通过SOFA风调整减少炉膛烟温偏差

李 诚，余贵云

（国家电投集团江西电力有限公司贵溪发电有限责任公司，江西 贵溪 335400）

0 引言

贵溪发电厂三期为2台640MW-HG-1964/25．4-YM17型超临界锅炉机组，为哈尔滨锅炉厂自主开发研制的640MW等级超临界锅炉。该锅炉为一次中间再热、超临界压力变压运行带内置式再循环泵启动系统的直流锅炉、单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、露天布置的π型锅炉。采用中速磨直吹制粉系统，每炉配6台HP1003碗式中速磨煤机，燃用设计煤种时5台运行，1台备用；煤粉细度R90=18.4%。锅炉采用新型切圆燃烧方式，炉内烟气的旋转方向为逆时针，主燃烧器布置在水冷壁的四面墙上，每层4只燃烧器对应一台磨煤机。SOFA燃烧器布置在主燃烧器区上方的水冷壁的四角，以实现分级燃烧降低NOX排放，同时SOFA燃烧器摆角水平可调，可实现与主气旋的正切（逆时针）和反切（顺时针）。

2号锅炉自投产以来，两侧主、再热汽温偏差一直较大，造成平均主、再汽温长期偏低，同时由于偏差造成单侧主、再热蒸汽管壁温度较高，管壁经常超温报警。2017年1至4月份主、再热汽温见表1。

表1 2017年1至4月份主、再热汽温℃

1 汽温偏差形成的原因

2号锅炉采用的是新型切圆燃烧方式，主燃烧器布置在水冷壁的四面墙上。这种燃烧方式具有炉膛充满度好，扰动大、有利于燃烬，并且可实现空气分级供风、燃烧分级的燃烧，从而降低NOx排放量，有利于环保。然而，随着火力发电机组不断向更高参数，更大容量发展，炉膛烟道宽度也随之增大，但炉膛高度有限，气流的旋转作用在炉膛出口不能完全消失，存在残余旋转。对于在炉内形成逆时针旋转气流的锅炉，左右墙烟气的流动特征是不一样的，靠近炉膛左侧处的气流并不是直接流向水平烟道，而是由于残余旋转的作用，气流的方向先有一个向前墙流动的趋势，然后气流被主气流的叠加后，经历了一个减速、滞止和反向加速的运动过程，而右侧的气流在得到主气流的叠加后直接向水平烟道处流动，速度变大，出现左侧气流的运动速度比右侧小，从而导致了炉膛出口水平烟道左右侧的速度分布不均匀，而出现烟速偏差现象，见图1。

图1 烟气流速偏差

对于气流在炉内形成逆时针旋转切圆的墙式切圆锅炉，烟气由炉膛出口通过水平烟道时，由于炉膛上部左侧的烟气向炉膛后面运动的趋势小于炉膛上部右侧烟气随主气流运动的趋势，引起了左、右侧速度分布的不均匀。同时由于左侧烟气流动的机理要比右边复杂的多，烟气在左边流动的过程中存在着一个减速、停滞、反向加速的过程，在这个过程中流向炉膛前方反方向流动的烟气却与烟道中旋转回流的气流发生相对抨击，产生强大的气流扰动，导致对流换热作用得到加强。然而右侧烟气流动的情况就相对比较简单，进入屏区之后，能够稳定快速的流向炉后。

炉膛的残余旋转使炉膛烟气室左侧烟气的主流方向先流向前墙再返回流向炉膛后方，烟气在左边流动的过程中存在着一个减速、停滞、反向加速的过程，在这个过程中流向炉膛前方反方向流动的烟气却与烟道中旋转回流的气流发生相对抨击，产生强大的气流扰动，导致对流换热作用得到加强，并且使炉膛上部左侧烟气充满度强于右侧，屏区受热面吸热量左侧大于右侧，导致炉膛出口烟温出现左低右高，并且由于右侧烟气流速较左侧高、右侧烟气流量大总放热量大，从而引起炉膛上部过热器和再热器系统因吸热不均而出现气温偏差[1-5]。

2 采用SOFA风调整的方法

通过前面的原因分析可以得出造成左、右侧汽温偏差的原因主要是由于炉内烟气的残余旋转使烟气进入左、右两侧水平烟道所遇阻力不同，进而造成左、右两侧温度场和速度场的不均匀。由此入手，要调整两侧汽温偏差有两种手段：消除残余旋转；采取一定的方法使左侧烟气更顺利的进入水平烟道。从这两点出发，通过运行中的摸索得出以下SOFA风的调整方法：

1）将四层SOFA风调至反切位置。将SOFA风调至反切角度的目的是消旋，通过现场检查发现2号锅炉的SOFA风全部在正切位置，SOFA风起不到消旋的作用。5月份C修将2号锅炉SOFA调至反切位置后，通过调整发现部分负荷段通过将四层SOFA开大可以起到减小汽温偏差的效果，但效果不是特别理想。SOFA反切效果见图2：

2）四层SOFA集中开启并保持大开度，同时保持合适的二次风档板开度。同时开启并保持60%以上的开度其作用非常明显。由于二次风与SOFA风共同拥有一个风箱，减小二次风量则间接增加了SOFA风量，即增加了其反切作用，有利于气流旋转强度降低，所以二次风档板开度的配合也很重要，基本原则是保持SOFA风60%以上开度，通过调整二次风挡板开度维持风箱差压在0.5 kPa以上。

图2 烟气反切效果示意

3）四层SOFA风采取缩腰型配风方式。当负荷不高、总风量不大的情况下四层SOFA同时保持大开度会造成风箱差压过低，造成SOFA动能不足，此时SOFA风可以采用缩腰型配风，开大第一层与第四层SOFA风，适当关小第二层与第三层SOFA风。

4）SOFA风采用非对称配风方式（只开启2号角关闭其他角）。通常的SOFA风调节方式是四个角同时对称开启，但目前由于SOFA消旋的作用有限，四个角SOFA对称开启时尚不足以使炉膛出口的残余旋转消除，反而削弱了每个角SOFA的动能。图2所示2号角的位置在左后墙位置，靠近左侧水平烟道入口方位，当开启2号角SOFA风时由于其与主气旋呈反切形式，可以对该区域的气流起到制动转向的作用，使气流更易被引风机的吸力带入水平烟道，使左侧气流的流动呈现与右侧相似的情况，因此可以起到平衡左右两侧烟气速度场与温度场的作用，并且单独开启2号角的SOFA可以提高风箱差压，强化SOFA的动能。目前2号锅炉SOFA基本上采用此种方法，高负荷采用均等配风，四层开度一致，开度保持在80%-100%，中低负荷开度保持在50%-80%，当风箱差压不足时中低负荷可采用缩腰型配风方式。

2号锅炉500MW负荷采用原来的SOFA四个角同时开启配风方式下的烟温及汽温情况见图3-5。

图3 SOF风四个角同时开启配风

图4 SOF风四个角同时开启烟温

图5 SOF风四个角同时开启主再汽温

2号锅炉采用改进的非对称配风方式，即只开户2号角关闭其他角，500 MW负荷的烟温及汽温情况见图6-8。

图6 SOF风非对称配风

图7 SOF风非对称配风烟温

图8 SOF风非对称配风主再汽温

通过以上截图数据对比可以发现，采用单独开启2号角SOFA风的配风方式两侧烟温及汽温都非常平衡。

3 取得的效果及效益

通过采用非对称调整SOFA风的调整试验，不仅显著提高了2号锅炉的主、再热蒸汽平均汽温，提高了机组的经济性；同时由于烟温差减小，使右侧分隔屏及高温再热器管壁超温现象大幅改善，安全效益显著。2号锅炉调整试验前后汽温比较见表2。

表2 调整前后主、再热汽温对比℃

4 对环保参数及燃烧经济性的影响分析

设置SOFA风（燃烬风）燃烧器的目的是实现燃烧过程中空气的分级供给，以减少NOx的生成量，在燃烧的后半段补充燃烬风可以使煤粉充分燃烧。采用此种非对称SOFA配风方式，只是改变了SOFA在四个角之间的分配，并未影响燃烧后半段空气的供给量，因此对NOx的生成量与飞灰含碳量不会产生不利影响。实际运行结果也证实，采用非对称的SOFA风配风方式，脱硝入口的NOx浓度与锅炉的飞灰含碳量与采用对称配风方式时一样。

5 结语

切圆燃烧方式具有许多优点，目前我国燃煤电站锅炉约有70%以上采用切圆燃烧方式。切圆燃烧方式主要特点是炉内气流旋转，引起炉内旋转中心低压区卷吸高温烟气，让气流充分混合，形成良好的着火条件和稳定的燃烧环境，并且颗粒在炉内停留时间长，有利于燃尽。但由于炉膛高度有限，炉膛出口仍然存在气流的残余旋转，导致水平烟道处左右侧出现烟速偏差与烟温偏差的现象，使过热器与再热器的管屏左右侧吸热不均匀，出现热偏差现象，造成两侧汽温偏差大进而拉低平均汽温，影响机组经济性，情况严重时，导致受热面出现超温爆管事故。因此，研究炉膛出口烟温偏差对提高锅炉运行的安全性、可靠性及经济效益均具有重要意义。本文从提高2号锅炉平均汽温入手，通过分析造成汽温偏差的原因，找到了适合贵溪发电公司640 MW两台锅炉SOFA风配风的方法。在实际调整过程中发现，随着机组负荷、磨煤机运行方式的改变，SOFA风的配风方式亦有所不同，但基本方向仍如本文所述。