1000MW二次再热机组低负荷段二次再热汽温研究

李 冬，赵诗泉

(国电泰州发电有限公司,江苏 泰州 225300)

0 引言

汽轮机进汽参数是火电厂的一个重要参数，其数值大小直接影响机组的经济性和安全性。二次再热机组设计要求在65%～100%BMCR工况下，二次再热蒸汽温度均能达到设计值。而泰州公司1000MW超超临界二次再热直流塔式炉在低负荷工况时，二次再热蒸汽温度存在达不到设计值的问题。经验表明二次再热蒸汽温度每下降10℃，煤耗将上升0.4g/kWh，直接影响机组的经济性。在实际运行中，造成二次再热蒸汽温度偏低的原因很多，必须对影响二次再热蒸汽温度的各个方面进行分析总结，提出有效的调整方向，保证二次再热汽温的宽负荷稳定性[1-4]。

泰州公司1000MW超超临界压力二次再热锅炉型号为SG-2710/33.03-M7050，为单炉膛塔式布置、二次中间再热、四角切向燃烧、平衡通风、固态排渣形式，配备100%高压旁路系统[5]。省煤器受热面位于锅炉上部第一烟道出口处，前烟道、后烟道各布置一部分，两者并联。水冷系统由膜式壁构成，采用下部螺旋管圈、上部垂直管圈的形式。水冷壁垂直管上部引入到前后左右四个出口集箱，再经4个水冷壁出口分配器导入6台汽水分离器。炉膛上部沿着烟气流动方向依次分别布置有低温过热器、高温再热器低温段、高温过热器、高温再热器高温段、低温再热器、省煤器。过热器系统分为两级，第一级为悬吊管、隔墙和低温过热器，第二级为高温过热器。低温过热器布置在炉膛出口断前面，高温过热器布置在高温再热器冷段和热段之间，两者均为顺流布置。一、二次再热器系统均分为低温再热器和高温再热器两级受热面，高温再热器为顺流布置，低温再热器为逆流布置，再热器布置上采用了组合式高温受热面的布置方案，将部分再热器提前，提高再热器吸收辐射热量的能力，并将两次高再受热面并列布置，以达到不降低二次高温再热器换热温压的目的。

1 二次再热汽温宽负荷稳定性的影响因素及对策

影响二次再热汽温的因素很多，具体包括受热面吸热不足、管壁汽温偏差大、受热面材料壁温超限等。低负荷下受热面材料壁温裕度较大，二次再热汽温偏低的主因是受热面吸热不足，同时管壁温度偏差也制约了汽温的提高[6-10]。

1.1 受热面吸热不足

运行数据表明低负荷段下二次再热受热面温升低于设计值，炉膛和低过吸热过多、温升大，主要因为低负荷段下炉膛烟气量不足导致对流吸热偏低和炉膛下部受热面吸热过多。

1.1.1 低负荷烟气量相对不足

锅炉设计煤种为神华煤，其高热值的特性导致在低负荷段时锅炉燃料量偏少，虽然全水不低但烟气量仍偏小。为提高低负荷段烟气流量，可适量掺烧低热值高水分的煤种，为保证锅炉BMCR工况的设计值出力，考虑到磨煤机实际出力情况，加仓方式为A、B、C下三层煤仓选择神混2、大友、平5等高热值、中低灰分煤种，E、F两层煤仓掺配印尼、菲律宾等低热值、高挥发分及高水分煤种，D层加仓上灵活安排，神混2、大友、平5、印尼煤种，可查阅相关参数。实际运行情况表明，700MW负荷下掺烧印尼煤可提高二次再热汽温6～10℃，负荷越低效果越明显，若解决磨煤机磨制印尼煤的安全问题，印尼煤掺烧量最大可达40%～60%，有效提高再热汽温。

1.1.2 下层受热面吸热过多

从机组调整前期750MW工况下锅炉的主要运行数据可以看出，实际运行工况下的低温过热器的吸热量大于设计值，其后的受热面温升均低于设计值。为了解决汽温偏低的问题，需要减少炉膛吸热和低过吸热，增加再热受热面的吸热。

由于二次再热高温受热面级数多，传热温压是最关键的因素，对高烟温区的受热面调整将对再热汽温更加敏感。为提高再热汽温，可采取以下方法：减少炉膛吸热；减少屏过吸热；增加低再高再吸热，效果相对较弱；烟气再循环，能够将炉膛的热量带到下游热面，其效果虽比较明显，但整个系统改动较为复杂，并且再循环风机的可用率也难以保障。

通过煤种分析可知，配煤掺烧后入炉煤平均灰熔点大，结焦倾向不严重。而炉膛及低过区域是以辐射换热为主的换热面，一定程度的结焦有利于增加受热面沾污系数，从而减少炉膛及低过受热面吸热量。为了增加受热面沾污系数，我们将现有的吹灰方式进行了较大幅度的缩减。水冷壁短吹总共有八层(由下向上分别A-B-C-D-E-F-G层)，原A-G层水冷壁受热面吹灰频次由每班一至两层半数改为上三层每天一至两层半数，下五层保证每周吹一次，同时对低过区域不再明确严格的吹灰频次，根据工况、观火结焦情况及温升情况决定是否进行低过吹灰。

日常运行中通过吹灰频次缩减来提高受热面的沾污系数，应加强关注炉膛结焦情况。从技术改造方面，可以通过水冷壁喷涂隔热涂层增加水冷壁的沾污系数。喷涂隔热涂层可能对炉膛结焦有一定的影响，关于炉膛的结焦问题就目前所燃用的煤质，其灰熔点、灰分的碱酸比都表明结焦倾向不严重，适当的面积应不会产生结焦而影响锅炉正常运行。相关技术是针对调整水冷壁热传导量而设计的专用隔热涂层。它共有 2 层结构：第一层是采用 NiCrAl 合金作为提高工作层与基体结合强度的过渡层，外工作层为具有良好隔热效果的特制Al2O3基混合陶瓷涂层。涂层总厚度为1mm，该涂层具有良好的隔热效果，涂层寿命大于 1 个大修周期。

由于自身的膜式结构，水冷壁的受热面已经无法变动。低过位于炉膛出口，是辐射换热为主的换热面，适当减少低过区域的部分管屏的管数，可提高进入下游受热面的烟气温度，提升下游换热面的传热温压，达到提高二次再热汽温的作用。上海锅炉厂大唐东营电厂在建项目根据吸热量变化和煤质特性，对锅炉尺寸进行了调整，炉膛截面尺寸由21480×21480mm调整为20760×20760mm，减少炉膛的吸热量，增加炉膛出口再热器的吸热量，提高再热蒸汽温度。此外，还可以适当优化过热器与再热器的面积分配比例，减少低温过热器的受热面，提高高温再热器受热面的换热温压。

1.1.3 二次再热机组再热汽吸热比例过大

对于二次再热机组，主蒸汽吸热比例下降，再热蒸汽(含一次再热蒸汽和二次再热蒸汽)吸热比例上升，二次再热机组锅炉主蒸汽的吸热比例由通常的82.0%降至71.5%左右。为改善二次再热机组再热汽温，减少再热汽吸热比例，可以增加一次冷再、二次冷再对外供热量，减少再热蒸汽流量[11]。

1.2 管屏温差

低负荷下，二次再热蒸汽出口温度经常出现较大的汽温偏差。汽温偏差的产生主要由于炉内烟气分布不均及受热面介质流分配不均，后者不可改变，以下主要针对烟气流场进行分析。

1.2.1 燃烧器风门改造

锅炉采用对冲同心正反切圆燃烧方式，其中B、D、F三层燃烧器配置了偏置二次风，达到启旋作用保证旋流的充分性和稳定性。上层燃尽风分为BAGP、UAGP两层，采用反向切圆分散布置。大量实践证明燃尽风反切一定角度，可以使进入燃烧器上部区域气流的旋转强度得到减弱乃至消除，提高炉膛上部截面烟气充满度。

锅炉低负荷工况下，为保证一定的二次风压及燃烧稳定性，包含启旋风燃烧器在内的整个二次风门开度相应缩小。此时水冷壁前后左右墙出口汽温偏差最大可达35℃，分析原因是由于B、D、F三层起旋效果偏弱，导致炉膛内切圆偏小。为增加启旋力度，将A至F层所有油层辅助风门的直吹式喷口改为三层喷口(上层和下层改为正切22°的启旋喷口)，增加各负荷工况下炉膛内火焰的旋流强度，具体改动结构如图1所示。实践表明，在风燃烧器改动后，相同负荷工况下，整个水冷壁壁温及过、再热汽温偏差均有较大改善。

图1 燃烧器油层二次风喷口改造前后示意图

1.2.2 配风调整

长期运行调整表明，锅炉的配风方式对管屏温差影响明显，尤其是启旋风门的配风调整。燃烧器风门改造后750MW稳定负荷锅炉侧相关参数笔者详细做了统计。二次再热出口1～4号管汽温分别610.26℃、611.74℃、601.21℃、601.47℃，平均温度为606.17℃，最大偏差为10.53℃，左侧A、C汽温管明显高于右侧D、B汽温管，炉膛烟气分布呈现左后墙明显大于右后墙。通过对B、D、F层启旋风门逐渐摸索发现开大炉膛启旋风风门，增大切圆半径可以减小二次再热汽温偏差，按照由下而上的方向逐渐增大启旋力度，增加上层切圆直径有利于提高二次再热B管温度，大大减小管壁汽温偏差，启旋风开度尝试期间二次再热汽温的变化趋势明显。进一步研究发现维持F层开度60%～75%，D层开度55%～65%，B层开度45%～60%情况下汽温偏差较小。若上层切圆过大会影响CO含量，可能导致低过出口汽温偏差大、壁温超温，若下层切圆过小可能导致火焰偏斜，水冷壁局部超温、出口汽温偏差大。根据日常调整数据可得出以下配风经验：低负荷段为维持一定的二次风压、原烟气NOx含量，整个炉膛启旋力度是欠缺的；合理的启旋力度可以提高炉膛火焰的充满度，减低管壁温差；上层燃尽风的反切作用在低负荷阶段必要性不大，可以将燃尽风BAGP1、2改为正切，增大启旋效果；低负荷下有意的压缩下层配风开度，增大上层风量有助于提高二次再热汽温，抬高火焰中心，提高上层烟气充满度。

2 结语

合理掺烧高水份煤种可有效提高低负荷段二次再热汽温。通过吹灰调整，低过沾污情况合适情况下，机组650MW以上二次再热汽温能达到605℃。对于泰州1000MW二次再热塔式炉，低温过热器管屏的强吸热特性以及低负荷段二次配风欠旋都指明了调整的方向和手段，在借鉴经验时应根据具体情况作出适当调整。