某电厂600 MW超临界锅炉末级过热器壁温偏差的试验分析

余盛杰，薛森贤，陈树科

(广东珠海金湾发电有限公司，广东 珠海 519000)



某电厂600 MW超临界锅炉末级过热器壁温偏差的试验分析

余盛杰，薛森贤，陈树科

(广东珠海金湾发电有限公司，广东 珠海 519000)

以上海锅炉厂设计生产的某电厂600 MW超临界锅炉为例，该机组由于悬吊管与末级过热器存在较大的壁温偏差，导致机组主、再热汽温较设计值偏低约10℃，末级过热器多次因氧化皮爆管，严重影响了机组运行的经济性、安全性。针对锅炉存在的问题，结合设计参数和电厂运行规程，通过燃烧优化调整，减小了末级过热器的壁温偏差，实现了锅炉的安全、经济、稳定运行。

四角切圆；超临界锅炉；末级过热器；悬吊管

四角切圆燃烧方式由于其炉内混合较好、燃烧稳定、热负荷分布均匀及煤种适应性好等优点在电站锅炉中得到了广泛的应用[1]。由于π型锅炉水平烟道的存在，烟气从炉膛出口至水平烟道的转向过程中容易造成烟气流速偏差。通过对目前运行的燃煤机组烟气温度和速度的数据分析发现，在炉膛垂直出口断面处的烟气流速对末级过热器壁温偏差的影响要比烟温的影响大得多。这说明末级过热器壁温的温偏差可以受炉内空气动力场的影响[2]。旋流值可以通过一系列手段减小，诸如减小燃烧器区域起旋气流入射角、布置分离燃尽风(SOFA)喷嘴、SOFA反切一定角度，以及增加从燃烧器区域至炉膛出口的距离等，使进入燃烧器上部区域气流的旋转强度得到减弱乃至被消除。

本文以上海锅炉厂设计生产的某电厂600 MW超临界锅炉为例。该机组由于悬吊管与末级过热器存在较大的壁温偏差，导致机组主、再热汽温较设计值偏低约10℃，末级过热器多次因氧化皮爆管，严重影响了机组运行的经济性、安全性。针对锅炉存在的问题，结合设计参数和电厂运行规程，通过燃烧优化调整，减小了悬吊管与末级过热器的壁温偏差，实现了锅炉的安全、经济、稳定运行。

1 设备简介

某电厂600 MW超临界锅炉设备采用的是上海锅炉厂生产的螺旋管圈、单炉膛、一次中间再热、平衡通风、四角切圆燃烧方式、π型露天布置、固态排渣、全钢架悬吊结构燃煤直流炉。设计煤种为神府东胜煤，校核煤种为晋北烟煤。

炉膛上部布置有分隔屏过热器和后屏过热器，水平烟道依次布置末级再热器和末级过热器，尾部烟道布置有低温再热器和省煤器。其中，后屏过热器与末级过热器、低温再热器与末级再热器之间均设计有管道交叉来减小偏差。

锅炉燃烧方式采用低NOx同轴燃烧系统(LNCFS)，煤粉燃烧器为四角布置、切向燃烧、摆动调温。主风箱设有6层强化着火煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴四周布置有燃料风(周界风)。在每相邻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只偏置的CFS喷嘴，1只直吹风喷嘴。在主风箱上部设有2层CCOFA喷嘴，在主风箱下部设有1层UFA喷嘴。在主风箱上部布置有SOFA燃烧器，包括5层可水平摆动的分离燃尽风(SOFA)喷嘴。SOFA风除了起到分级燃烧降低NOx的作用外，其最重要的就是消弱乃至消除炉膛出口残余气流旋转，达到降低受热面汽温、壁温偏差的目的。

2 机组运行分析

在燃用神混1：蒙煤混比为3:2 的情况下，机组在600 MW负荷时悬吊管左侧壁温和末级过热器左侧壁温均容易超过报警值，过热器出口汽温和再热器出口汽温长期只有560℃左右，此时悬吊管和末级过热器壁温距离报警值已相当接近，在负荷波动的情况下随时都有超温的风险。600 MW负荷日常运行值(T01)与设计值对比如表1所示，表1中为日常工况。600 MW负荷日常运行工况(T01)悬吊管壁温分布如图1所示，600 MW负荷日常运行工况(T01)末级过热器壁温分布如图2所示。

表1 600 MW负荷日常运行值(T01)与设计值对

图1中，悬吊管共56 根，第1～13 根已进行过材料升级，报警值为480℃，第14～56 根为原设计，报警值为463℃。

图2 600 MW负荷日常运行工况(T01)末级过热器壁温分布

在图2中，末级过热器共82排，每排12根管子，上海锅炉厂原设计报警值621℃，为减少氧化皮的生成，业主暂定报警值为595℃。

从这些数据可以看出，悬吊管左侧壁温最高值达到474℃，距离报警值只有6℃的空间；末级过热器左侧壁温最高达到586℃，距离报警值只有9℃的空间，且受热面左右侧壁温偏差都很大。一旦出现负荷波动，机组协调跟不上负荷波动将出现受热面壁温超温的现象。同时由于超温限制了主、再热汽温的提高，严重影响了机组的经济性与安全性。

3 原因分析

引进型600 MW锅炉的过热器系统的设计完全是左右对称的，末级过热器的水力不均系数仅在6%以下。因此，受热面能有如此大的壁温偏差只能从烟气侧寻找原因[3]。对于四角切圆锅炉，假想切圆位于炉膛中央。如果燃烧器安装质量、冷态检查、一次风调平等都达到要求，那么可以认为截止到分隔屏底，炉内气流的温度场和速度场是左右对称的，左右侧应该没有偏差现象存在。

表2 600 MW负荷变SOFA水平摆角试验数据表

在进入屏区后，由于残余旋转的存在及分隔屏的切割导流作用，出现了烟气速度场、流量场及温度场的偏差现象，对顺时针方向切圆燃烧方式而言，由于烟气残余旋转惯性的作用，使上炉膛右侧区内主烟气的流向指向炉前，能通过整个分隔屏区，之后再返回流向其后的水平烟道；而左侧区内，由于气流的惯性，速度方向是指向炉后。因此其主流只经过分隔屏下部区而直接短路流向炉后。后屏区的烟气流动情况也与之类似，也就是说，在上炉膛中，右侧区的烟气流充满程度大大好于左侧区，而且由于右侧区烟气流有一个向前、滞止和转向加速运行过程，能形成较强的气流扰动，也强化了右侧区气流的对流换热能力，这一点已通过冷态空气模化试验及炉膛数值计算结果所证实(见图3)，这便是炉膛上部区域受热面吸热量呈左低右高进而造成屏区出口烟温左高右低的主要原因。由图3可见，因为左、右侧换热条件的不同，使得烟气温度偏差和工质侧沿炉宽方向上的汽温偏差伴随着换热的进行而生成。同时，由于上炉膛右侧气室内烟气向炉后运动的阻力大于左侧，从而造成右侧区烟气流量低于左侧区烟气流量[3]。

图3 炉膛上部烟气流向示意图

当烟气流进入水平烟道后，由于烟气在水平烟道入口(指末再入口)左侧区的体积流量高于右侧区的体积流量，而左侧区烟温水平高于右侧区的这一事实又强化了水平烟道内左侧区域受热面的对流换热，使水平烟道中各级受热面出口侧对应单管内工质温升沿炉宽方向的分布呈现出左高右低的特性。

表3 600 MW负荷变SOFA开度试验数据表

从国外试验的结论来看，对比烟气温度与烟气流速对受热面吸热偏差的影响，发现在水平烟道内，两侧烟气流量的不平衡造成的传热能量的不平衡是引发受热面出口汽温偏差的主要原因。结合锅炉设计，设计人员为了减小末级过热器出口汽温偏差对后屏与末级过热器的连接管道进行了交叉，但是从表1的数据来看，分隔屏与后屏的吸热特性为左低右高，末级过热器的吸热特性为左高右低，两片吸热特性相反的受热面再进行交叉将导致吸热偏差越来越大。

对于目前存在的汽温偏差问题，结合现实情况考虑，现在无法将交叉前移至分隔屏与后屏之间或者将交叉取消，那么我们将从影响锅炉汽温偏差的所有可调因素入手，通过试验手段，找到最佳的运行方式，提高机组的经济性、安全性。

4 试验内容

为了试验的准确性与可靠性，本次试验负荷选取600 MW，从影响受热面吸热偏差的各个因素入手，对锅炉进行燃烧调整试验，得到该负荷段最佳运行方式，同时分别在450、300 MW负荷验证此次燃烧调整的效果。通过综合分析，对改善机组运行提供较好的思路。本次燃烧调整试验手段包括偏置风开度、周界风开度、辅助风开度、CCOFA开度、SOFA开度、SOFA水平摆角、SOFA垂直摆角、主燃烧器摆角。根据之前的分析，在调整过程中影响受热面吸热偏差最大的就是SOFA水平摆角和SOFA开度，下面将对这两个因素进行定性与定量的分析。为了便于分析各级受热面左右两侧的吸热变化，引进各级受热面的左侧温升减去右侧温升这个参数，若这个参数为正，说明受热面左侧吸热大于右侧，反之亦然，然后再结合末级过热器的壁温变化综合分析。

对于SOFA水平摆角，首先将1号、2号、3号、4号的五层SOFA全部置为反切15°，然后依次将1号、2号、3号、4号的1～5层SOFA分别置为0°、正切15°，观察锅炉运行参数的变化。600 MW负荷变SOFA水平摆角悬吊管壁温分布如图4所示。600 MW负荷变SOFA水平摆角末级过热器壁温分布如图5所示。600 MW负荷变SOFA水平摆角试验数据表如表2所示。

图4 600 MW负荷变SOFA水平摆角悬吊管壁温分布

图5 600 MW负荷变SOFA水平摆角末级过热器壁温分布

对于SOFA开度，在确定SOFA最佳水平摆角的情况下，通过调整SOFA开度大小来控制消旋的强度。600 MW负荷变SOFA开度试验数据表如表3所示。600 MW负荷变SOFA水平摆角各级受热面左右侧温升差的变化如图6所示。600 MW负荷变SOFA开度悬吊管壁温分布如图7所示。600 MW负荷变SOFA开度末级过热器壁温分布如图8所示。600 MW负荷变SOFA开度各级受热面左右侧温升差的变化见图9。

图6 600 MW负荷变SOFA水平摆角各级受热面左右侧温升差的变化

图7 600 MW负荷变SOFA开度悬吊管壁温分布

图8 600 MW负荷变SOFA开度末级过热器壁温分布

图9 600 MW负荷变SOFA开度各级受热面左右侧温升差的变化

从试验数据可以看出，随着SOFA水平摆角由正切置为反切、随着SOFA开度的逐渐增大，SOFA消旋作用越来越强，末级过热器的壁温偏差越来越小，受热面左右两侧的温升也越来越小。

5 结语

(1)分隔屏与后屏的吸热特性为左低右高，随着SOFA消旋的增强左右侧温升差有进一步减小的趋势，但是吸热特性仍然为左高右低；

(2)末级过热器与末再的吸热特性为左高右低，随着SOFA消旋的增强左右侧温升差可能会出现反转，即如果消旋过强，则会出现左低右高的吸热特性；

(3)建议利用停机检修的机会对过热器交叉进行改造，建议将后屏与末级过热器的交叉放到分隔屏与后屏之间；

(4)SOFA水平摆角对末级过热器壁温偏差的影响最大，建议五层SOFA水平摆角全部置为反切15°，然后通过SOFA开度来调节消旋强度；

(5)建议将悬吊管第14～56根管子换成与第1～13根管子一样，提高右侧的报警值，可以进一步将末级过热器的壁温偏差减小；

(6)通过调整，基本可以控制末级过热器壁温偏差在5℃以内，最高点距离报警值有10～15℃的裕度；

(7)将600 MW负荷的调整思路在450、300 MW负荷验证，在SOFA水平摆角的固定的情况下，只需通过调整SOFA开度即可将末级过热器左右侧壁温调平；

(8)通过此次燃烧调整，提高了机组运行的安全性、可靠性，同时将机组的主、再热汽温提高了6～8℃，提高了机组整体的运行经济性。

[1] 周俊虎,宋国良,陈寅彪,等. 2008 t/h四角切圆燃烧锅炉炉膛出口烟温偏差的试验研究[J].热力发电, 2003, 32(6): 31-35.

[2] 韩作彬,张宏英. 切圆燃烧锅炉再热汽温偏差影响因素分析[J].沈阳工程学院学报(自然科学版), 2008, 4(3): 219-223.

HAN Zuo-bin, ZHANG Hong-ying. Analysis of influencing factors causing temperature deviation of reheating steam in tangential combustion boiler[J].Journal of Shenyang Institute of Engineering(Natural Science), 2008, 4(3): 219-223.

[3] 姜义道,姜祖光,包建锋,等. 消除国产600 MW机组锅炉汽温偏差的有效措施[J].锅炉制造, 2000(4): 18-21.

JIANG Yi-dao, Jiang Zu-guang, BAO Jian-feng,etal. Effective measure for elimnating homemade 600 mw[J].Boiler Manufacturing, 2000(4): 18-21.

(本文编辑：赵艳粉)

Experimental Analysis of Final-Stage Superheater Wall Temperature Deviation of 600 MW Supercritical Boiler

YU Sheng-jie, XUE Sen-xian, CHEN Shu-ke

Guangdong Zhuhai Jinwan Power Generation Co., Ltd., Zhuhai 519000, China

As shown in the research of the 600 MW supercritical boiler in a power plant designed and manufactured by Shanghai Boiler Factory, the large wall temperature deviation betweem pendant pipe and final-stage superheater makes the main and reheat steam temperature 10 ℃ lower than the designed value, the final-stage superheater tube has broken many times due to oxidation, which seriously affected the economy and safety of the equipment operation. For these problems of boiler, in combination with parameter design and power plant operation procedures, the combustion is optimized and adjusted, reducing the wall temperature deviation of final-stage superheater, realizing the safe, economical and stable operation of the boiler.

four-corner tangent network; supercritical boiler; final-stage superheater; pendant pipe

10.11973/dlyny201605019

余盛杰(1975)，男，工程师，高级技师，从事火电厂集控运行技术管理工作。

TK299.2

B

2095-1256(2016)05-0615-06

2016-06-23