器投运原则产生矛盾,造成锅炉下部水冷壁吸热量增大,引起锅炉热负荷高的水冷壁管超温。3 防止水冷壁超温的措施3 1 机组启动过程中采取的措施为防止水冷壁超

14、温,在机组启动过程中采取了如下措施:a合理安排磨煤机投运顺序。在机组启动初期,A磨煤机以等离子方式启动,机组并网后启动B磨煤机;机组负荷为200M W左右时,投入高压加热器,并投入D磨煤机制粉系统;机组负荷为300MW以上转至干态运行后,启动E磨煤机,同时降低A磨煤机出力至最低,并尽快将机组负荷升至500M W(此时根据锅炉燃烧情况可以停止A磨煤机运行。b推迟锅炉转干态时间,将锅炉转干态运行的负荷控制在300MW左右,在转干态运行之前保持炉水循环泵有一定的出力,以达到增加锅炉循环水流量、防止水冷壁超温的目的。c在机组负荷为500MW以下干态运行时,应严格控制过热度,不宜高于15 ,并以水冷壁温

15、度为依据,调整过热度。3 2 机组停机过程中采取的措施为防止水冷壁超温,在机组停机过程中采取了如下措施:a在准备停机且机组负荷为500MW时,调整磨煤机运行方式,维持A、C、D磨煤机运行,为防止机组在降负荷过程中由于减煤、减水过量造成水冷壁超温,将机组控制方式由协调控制方式切至锅炉手动方式,通过手动输入指令来降低机组负荷,并尽量保证C、D磨煤机有较大的出力,提高锅炉火焰中心,降低下部水冷壁吸热比例,以达到防止锅炉水冷壁管出现热偏差或者超温的目的,同时根据锅炉燃烧情况将A磨煤机投入等离子运行方式。b机组负荷为300MW左右时,启动炉水循环泵,将锅炉转至湿态运行,并适当提高炉水循环泵出力,增加锅炉

16、循环水流量,然后依次停止D、C、A磨煤机运行直至锅炉停炉。3 3 机组正常运行期间采取的措施3 3 1 机组正常运行中的燃烧调整在机组正常运行中,应尽量按照锅炉厂家的要求保持上层磨煤机运行,并适当增加上层磨煤机出力来保证锅炉各水冷壁管的正常吸热比例,防止水冷壁超温。针对燃烧高挥发分煤种时煤粉着火提前的问题,应适当提高二次风箱与炉膛的压力差,增大燃烧器二次风挡板的开度,增加燃烧器煤粉射流刚性,减小锅炉切圆直径,防止锅炉切圆过大,高温烟气冲刷到水冷壁而引起水冷壁超温(尤其是前墙第2、3号燃烧器之间的部分水冷壁管。当锅炉部分水冷壁管出现温度偏差或者超温时,可以适当增加燃烧器摆角,提高火焰中心高度,达

17、到降低温度偏差或减缓超温程度的目的。在机组运行中发生水冷壁超温较为严重,通过一定的调整仍然无效的情况下,可以适当增加锅炉送风量,以达到降低炉膛温度、减小锅炉水冷壁吸热量和防止水冷壁超温的目的(锅炉水冷壁主要接受辐射热,但是增加风量将会对锅炉运行经济性造成负面影响。在燃烧调整中应通过调整炉膛前后墙二次风箱的风量来保证前后墙二次风总风量基本相同和燃烧切圆位于炉膛中心。3 3 2 水冷壁温度的其它控制方式a针对潮州发电厂1000M W超超临界压力锅炉前墙水冷壁第2、3号燃烧器之间部分水冷壁管容易发生超温现象的问题,结合现场实际情况,在保证锅炉水冷壁不发生严重结焦的前提下,适当减少锅炉前墙水冷壁第2、

18、3号燃烧器之间部分A、B、C层炉膛吹灰器的吹灰次数,以使这部分水冷壁有适当的积灰,增加这部分水冷壁管吸热阻力以减小吸热量,从而降低水冷壁温度。b利用锅炉检修机会加强对锅炉各水冷壁管入口节流孔圈的检查,防止节流孔圈发生异物堵塞的异常现象,并核算容易发生超温部分水冷壁管节流孔圈直径是否合适,验证在保证锅炉整体水动力正常的情况下适当扩大超温部分水冷壁管节流孔圈直径的可行性,防止水冷壁管通流量减小而引起水93第1期谢德勇:潮州发电厂1000M W超超临界压力锅炉水冷壁超温原因及控制策略分析冷壁超温。4 整改效果通过采取以上各种措施,对防止潮州电厂1000MW 超超临界压力锅炉水冷壁超温取得了一定的效果,在机组启、停过程以及正常运行时有效地控制了水冷壁温度,保证了机组安全运行。参考文献:1陈听宽,徐进良,吴履琛,等 采用两级节流方式控制超临机垂直管圈水冷壁的出口汽温偏差及管壁温度J.锅炉制造,1994(1:6-11.C HEN Tin g kuan,XU Jin liang,W U Lu ch en,et al A T wo s tep Th rottle Orifice M eth od to C ontrol Steam T em per ature Deviation of Sup ercritical Vertical Tube C oils at