600MW超临界直流锅炉启动中干湿态转换方法优化

申磊

【摘要】直流锅炉启动初期锅炉循环倍率大于1，当蒸汽在分离器出口出现过热度，汽水分离器和储水箱内完全充满蒸汽后，锅炉即完成干湿转换过程，循环倍率为1。由于直流锅炉干态运行和湿态运行的调整思路存在明显差异，因此锅炉干湿转换过程成为直流锅炉启动的重要操作。锅炉进入干态运行后，炉水在水冷壁出口即产生过热度，汽水分离器只做为蒸汽流通的通路，无工质参与炉水循环，此时主蒸汽的流量取决于主给水流量，主给水的调整策略为通过给水量在保证分离器出口过热度的前提下控制蒸汽流量。

【关键词】超临界锅炉、锅炉启动、干湿转换、过热器金属超温、快速增加负荷、减少受热面超温

中图分类号TK227文献标识码A

1. 概述

我厂锅炉是由哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进三井巴布科克能源公司（Mitsui Babcock Energy Limited）技术生产的超临界参数变压运行直流锅炉，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Π型锅炉。型号为HG1980/25.4-YM1。锅炉启动系统为带炉水循环泵的启动系统，汽水分离器为内置式。锅炉燃烧器为前后墙布置的对冲旋流燃烧器，每层燃烧器对应一台双进双出正压直吹式钢球磨煤机。

锅炉启动初期，锅炉给水部分蒸发为饱和蒸汽，在汽水分离器进行汽水分离，蒸汽经分离器至过热器，部分工质经分离器、储水箱至炉水循环泵回收至省煤器入口，与锅炉主给水混合后，继续进入省煤器和水冷壁进行加热，重新参与炉水循环，主给水量的调整策略为通过主给水量控制分离器及储水箱水位。

锅炉湿态运行和干态运行的调整策略存在较大差异，因此在锅炉启动过程中，锅炉湿态转干态运行显得尤为重要。

2. 直流锅炉干湿态转换现状

机组并网后，切缸完成，启动第二套制粉系统，机组增加负荷，当负荷达到170-180MW阶段，屏式过热器，以每屏第一根管尤为明显，会出现温度的突升，甚至造成金属管壁温度超限的情况。

以往的操作中，当机组负荷达到220-240MW后再进行锅炉干湿态转换，因此出现了在160MW至240MW增加负荷过程中，仍以锅炉湿态时的给水控制策略进行控制，即用给水量调整储水箱水位。导致增加负荷过程中的燃料增加速率和给水增加速率不匹配，出现过热器金属壁温的急剧上涨甚至超限的情况。

3. 原因分析

启动过程中，在160-240MW增加负荷阶段，给水调整过分强调储水箱水位调整，未能根据燃料的增加速度同比增加相应的给水量，调整过程中给水调整和燃烧调整出现了严重的不匹配情况，此时的蒸汽量对比同等燃烧率对应的蒸汽量较低，无法及时带走过热器金属的温度，导致对金属的冷却不良引起过热器金属壁温超限。

此时锅炉负荷较低，蒸汽流量小，势必在流经过热器时出现蒸汽分布不均匀，蒸汽在管间充满度不良，导致个别管段出现超温情况。

另外此时炉膛热负荷相对较多，而炉水经水冷壁加热后，部分经炉水泵循环至省煤器入口，造成省煤器入口温度相对较高，炉水在水冷壁中吸热较少，在蒸汽流量不变的情况下，过热器侧吸收热量较多，也加剧了屏过金属管壁的超温。

屏式过热器属于纯辐射式换热器，其汽温特性为：锅炉负荷升高，汽温下降。这主是要由于当负荷升高时，燃煤量增大，炉内温度水平有所提高，使总的辐射传热量有所增加。但辐射传热量增大的比例，没有负荷（工质流量）上升比例大，使单位工质得到的辐射热量相对减小，从而使汽温下降。从屏过的汽温特性曲线进行分析，在锅炉负荷相对较低阶段，在锅炉增加负荷过程中，由于给水的增加和燃料的增加不匹配，导致蒸汽量的增加量偏小，单位工质得到的辐射热量增加，因此会出现金属温度的升高。

4. 方法优化

1） 快速增加锅炉负荷，同时给水量增加速度同步与燃料增加速度，快速实现直流锅炉干湿态转换过程，增加负荷过程中，使得蒸汽量的增加比例大于锅炉辐射传热量增加的比例，达到控制屏过金属壁温的目的。

2） 针对此种情况，我厂在锅炉启动过程中的干湿态转换操作方式进行改进，当机组负荷大于160MW，锅炉汽水分离器出口出现过热度后，应果断增加机组负荷，快速度过此阶段，实现锅炉的干湿转换，使得锅炉进入直流状态，以保证蒸汽对过热器金属管壁的冷却。

3） 锅炉干湿转换过程实际上是快速增加机组负荷的过程，在操作前，需控制主蒸汽温度不可过高，以不超过450℃，屏过金属温度不超过500℃为宜。操作时，手动增加燃料量，让分离器出口出现2-3℃过热度，此时增加锅炉燃烧量，实现机组快速增加80MW左右的负荷，同时同步增加锅炉给水量，保证蒸汽量的快速增加，调节时，在保证锅炉分离器出口过热度的情况下，一般给水量在负荷对应的给水量基础上过调150-200T/H。保持燃料和给水的同步上升，并且保持住上升势头，当锅炉屏过金属温度出现上升拐点并开始下降时，燃料停止增加，锅炉给水量降低，调整至当前负荷对应下的给水量过调50T/H左右，并根据锅炉分离器出口蒸汽过热度和主蒸汽温度情况进行细调，达到给水与当前锅炉热负荷匹配。

4） 当机组负荷增加至235-240MW后，屏过金属温度降出现拐点，并开始呈现下降趋势，因此，可理解为此负荷点为锅炉干湿转换的临界点，即在此点处，锅炉汽水分离器处的工质全部蒸发为蒸汽，带有一定的过热度，分离器完全做为蒸汽流通的通路，锅炉转为直流运行工况，屏过中的过热蒸汽通流量增加，可带走金属管壁的温度，缓解超温。

5） 针对此种调整策略，锅炉转态过程可理解为锅炉快速增加负荷，因此在调节中，充足的燃料是锅炉干湿转换的关键因素，热负荷必须达到持续上涨，否则因给水是过调状态，如此转换过程中出现燃烧率不足，则会导致给水过多，造成锅炉蒸汽温度的快速下降，甚至过热器侧进水的事件。为防止启动上层磨煤机后锅炉火焰中心的上移，不利于控制锅炉金属壁温，使用A磨和B磨两套制粉系统进行锅炉干湿转换，因此在操作前，须保证A、B磨煤机正常运行状态，磨煤机料位建立正常，并保证磨煤机出力和一次风压力均留有一定的增加裕量，当煤质发热量相对较低时，此阶段可采用加投油枪的方式进行锅炉负荷的增加。

5. 结束语

优化直流锅炉干湿转换操作方式后，经近几次在机组启动过程中进行试验，锅炉干濕转换过程提前，快速增加机组负荷，避免锅炉在锅炉湿态和干态的临界点停留时间过长，对于缓解屏过金属温度的超限及出现的大幅度波动而引起锅炉受热面的金属疲劳和氧化皮脱落等事件的发生是有利的。

参考文献：

[1] 段永成；国产600MW超临界机组直流锅炉启动系统[J]；热能动力工程；2005年01期

[2] 王宏梁；王国清；；600MW超临界机组干、湿态转换过程分析[J]；华电技术；2012年01期

[3] 王力春；；600MW超临界直流锅炉启动系统的设计[J]；电站系统工程；2007年02期