35 t/h启动锅炉超温分析与技术改造

李茂，游必超，后颖黎，王林

(1.华能云南滇东能源有限责任公司滇东电厂，云南 曲靖 655508； 2.西安热工研究院有限公司，西安 710054)

0 引言

启动锅炉是现代机组的重要辅助设备[1]，主要作用是为机组冷态启动提供蒸汽[2]，作空气预热器(以下简称空预器)吹灰、电除尘灰斗伴热、油枪吹扫、小机冲转之用。启动锅炉的调试性能直接影响整个机组的安全调试进度[3]。

焦作丹河电厂异地扩建2×1 000 MW机组工程，设计有2台快装型燃油启动锅炉。该锅炉初次点火后即暴露出炉膛升温过快、过热蒸汽严重超温问题，启动锅炉频繁发生超温跳机。结合现场运行数据，认为低负荷下燃烧器出力过大、各级受热面吸热量不匹配是锅炉超温的主要原因，遂对启动锅炉燃烧器、炉膛烟道及减温水系统进行了技术改造，对炉膛火焰进行了燃烧调整，各项措施取得了较好的效果。

1 设备概况

本工程选用KDZS35-1.27/350-Y(Q)Ⅱ快装型汽包锅炉，该锅炉设计燃料为#0轻柴油。锅炉主要设计参数见表1。

1.1 锅炉本体结构

本工程锅炉为单锅筒、纵置式、室燃A形结构，本体为中间炉膛，两侧单级对流管束，前出烟布置结构，锅炉尾部采用高效换热翅片管式省煤器。

上锅筒内部有水下孔板和汽水分离器，两侧下集箱采用小型锅筒结构。锅炉四周由管子和鳍片组成膜式水冷壁，顶部有锅筒，底部有可膨胀的密封板，组成一个完全封闭的锅炉本体。中置炉膛两侧为切向管膜式水冷壁，管间采用圆钢与水冷壁钢管焊接，以保证该水冷壁将炉膛与对流管束完全隔开且具有双面换热功能。在炉膛后部两侧有拉稀的凝渣管束，凝渣管束后面有顺列布置的过热器管束；炉膛燃烧产生的烟气垂直冲刷管束，使管束内的饱和蒸汽转变为350.0 ℃的过热蒸汽。锅炉前部炉顶左右各布置一个出烟口，通过连通烟道与省煤器相连。烟气流经省煤器后，通过烟囱排入大气。

表1 启动锅炉主要设计参数

1.2 燃烧器简介

锅炉采用微正压燃烧，燃烧器布置于前墙。锅炉选用了德国欧科(ELCO)公司设计制造的燃油分体式燃烧器，型号为RPD80L-R/S-R，额定供油压力3.00 MPa，耗油量500～2 693 kg/h。油枪采用机械雾化方式，利用自带的全自动比例调节仪，可实现燃油量、配风量的多级匹配调整，以满足连续变负荷需求，确保炉内燃烧充分、稳定。

2 过热蒸汽超温问题

2.1 问题描述

启动锅炉首次点火后，炉膛温度、过热蒸汽温度均快速升高，12 min后汽温即突破370.0 ℃定值，引发主燃料跳闸MFT(Main Fuel Trip)保护动作停炉。调取过程曲线可知，蒸汽平均温升速率高达30.0 ℃/min，这无疑会对受热面管材产生极为不利的影响[4]。超温跳机前运行人员虽然采取了过热器减温水阀全开、减温水旁路手动阀全开以及增开1台给水泵以提高减温水喷射压力等措施，但仍无法遏制住汽温快速上升的势头。

此外，该锅炉点火后，温度上升迅速而压力增长缓慢，汽温超限(>370.0 ℃)发生跳机时，过热器出口压力仅达到0.35 MPa，蒸汽参数无法满足用户连续使用要求。

2.2 调整与分析

为分析超温原因，利用供回油管道自带的齿轮流量计，实测了燃烧器点火模式下的耗油量。结果显示，多次测量值均在1 200 kg/h以上，与燃烧器标称的最低出力500 kg/h有较大差距。因此判断，燃烧器低负荷工况下，油枪出力过大。

为保证工期，从运行角度提出了临时性措施：通过降低系统供油压力，减少油枪耗油量，进而削弱汽温快速上升趋势。经试验摸索，燃烧器入口油压最终由3.00 MPa降低至1.20 MPa。再次点火后，过热蒸汽温度得到小幅改善，但依然接近370.0 ℃的最高限值。此外，在对外供汽阀全开情况下，过热器出口蒸汽压力长期维持在0.40 MPa左右，与1.20 MPa的设计值相差较大。启动锅炉点火后，汽温快速升高而汽压增长缓慢，这一特点实际反映出各级受热面存在吸热量不匹配问题：水冷壁、锅筒等辐射受热面吸热量偏小，引起汽包起压慢；过热器等对流受热面吸热量偏大，导致汽温增长迅速。

启动锅炉目前的性能表现，无法满足后续带给水泵汽轮机(补充全称)的要求。常规的运行调整措施收效甚微，对启动锅炉进行技术改造势在必行。

3 技术改造

3.1 燃烧器增设回油旁路

鉴于前期燃烧器出力偏大，超温停炉现象频发，在进口油压3.00 MPa不变的情况下，为增大回油量，现场对燃烧器回油管路进行了改造：加装一路回油管(如图1所示)，增大回油量。经过上述改造，燃烧器在系统油压3.00 MPa条件下，可以实现一次点火连续运行，中间不发生超温停炉。

图1 燃烧器增设回油旁路

经试验，燃烧器低负荷模式下，启动锅炉改造后的炉膛温度由950.0℃降低至720.0℃，回油旁路改造取得了较好效果。

3.2 燃烧调整

针对过热器严重超温问题，通过调整二次风旋流挡板角度，改变旋风力度和角度，从而调节炉膛内火焰的几何尺寸(如图2所示)。为降低过热器吸热量，将火焰形状由长形逐步调整为短粗形，同时配合一次风、二次风量调整，使得油枪着火稳定，燃烧充分。

图2 火焰形状调整

火焰调整后，炉膛后部烟气温度明显降低，过热器吸热量减少，水冷壁及锅筒区域吸热量增大，这对抑制超温、提高汽压具有有利影响。

3.3 炉膛烟道改造

根据启动锅炉点火后蒸汽温度和压力增速差异特性，推断辐射受热面与对流受热面存在吸热量不匹配问题。锅炉过热器为对流受热面，通过减少管子数量或减少流通的烟气量，都可降低过热器的吸热量。由于锅炉受热面已经安装完毕，不易更改，因此只能采取减少流经过热器的烟气量、减小过热器换热系数的办法。最终提出以下方案：取消过热器区域前上部部分挡烟墙(图3所示)，让一部分炉膛出口烟气不需流经过热器，而直接进入后面的对流管束，这样流经过热器受热面的烟气量减少，烟气流速降低，管子换热系数也降低了，从而减少过热器吸热量，降低出口过热蒸汽温度。

图3 烟道改造前、后对比

3.4 减温水系统改造

投用减温水是调控蒸汽温度的重要手段[5]，现场对减温水系统实施了升级改造(如图4所示)，将减温器喷嘴孔径由2.38 mm增大到3.20 mm，在阀全开、供水压力1.00 MPa情况下，减温水量由500 L/h增大到800 L/h，改造后喷水量提高60%，可大大增强对过热蒸汽温度的调控能力。

图4 减温水系统改造

综合实施上述改造后，启动锅炉运行平稳，超温跳机现象基本消除，蒸汽温度和蒸汽压力升速率匹配。长期运行时，过热器出口蒸汽温度330.0～345.0 ℃，压力0.95～1.15 MPa，基本达到设计值，相关改造调整取得了较好的效果。

4 结论

为解决启动锅炉点火后严重超温、蒸汽压力低等问题，通过增设燃烧器回油旁路，降低油枪出力，调整火焰形状，降低后部炉膛温度，较好地抑制了点火初期的蒸汽超温问题；利用烟道烟墙改造，减少流经过热器管束的烟气量，降低了过热器吸热量；通过增大减温水流量，增强了汽温调控能力。采取上述改造措施后，启动锅炉实现一次点火，连续运行，带较大负荷后，汽温不超限值，汽压及蒸汽量基本达到额定值，改造取得了较好效果。