660MW超超临界再热汽温偏差分析及优化方案研究

郝建刚，金 李，车 方，吴桂福

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

660MW超超临界再热汽温偏差分析及优化方案研究

郝建刚，金 李，车 方，吴桂福

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

针对某电厂660MW超超临界机组再热汽温偏差问题，通过对该机组燃烧器设计、烟气流场以及受热面布置方式等方面进行分析，并根据该机组的设备实际运行情况，为机组的安全运行提出了一系列的控制策略和控制参数优化方案。方案实施后，机组的安全稳定性能得到了较大的提高，优化效果显著，经济效益明显。

锅炉；超超临界；气温偏差；优化调整

0 引言

过热器和再热器汽温左右偏差是四角切圆锅炉典型现象，其产生的主要原因是由于煤粉和气流混合物通过布置在四角的燃烧器进入炉膛进行高速切圆燃烧，随着气流进入水平烟道，在炉膛出口发生烟气扭转，导致烟气流量和煤粉残余颗粒左右分布不均匀，烟温和汽温也随之出现偏差，导致大量减温水投入和局部管材超温。锅炉容量越大，烟气流量和残余旋转力就越大，此种现象就越明显，严重时，将导致尾部受热面超温爆管，严重影响机组的安全经济运行[1]。

本文以某电厂660MW机组为例，分析了主、再热汽温偏差出现的原因并结合机组特点提出预防措施和优化建议。

1 煤粉燃烧器设计简介

某电厂660MW机组锅炉为超超临界参数变压运行Π型直流炉，型号为SG-2024/26.15-M621，燃烧器采用典型的LNCFS-Ⅲ型燃烧器，设计煤种为淮南煤。

LNCFS-Ⅲ型燃烧器，见图1，设有6层强化着火（EI）煤粉喷嘴，四周布置有燃料风（周界风）；每相邻2层煤粉喷嘴之间布置有1层辅助风喷嘴，其中包括上下2只预置水平偏角（22°）的辅助风喷嘴（CFS），1只直吹风喷嘴。

主燃烧器最上层布置有2层燃尽风（CCFOA），最下部布置有1层UFA（火下风）喷嘴。在主风箱上部布置有SOFA风箱，布置有5层可水平摆动的分离燃尽风（SOFA）喷嘴。SOFA风箱距离CCOFA中心线为7.98m，距离上排一次风为9.18m。

图1 燃烧器及SOFA燃烧器立面布置图

图2 煤粉燃烧器平面布置图

燃烧器水平布置如图2所示，设计采用同心切圆（CFS）燃烧方式，部分二次风气流（CFS）与一次风煤粉气流在逆时针方向存在约22°的偏差，将一次风煤粉气流裹在炉膛中央，分别形成富燃料区域和富空气区域，此种布置方式有两个优点：一是推迟了燃料与空气的混合，有利于降低NOx，二是有效的保护了水冷壁，有利于减少了灰渣在水冷壁上面的沉积并形成疏松的灰渣，大大减少了墙式吹灰器的使用频率，同时，水冷壁附件氧含量增加，有利于产生降低高硫煤在水冷壁的高温腐蚀倾向。

本文主要在烟气速度场、受热面对接方式、左右二次风量平衡等方面对气温偏差影响进行了试验和理论分析。

2 烟气速度场对汽温偏差的影响分析

从目前国内外的四角切圆燃烧锅炉的运行和研究情况看[4]，四角切圆锅炉汽温偏差问题主要是由于炉膛出口处存在烟气流残余旋转造成。

通过对炉内温度场的测试、以及对各相关换热器上管壁温度、汽温、烟温的监测发现，在分隔屏、后屏区域汽温呈现右高左低，而在水平烟道的对流受热面末级过热器汽温左高右低，后竖井烟道低温再热器温度左高右低。该结果与其它电厂的同类型锅炉的表现是基本一致的。

产生上述现象的主要原因是：该机组锅炉为顺时针切圆的锅炉，炉膛出口烟气存在残余旋转，导致分隔屏左侧的烟气越过折焰角上部进入水平烟道，而分隔屏右侧的烟气则首先流向前墙，然后折返向后进入水平烟道，如图3所示。

图3 上炉膛烟气主流走向示意图

上述烟气流场分布导致分隔屏左侧烟气阻力小、流量大，易在折焰角上部形成“烟气走廊”，直接进入水平烟道，而分隔屏右侧烟气阻力大、流量小，因此，分隔屏右侧由于有烟气折向流动，导致分隔屏内工质温升呈左低右高，与试验测量结果是一致的；而尾部烟道内的受热面以对流换热为主，而根据上述分析，左侧烟气流量大，烟温温降低，因此，各换热器汽温左高右低，与烟温偏差趋于一致。

综上所述，四角切圆锅炉有设计上先天存在的偏差，但是可以通过炉膛空气动力场调整，汽温偏差还是会控制在允许范围内。

3 受热面连接方式对汽温偏差的影响分析

此锅炉过热器和再热器受热面连接方式有如下特点：低温过热器出口联箱与前屏过热器进口联箱之间的连接管道进行了一次左右交叉连接，后屏过热器出口联箱与高温过热器进口联箱之间再次进行了一次左右交叉连接。低温再热器出口联箱与高温再热器进口联箱之间进行了一次左右交叉连接。

这样设计的目的是通过蒸汽的左右侧的交换，以降低汽温偏差。但是，结合上述四角切圆燃烧方式对汽温偏差影响的分析，低温过热器的受热情况是左侧强于右侧，经过一次左右交叉后，左侧温度高的蒸汽进入了前屏过热器的右侧，进入后屏过热器右侧吸热后又经过一次左右交叉进入高温过热器的左侧，而前屏过热器及后屏过热器均是右侧受热情况强于左侧，高温过热器的受热情况是左侧强于右侧，这样的结果就是使温度较高的蒸汽吸收了更多的热量，温度较低的蒸汽吸收了较少的热量，这样就造成一路减温水量要远大于另一路减温水量。所以此锅炉的过热器管路的设计没有达到减小汽温偏差的目的，相反却增加了汽温偏差。

而对于再热器，低温再热器左侧受热情况要强于右侧，左侧温度较高的蒸汽经过一次交叉进入了高温再热器的右侧，而高温再热器的左侧受热情况要强于右侧，这样的结果就是低温再热器左侧温度较低的蒸汽进入高温再热器受热较弱的右侧，右侧温度较低的蒸汽进入了高温再热器受热较强的左侧，这样的设计就起到了减小汽温偏差的目的[2，5]。

4 左右二次风量不平衡对汽温偏差的影响分析

经过长期观察，锅炉大风箱的二次风量左右侧偏差较大，见表1。

表1 风箱风量偏差

由以上数据分析可知，锅炉左侧的二次风量比右侧的二次风量大10%以上，负荷越大差距越大，由此可以判断，锅炉左侧二次风的动量要比右侧大，火焰中心将偏向锅炉右侧。结合前面的分析可进一步推断，在前屏和后屏过热器处，右侧的烟气量将较火焰中心未偏斜的情况下有所增加，这样将进一步加剧前屏和后屏过热器的汽温偏差。但是，在水平烟道内，由于左侧烟气量的相对减少，将减轻高温过热器和高温再热器左右侧的汽温偏差。这样对高温过热器的汽温偏差的降低是有利的，但是，对减小高温再热器的汽温偏差是不利的。在低负荷下再热汽温偏差较小，而在高负荷下再热汽温的偏差较大，这与二次风量的偏差有关[6]。

5 结论和建议

通过查阅相关文献[2][3]以及上述分析可得主要结论如下：

（1）炉膛出口断面处的烟气流速相比烟气温度对汽温偏差的影响大；

（2）对于炉内气流顺时针旋转的锅炉，炉膛出口的烟温偏差为左高右低而分隔屏出口汽温偏差规律是右高左低，与烟气侧偏差趋势相反。炉膛出口之后的对流受热面汽温偏差与烟温偏差趋于一致。

（3）锅炉右侧上部换热面上为炉膛辐射、屏间烟气辐射、烟气对流3种换热方式叠加的效果，炉膛上部由于内部流场因素，导致分隔屏、后屏和高再吸热右侧辐射换热增强，容易引起右侧汽温偏高。锅炉下五层磨运行调整前，汽温最大偏差可达18℃，调整后汽温9℃左右。

（4）通过试验分析CCOFA风量的增加对再热汽温高低影响较大。CCOFA和SOFA风量的适当增加，主燃烧区域燃烧份额减少，中上部能量增加，火焰中心上移，主、再汽温提高。

为消除或减小汽温偏差，主要是需要减小炉膛出口的烟气旋流。根据文献和理论分析建议如下：

（1）在不影响炉膛燃烧的情况下，减小气流入射角，控制烟气流在炉膛内的旋流强度；

（2）将CCOFA喷嘴和SOFA喷嘴反切一定角度，抵消部分烟气流旋转力；

（3）在不影响炉膛燃烧情况下，降低火焰中心温度，增加其至炉膛出口的距离等，减弱其进入炉膛出口的旋转强度；

（3）合理的配煤也是提高主、再温度的关键，对于灰溶点低的煤种应减少炉内上部的燃烧份额，增加主燃烧器的偏置二次风量和提高一次粉风刚性，减轻水冷壁结焦防止。屏过挂焦，提高机组安全性[7]。

（4）对上层二次风的消旋风加强监控并定期测量，观察其对于烟气流旋转力的消旋效果，平衡炉膛出口两侧的烟气流量和流速，减小过热器汽温和再热器汽温偏差[4]。

6 结语

通过项目实施，主汽减温水量降低明显，提高了再热汽温10℃以上，再热器减温水没有情况下汽温偏差9℃左右，机组AGC投入和吹灰等导致偏差增加。通过对锅炉冷态动力场试验调整，降低了飞灰和大渣的可燃物，提高锅炉运行的经济性和安全性。

[1]杨君义.四角切圆燃烧方式锅炉水平烟道中的烟气偏差[A].中国动力工程学会锅炉专业委员会锅炉燃烧技术学术会议论文集[C].上海：中国动力工程学会，1996，65~68.

[2]吴桂福，刘青翠，朱斌帅.600MW超临界四角切圆锅炉汽温偏差治理研究[J].发电技术，2011，141（32）：67~70.

[3]袁益超，等.大型电站锅炉烟温偏差研究[J].锅炉技术，2003，34（3）：15~20.

[4]李建波，吴琼.600MW机组锅炉汽温偏差试验研究[J].发电设备，2011，25（2）：84~87.

[5]毛卫华.600MW机组锅炉主再热汽温左右侧偏差大的原因分析及处理[J].电力与电工，2010，30（1）：44，45，54.

[6]周立群，张碧珠.600 MW超临界机组燃烧调整中SOFA摆角的作用[J].华电技术，2010，32（4）：8~11.

[7]张家维，潘继真，魏海涛.切向燃烧锅炉再热汽温偏差调整及分析[J].东北电力技术，2012，（6）：31~33.

Analysis and Optimization Scheme of 660MW Ultra Supercritical Steam Temperature Deviation

HAO Jian-gang，JIN Li，CHE Fang，WU Gui-fu
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

For ultra-supercritical units of 660MW Reheat Temperature Deviation，Analyzed by burner design aspects of the unit，the flue gas flow field and the heating surface layout methods，and apparatus according to the actual operation of the unit for the safe operation of the unit made a series of control strategy and control parameter optimization.

boiler；ultra-supercritical units；steam temperature deviation；performance optimization

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.06.009

TM621

B

2095-3429（2015）06-0031-04

2015-08-06

修回日期：2015-12-09

郝建刚（1983-），男，江苏南京人，硕士，工程师，从事火电厂煤电机组性能优化及燃烧调整工作。