1000MW超超临界双切圆燃烧锅炉汽温偏差控制策略

符俊平

摘要： 针对某厂1000MW级超超临界双切圆燃烧锅炉投产后出现的末级过热器出口4根分支管汽温偏差问题，从过热器受热面结构布置及炉内流场分布等角度分析了主汽温偏差产生原因，并提出偏差控制策略。

Abstract： There is a steam temperature deviation problem of the four branch pipes at the outlet of final superheater in a 1000MW ultra-supercritical boiler. Aiming at this problem， this paper analyzed reasons from the superheater surface arrangement and furnace flow field distribution， and put forward the error control strategy.

关键词： 超超临界；双切圆；直流锅炉；汽温偏差；控制策略

Key words： ultra-supercritical；double tangential；once-through boiler；steam temperature deviation；control strategy

中图分类号：TK229.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）36-0100-02

0 引言

湖北华润电力蒲圻电厂安装两台1000MW超超临界机组，其锅炉由上海锅炉厂有限公司设计、生产、制造，锅炉采用8角单炉膛双切圆燃烧方式、固态排渣、单炉膛、一次中间再热、平衡通风、露天Π型布置、全钢悬吊。同时，锅炉采用双进双出钢球磨直吹式制粉系统，每台炉配有6台磨煤机，从每台磨煤机两端分离器各引出两根粉管至四个煤粉分配器，再一分为二接至炉膛同一层八个煤粉喷嘴，燃烧器采用百叶窗水平浓淡强化着火煤粉喷嘴设计。

该机组在实际运行过程中，主汽温产生了较大的偏差，对机组运行的经济性和安全性造成了极大的影响，本文分析了该机组主汽温产生偏差的原因，并提出了控制汽温偏差的具体措施，提高了机组运行的经济性和安全性。

1 问题描述

首台机组自2010年10月投产以来，从末级过热器出口集箱引出的四根主汽分支管道A、B、C、D（A和B位于炉膛左半边，C和D位于炉膛右半边，具体结构布置如图1所示）一直存在不同程度上的主汽温偏差。主汽温偏差分布规律为：末级过热器出口靠近炉膛中间位置的A、D两分支汽温偏低于两侧的B、C两分支，其偏差最高达20℃以上。这不仅对运行人员调整带来困难，也影响了机组生产运行的经济性和安全性。

2 汽温偏差产生原因分析

分析汽温存在偏差的问题，通过诊断试验，主要影响因素是锅炉受热面结构及炉内流场分布。

2.1 受热面结构布置因素

2.1.1 受热面吸热量分配特点 在恒定压力下可用工质温度变化幅度研究工质吸热量大小。另外，当压力不变时，随着过热蒸汽温度水平的升高，单位工质相同温升下所需吸热量逐步下降（即400℃过热蒸汽提升50℃所需的吸热量要大于500℃过热蒸汽提升50℃所需的吸热量）。基于此，诊断试验期间对各受热面吸热量进行了测取计算，结果如表1所示。

表1中工况1～5为连续5天试验得到数值，对应机组负荷分别为950MW、769MW、772MW、788MW、798MW。从表中可以看到，各负荷工况下屏式过热器吸热量占过热器总吸热量比例最大，后屏过热器吸热量次之。

2.1.2 受热面结构布置特点 为减少过热汽温及再热汽温偏差，本机组设计了三处管道交叉：屏式过热器入口、末级过热器入口、高温级再热器入口；而对于占过热系统总吸热比例大的屏式过热器和后屏过热器之间并未设计管道交叉。 当受热面吸热不均时，吸热比例较大的屏过及后屏产生的汽温偏差容易叠加放大，难以被消除，因而这种受热面结构布置容易导致主汽温偏差产生。

2.2 炉内流场分布因素

本机组采用双切圆燃烧方式（如图2所示），炉膛中间部位受到两个“火柱”的双重热辐射，造成炉膛中间部位的烟气温度要高于两侧；另外，在炉膛出口位置气流受切圆残余旋转影响，会将两侧高温烟气推向炉膛中间区域，使炉膛中间部位的烟气温度高于两侧。

2.2.1 燃烧器下游区域烟温分布特点 通过对燃烧器下游区域烟气温度进行测量，测量结果如图3所示。

从图3中多个工况下测得的燃烧器下游区域烟温值发现，在燃烧器下游靠近炉膛中间区域烟气温度要明显高于两侧墙区域，烟温偏差达200℃左右。这种烟温分布特点延续到炉膛出口位置后，很容易引起以辐射吸热为主的屏式过热器及后屏过热器吸热不均问题。

2.2.2 各级过热器吸热偏差因素 从炉内流场分布特点分析得到，“双切圆”燃烧方式会出现燃烧器及其下游区域热负荷向炉膛中间位置聚集现象，这种烟温分布特点容易引起屏式过热器吸热不均，最终导致末级过热器出口4根分支管汽温偏差产生。

2.2.3 燃尽风喷嘴安装角度因素 切圆燃烧方式残余旋转对炉膛出口烟温分布也影响较大，鉴于此对炉膛燃尽风喷嘴安装角度进行了检查。

在主风箱下游区域共布置2层CCOFA和5层SOFA共计7层燃尽风喷嘴，7层燃尽风喷嘴均设有水平摆动机构用以调节燃尽风反切角度，调节范围为+25°～-25°。摆动机构从“0”位向“+”方向调整，表示燃尽风喷嘴与燃烧器的安装中心线的夹角由0°逐步增加，且增加的方向与火球旋转方向相同，反之则相反。

7层燃尽风喷嘴安装角度检查结果如表2所示。

表2中“-”表示燃尽风喷嘴向切圆反方向偏离燃烧器安装中心线的角度，反应其反切角度大小。从表中检查结果看，7层燃尽风反切角度都比较小，对燃烧器下游区域切圆残余旋转的消除作用有限，难以减轻炉膛出口位置高温烟气向炉膛中间区域聚集现象，不能有效防止屏式过热器和后屏过热器吸热不均问题。

3 汽温偏差控制方法

通过上述分析，可以提出以下几条汽温偏差控制方法。

3.1 过热器受热面结构改进 即在屏式过热器和后屏过热器之间增加管道交叉，减轻屏式过热器和后屏过热器吸热不均引起的汽温偏差延续至末级过热器出口分支管现象。2013年8月投产的第二台1000MW机组进行上述结构改进后，末级过热器出口4根分支管汽温偏差问题得到解决。

3.2 燃尽风喷嘴反切角度调整 即适当增大燃尽风反切角度，削弱燃烧器下游及炉膛出口因切圆残余旋转引起的烟温分布不均现象，进而减小屏式过热器和后屏过热器吸热不均程度。增加燃尽风反切角度后，燃烧器下游区域烟温分布及屏式过热器的吸热均匀性都得到了一定程度上改善，末级过热器出口4根分支管的汽温偏差也改善明显（A、B分支汽温偏差从1.8℃降至0.6℃；C、D分支汽温偏差从5.9℃降至0.5℃）。

4 结语

分析诊断试验得到湖北华润电力蒲圻电厂首台1000MW机组锅炉主汽温偏差产生原因为：双切圆燃烧方式特有的炉内流场分布特性，使炉膛出口中间区域烟温明显高于两侧，造成屏式过热器和后屏过热器从左至右分成的4段受热面出现显著吸热不均问题；而过热器受热面结构设计时并末在屏式过热器和后屏过热器之间进行管道交叉布置，从而导致屏式过热器和后屏过热器吸热不均引起的汽温偏差叠加放大，无法消除，最终造成末级过热器出口出现2根分支管汽温明显偏低于另外2根分支管现象。另外，燃尽风喷嘴反切角度偏小，对燃烧器下游切圆残余旋转削弱作用有限，加剧了主汽温偏差的产生。

在屏式过热器和后屏过热器之间增加管道交叉能够从根本上解决主汽温偏差的产生。当前，减小汽温偏差的控制策略为尽量减弱炉膛出口烟温分布不均现象，削弱屏式过热器和后屏过热器吸热不均程度，试验表明适当增加燃尽风反切角度具有一定效果。

参考文献：

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