国产2 060 t/h“W”型火焰锅炉安全经济启动

张 岩

（中国大唐集团公司山西分公司，山西 太原 030002）

国产2 060 t/h“W”型火焰锅炉安全经济启动

张 岩

（中国大唐集团公司山西分公司，山西 太原 030002）

“W”型火焰锅炉采用了分级送风的双拱绝热炉膛等措施以解决劣质无烟煤的着火及燃尽问题，但目前国内运行的同类型锅炉在启动过程中普遍存在着启动用油量大，汽温波动大、屏过管壁超温等问题。为解决该问题国内同类型机组大多采用投入大量减温水、减小二次风量等措施，但效果均不太理想。某电厂采用优化启动操作、去除部分卫燃带耙钉、油枪改造等措施后，冷态启动用油量由最初的240 t/次降至100 t/次左右，且屏过在启动中无超温现象。

“W”型火焰；超温；节油

某电厂安装有2台国产2 060 t/h“W”型火焰锅炉，由东方锅炉厂引进美国F.W公司技术设计制造，型号为DG2060/17.6-II3。该锅炉在低挥发分无烟煤着火及稳燃方面有较大的突破，但运行中存在启动过程中用油量大、屏过管壁超温等严重问题。

1 锅炉设计特点

1.1 煤质特性

锅炉设计煤种为晋东南无烟煤，特点为挥发分低（Vdaf=7.14），煤质硬，哈氏可磨系数仅为38，为目前国内极难研磨、极难着火及燃尽的无烟煤之一，其特性见表1。

表1 设计煤质特性

1.2 制粉系统

制粉系统采用冷一次风正压直吹式系统。配置6台双进双出球磨煤机，型号为BBD4760，磨煤机两端分离器有调节叶片调节煤粉细度。

1.3 燃烧系统

锅炉共布置有36只双旋风筒浓淡分离式燃烧器。燃烧器采用分级配风调节，每个燃烧器对应1个配风调节单元（共36个单元），每1单元内布置6个二次风道及挡板，其中A、B、C挡板控制拱上部分的二次风量，D、E、F挡板控制拱下部分的二次风量。

1.4 锅炉炉膛

锅炉分为上、下炉膛两部分，为了提高着火区和燃烧区的温度，在下炉膛拱部、前后垂直墙、翼墙、侧墙等部位原设计有卫燃带，但鉴于已运行的同类型锅炉排烟温度较高，在施工过程中炉膛有278 m2的区域未敷设卫燃带。

1.5 汽温调节

主汽温度主要通过两级喷水减温来调节。其中一级减温器布置在低过至全大屏的连接管上，是过热汽温的主要调节手段。二级减温器布置在全大屏过热器和高过之间，主要用来调节高温过热器出口蒸汽温度，在运行中作汽温的微调节。

再热汽温主要采用挡板调温方式，在尾部低温过热器和低温再热器下面布置有烟气调节挡板。在再热蒸汽的进口管道上设计有事故喷水减温装置，用于紧急状态下控制再热汽温。

1.6 点火装置

锅炉每个燃烧器配1支机械雾化式油枪，共36支，设计有C挡板为油枪供风。

2 启动过程中存在的问题

2.1 机组冷态启动用油量大

锅炉自投产以来，冷态启动用油量一直居高不下，最高时达到280 t，普遍在240 t左右。造成用油量大的主要原因为无烟煤本身着火和燃尽都比较困难，为保证煤粉充分引燃启动过程中投油量比较大，启动后期撤油枪速度也较慢。

2.2 启动过程中屏过超温

锅炉冷态启动时经常发生屏过超温现象，严重威胁受热面的安全运行，制约着机组启动速度。发生超温的主要阶段为启磨投粉过程中，主要原因为热负荷与蒸汽流量间的不平衡，另外炉内火焰中心高，火焰行程长也是造成超温的另一个关键因素。

2.3 启动过程中主再热汽温波动大

由于炉内燃烧室卫燃带敷设过多等原因导致启动中蒸汽压力和温度严重不匹配，造成汽温对减温水依赖过大，难以调节，波动较大，延误时间，耗费燃油。

3 运行优化及安全经济性分析

3.1 投运炉底蒸汽加热系统

锅炉设计有炉底蒸汽加热系统，辅汽从下降管底部接入。在点火前可使炉水和金属壁温缓慢上升，减少锅炉汽包上下壁温差，加快启动速度，节省冷态启动用油量。在机组调试初期，投运该系统时出现过水冷壁管及下降管振动，导致投产初期一直无法正常使用。造成水冷壁管及下降管振动的原因是由于炉底蒸汽加热时水冷壁与下降管的水流方向与正常运行时的水循环流动方向正好相反，所以投入炉底加热系统前，必须确保汽包内炉水淹没汽水分离器出口（约在+300 mm的汽包水位处，并注意保护值），从而炉水能通过旋风分离器进入汽包夹层与水冷壁上升管连通，形成连续的介质流动。解决了投运过程中出现的水冷壁管及下降管振动问题，启动过程中投运该系统，可使汽包壁温加热到120℃左右，炉膛内部温度可加热到100℃左右，改善了点火条件，可使每次启动用油节约5～10 t左右。

3.2 加大二次风量

为防止启动投粉时管壁超温，在点火时将二次风量都控制的比较小，在220～240 m3/s之间，这样造成点火时油枪供风量不足，燃烧不完全，炉内火焰发黄、发黑，行程较短。针对燃油的特点必须在着火初期供给充足，将二次风量增加至280～300 m3/s之间，此时炉内火焰发亮，刚性增强，行程增长，火核温度达到1 300～1 400℃之间，烟囱中无黑烟冒出，在减小损失的同时提高了炉膛温度，为启动投粉创造了良好的条件。

3.3 控制主再热汽温

启动过程中主再热汽温应满足汽机的要求且避免大幅波动，否则直接影响汽轮机的安全启动，如无有力的调整方法将会拖延启动时间，耗费启动用油。通常调整汽温的手段主要有减温水量、二次风量、油枪数量、蒸汽流量等。单一依靠某一种手段来调整汽温是不可取的，例如通过减温水量调整汽温理论上是可以的，但实际上若单一采用减温水量来调节由于操作难度较大极易造成汽温大幅波动。针对锅炉和煤质特性，采用各种手段相结合的方法来调整汽温，但在使用各种手段时应有主次之分。

a）减温水量调整汽温效果直接，但减温水量调整汽温操作难度较大，极易造成汽温波动，将减温水量调整至50～80 t/h，且不要频繁调整。

b） 蒸汽流量（旁路开度）的变化影响汽温变化，但蒸汽流量只作为次要的手段使用；另外当出现调整旁路、开关疏水门、汽机暖阀冲转等重大影响蒸汽流量变化的操作时，会导致汽温发生波动，故此时应先做好联系，做到预控，减小汽温波动范围。

c）给水压力直接影响到减温水量从而导致汽温波动。当汽包水位发生变化时运行人员需要调整给水泵转速来响应，这时会造成减温水母管压力的变化，最终造成汽温的波动，所以在调整汽包水位过程中应尽量保证减温水母管压力平稳。

3.4 合理选择投粉时机

投粉时机的选择主要考虑煤粉气流着火燃尽问题，另外对于“W”型火焰锅炉还应考虑到局部热负荷过高导致屏过管壁温度超限、主再热汽温波动等问题。投粉时炉内燃烧状况经验参数应达到以下状态：油枪约16支左右，二次风量280～300 m3/s，蒸汽流量 260～270 t/h。

a）投粉前油枪的火核温度实测值达到1 300～1 400℃，周围烟气温度达到800℃左右，超过晋东南煤粉气流着火温度444℃（理论值），煤粉气流着火问题得到解决。

b） 在启磨前沿炉宽均匀投运约16支油枪，此时炉内火焰发亮，负压平稳，炉膛火焰充满度良好，沿炉宽温度分布较为均匀，煤粉燃尽问题得以解决。

c） 投粉前蒸汽流量应达到260～270 t/h之间，满足投粉初期受热面冷却流量。另外，屏过壁温最高未超过430℃，避免了启磨后屏过壁温报警（530℃报警）。

3.5 优化各台磨煤机启动操作

磨煤机的启动操作技巧直接影响锅炉的安全，各台磨煤机的启动衔接是否合理娴熟影响到启动的经济性。在启磨煤机时应注意以下几方面。

a）为节省启动时间，降低启动用油，在汽机定速后应启动一次风机，逐渐开始暖各台磨煤机。

b）启动磨煤机时最好选择6个火嘴运行，使炉内热负荷分配均匀。

c） 磨煤机启动后调整F挡板开度在20%左右即可，尽量使火焰中心下移，改善屏过管壁温度状况（屏过为辐射特性受热面）。

d）增加炉内热负荷过程中为避免受热面壁温过高，可采取开大高低压旁路，增加蒸汽流量的方法。

e） 第2、3台磨煤机启动间隔时间一般在25～30 min为宜，该过程启动控制重点为防止屏过受热面管壁超温，操作难点为调节蒸汽流量（通过旁路开度控制）和减温水量。

在启动第2台磨煤机前应加大第1台磨煤机出力，以增加启动冷却蒸汽流量要求，通常应将蒸汽流量增加至460 t/h左右方可启动第2台磨煤机，此时油枪投运个数应为17支左右，高再前烟温基本在490℃左右，屏过看火孔温度可升至850℃左右，燃烧基本安全稳定。

第3台磨启动前应加大前2台磨煤机出力，通常情况下应将蒸汽流量增加至550 t/h左右，此时油枪数量维持不变，高再前烟温基本在550℃左右，屏过看火孔温度可升至860℃左右。

3.6 防止屏式过热器管壁温度超温措施

F.W公司设计的“W”型火焰锅炉由于炉内结构原因，冷态启动过程中经常出现屏过管壁超温现象，严重影响管材寿命，同时减慢了启动速度，从而使该阶段消耗了大量的燃油。

3.6.1 通过开大再热器调节挡板来减小过热器侧烟气流量

再热汽温的调温方式为烟气调节挡板，在启动过程中为了防止再热器出现“干烧”情况，要求在点火过程中再热器侧烟气挡板关闭，过热器侧烟气挡板全开。在启动过程中过热器侧挡板全开后会导致过热器侧烟气流量增加，低过入口蒸汽温度升高，一级减温水流量增加最终导致其后屏过超温。采取了以下措施后，缓解了屏过壁温超温问题。

a）通过开大旁路开度，增加蒸汽流量，保证再热器受热面不受“干烧”。

b）投粉后开大再热器侧烟气挡板，关小过热器侧烟气挡板，减小过热器侧烟气流量，降低低过入口蒸汽温度，避免屏过管壁超温。

3.6.2 减温水量及蒸汽流量控制

控制屏过壁温的主要操作手段有一级减温水量及蒸汽流量（旁路开度控制），由于减温水量投运过多可能会导致减温后的蒸汽温度低于饱和温度，故在操作过程中应主要依靠蒸汽流量调节。

虽然管屏间的流量偏差导致每根管子的壁温情况不尽相同，但超温的管子一般都有规律性，启动过程中应重点监视，尤其是蒸汽流量变化工况下，应及时调整。

3.7 启动后期及时撤油枪

机组并网后用油量占总用油量的42%～53%，为降低该阶段用油必须及早撤出油枪，但过早过快撤油枪很可能造成燃烧恶化。以往撤油枪主要根据烟温及汽压等参数大致估算，缺乏炉内燃烧状况评估及精确的参数依据。通过多次测量烟温，摸清了炉内燃烧状况，解决了以上问题。

a）撤油枪前后，必须测量屏过看火孔处烟温变化状况，保证炉内燃烧稳定，防止因撤油枪速度过快导致炉内燃烧恶化。若撤油枪过程中屏过处烟温出现大幅度下降时不得继续撤出油枪。

b）撤油枪的同时结合蒸汽流量、汽压、高再前烟温等参数变化情况分析，同时监视炉内火焰燃烧状况，当变化幅度较大时，停止撤油枪，防止出现燃烧恶化情况。

c） 通常在启动第3台磨煤机后，炉内基本具备开始撤油枪条件，但此时应保证炉指令大于320 MW，蒸汽流量在750 t/h左右，屏过看火孔处烟温为1 000℃，高再前烟温（在线测点） 为550～580℃之间。

d）撤出油枪的同时相应增加磨煤机，保证炉指令反馈值逐渐增加，以确保炉内燃烧强度。

e）当炉指令增加至350 MW以上，屏过处烟温在1 050℃左右（正常运行值1 200～1 300℃之间）时可逐渐加快撤油枪速度。

4 技改措施

4.1 去除水冷壁残余耙钉

F.W公司在设计时，在炉内布置了大量的卫燃带，这也是启动中屏过易超温的主要原因。根据厂家建议，该厂在施工过程中已有278 m2的区域未敷设卫燃材料，但该部位的耙钉并没有去掉。在锅炉停运后，检查发现遗留耙钉区域出现了严重的结焦状况，自然地形成一层新的焦渣“卫燃带”。在机组大修期间去掉了炉内残留耙钉，破坏了焦渣卫燃带形成的条件，增加下炉膛吸热。在随后启动中机组调温特性有了明显的改善，相同热负荷下屏过壁温明显降低。

4.2 部分去除炉膛卫燃带

在炉膛着火区域敷设卫燃带是“W”型火焰锅炉保证煤粉着火及燃尽重要的手段，但在设计时不能单一仅考虑稳燃因素，应根据煤灰特性等因素综合考虑敷设位置及面积。从运行情况来看该锅炉卫燃带面积设计有过多迹象，会导致启动过程中下炉膛吸热不足，炉膛出口烟温高，蒸汽压力和温度温升不匹配。在减少卫燃带敷设面积及去掉耙钉后，取得了很好的效果。

4.3 将部分油枪出力由原来1.15 t/h改为0.8 t/h

锅炉原油枪设计出力为1.15 t/h，将启动中常用的磨煤机油枪雾化片更换为小孔径雾化片，将出力降低至0.6～0.8 t/h。可以通过多投油枪个数改善炉内沿炉宽热负荷分布的均匀性，减少热负荷不均引起的管壁超温；另外可以降低启动后期用油量。通过改造后测量，油火焰火核温度仍能达到1 250～1 350℃之间，火焰周围1 m（无明火处）温度仍高达900℃，满足煤粉着火燃尽火的温度要求。通过降低油枪出力，启动后期用油量降低了20%左右，受热面管壁温度分布明显均匀。

5 结论及建议

国产600 MW“W”型火焰锅炉在启动中由于其燃烧特性暴露出许多问题，通过优化启动操作和实施技术改造，摸索出启动过程中投粉时机和后期撤油枪，解决屏过管壁超温、汽温难以控制等关键问题，机组冷态启动各受热面管壁温度变化平稳，管壁局部超温问题得到遏制；用油量由原来的超240 t降至100 t左右；整个启动过程中炉内燃烧稳定火焰明亮，实现了安全经济启动，达到了国内同类型机组燃用劣质无烟煤启动的先进水平。

Safe and Oil-saved Start-up of Domestically Produced 2 060 t/h“W”Type Flame Boiler

ZHANG Yan
（China Datang Corporation Shanxi Branch，Taiyuan,Shanxi030002,China）

Air-staging double-arc heat-insulated furnace is adopted for W-type flame boiler to address the ignition and burn-away problems of poor quality anthracite.At present,the same type of boilers in China widely suffer some problems,including large oil consumption for unit start-up,large temperature fluctuation and over-temperature at curtain wall etc..In a power plant,transformation measures are adopted to deal with the problems,including start-up optimization,getting rid of rake nails at ignition belt and oil-gun modification etc..Consequently,the oil consumption for cold start-up decreased from 240 t to 100 t each time with the temperature of curtain wall beingnormal.

“W”-type flame;over-temperature;fuel-efficient

TK227．7

A

1671-0320（2017）06-0038-04

2017-08-15，

2017-10-20

张 岩（1970），男，山西介休人，1992年毕业于太原电力高等专科学校热能动力专业，工程师，从事电力生产及安全环保工作。