330 MW燃煤锅炉蒸汽超温分析研究

李 琳 ，张芬芬，闫东海 ，王 志，刘建航

（1.国家能源菏泽发电有限公司，山东 菏泽 274032；2.山东省菏泽第一中学，山东 菏泽 274000）

0 引言

汽温作为火力发电机组的重要运行调整参数，对汽轮机、锅炉安全经济运行起着至关重要的作用［1］。但是影响汽温的因素多，影响过程复杂多变，调节过程惯性较大，因此在调整过程中容易出现主蒸汽温度和再热蒸汽温度过高或过低的现象。蒸汽温度过高可导致受热面超温爆管，而蒸汽温度过低将使机组经济性降低［2］。本文针对两台330 MW燃煤机组频繁出现主蒸汽和再热蒸汽温度过高的现象，以机组正常工况下主蒸汽、再热蒸汽的温度变化情况为研究对象，通过加强对汽温的监视与调整，摸索出机组汽温控制调节的方法与措施，避免了超温现象的发生，为同类机组汽温调节控制提供借鉴。

1 锅炉汽温调节概况

某发电厂三期5号和6号两台330MW燃煤锅炉为亚临界参数、四角切圆燃烧方式、自然循环汽包炉，其制粉系统是正压直吹式，配3台双进双出钢球磨煤机。

为避免机组运行过程中过热器出口左、右两侧汽温出现较大偏差，通常采取调节三级减温水的方式进行调整：

1）一级减温水设置在低温过热器至大屏过热器的连接管上，作为机组正常工况下汽温粗调用，过热蒸汽温度主要用一级喷水进行调节。

2）二级喷水减温器数量为2个，设置在大屏至后屏左、右两个连接管上。正常工况下作为备用调节手段，根据锅炉运行情况可用来调节左、右侧汽温偏差，防止后屏超温。

3）三级喷水减温器数量为2个，设置在后屏至高温过热器的左、右交叉连接管上，作为正常工况下汽温微调使用，以维持过热蒸汽额定温度。

再热器的汽温调节主要依靠燃烧器喷口的摆动。主燃烧器和高位燃尽风最大摆角均为±30°，壁式再热器出口至中间再热器入口的左、右侧连接管上设置喷水减温器，作微调使用，并调节两侧汽温偏差，使再热汽温控制在正常范围内。当低负荷时还可以同时增大炉膛进风量，作为再热蒸汽温度控制调节的辅助手段。

2 存在问题

两台330 MW机组作为该发电厂的主力机组，需根据电网调度中心的要求运行，机组基本上处于AGC模式。当投入AGC-R模式时，机组负荷经常出现大幅度调整，在较短时间内负荷突升或突降50～80 MW。为适应负荷的变化，机组燃料量和风量也出现大幅度变化。由于机组各项自动调节参数在短时间无法适应调整，导致汽温忽高忽低，很难维持在正常范围，出现超温现象，严重威胁机组的安全运行及设备寿命。经过运行统计分析，发现2台机组主蒸汽温度和再热蒸汽温度频繁出现超温现象。锅炉汽温超温情况统计如表1所示。

表1 锅炉汽温超温情况统计

3 原因分析

3.1 过热汽温变化因素

1）负荷变化。负荷增加时，燃料量、风量也要增加，炉膛出口烟温升高，汽温就会升高；反之汽温降低。

2）压力变化。压力升高，主汽温和再热汽温也会升高；压力降低，主汽温和再热汽温也会降低。

3）煤质变化。当煤的挥发份含量高时，煤易着火，在炉内燃烧时间短，火焰中心上移，汽温降低。当煤粉变粗时，燃料在炉内燃尽时间长，汽温将升高。当燃料水分增加时，水分在炉内蒸发需吸收部分热量，使炉膛温度降低；水分增加使烟气体积增大，烟气流速增加，辐射过热器的吸热量降低，对流过热器的吸热量增加［3］。

4）风量及其配风变化。炉内氧量增大时，说明送风量大，烟气量增加，造成对流式过热器温度升高，使炉膛出口温度升高。在总风量不变的情况下，配风的变化也会引起汽温的变化，当下层风量不足时，部分煤粉燃烧不完全，使得火焰中心上移，炉膛出口烟温升高，引起汽温升高。

5）喷燃器摆角变化。燃烧器摆角上摆，使火焰中心上移，引起汽温升高；燃烧器摆角下摆，使火焰中心下移，引起汽温降低。

6）制粉系统运行方式变化。低负荷时，如停止下层制粉系统、运行上层制粉系统将造成汽温升高。

7）过量空气系数变化。过量空气系数过大，过量空气增加，燃烧生成的烟气量增多，烟气流速增大，对流传热加强，导致过热汽温升高。

8）给水温度变化。给水温度升高，产生蒸汽所需要的燃料量、风量就少，炉膛燃烧就会减弱，引起汽温降低；给水温度降低，产生蒸汽所需要的燃料量、风量就要增加，烟气量增多且炉膛燃烧加强，引起汽温升高［4］。

9）炉膛受热面清洁程度变化。水冷壁结焦和过热器、再热器受热面积灰时，受热面的吸热减少，炉膛出口温度升高，引起汽温升高。当水冷壁结焦时，炉内吸热不好，大部分热量都随烟气带到过热器和再热器处，过热蒸汽和再热蒸汽吸热多，使过热汽温和再热汽温升高。过热器、再热器等受热面积灰时，传热效果不佳，汽温将降低。

10）减温水量或温度变化。减温水量或温度变化时将引起蒸汽侧总热量的变化，如烟气侧工况未变，汽温将发生相应的变化。

3.2 再热汽温变化因素

再热蒸汽容积大，流速较慢，布置在烟气低温区域，烟气侧的传热温差小，因而再热汽温变化比较迟缓。再热蒸汽压力低，比热小，使得当工况变化时再热汽温的变化幅度较大。同时，再热汽温不仅受锅炉工况变化的影响，还受其他因素影响，如再热汽冷段至辅汽联箱开度变化、临机用汽、抽汽量变化及高压缸排汽温度变化等都会引起再热汽温的变化［5］。

1）高压缸排汽温度变化。机组定压运行时，高压缸排汽温度将随机组负荷的增加而升高；过热汽温的升高也将造成高压缸排汽温度的升高；主蒸汽压力越高，蒸汽在汽轮机中做功能力越强，焓降也大，高压缸排汽温度则相应降低。

2）锅炉送风量变化。送风量越大，产生的烟气量越大。因再热器换热呈对流特性，再热器吸热多，再热汽温升高。

3）锅炉负荷变化。锅炉负荷降低时，辐射受热面的吸热比例增加，作为对流受热面的再热器吸热量减少，再热汽温降低。

4）烟气挡板开度变化。过热器烟气挡板开度过大，则过热汽温升高，再热汽温降低；再热器烟气挡板开度过小，则过热汽温降低，再热汽温升高。

5）其他因素。如受热面清洁程度、火焰中心位置、减温水量的变化等因素对再热汽温的影响与过热汽温基本类似。

4 调整措施

4.1 控制负荷升降速率

当负荷变化大，在投入机组自动协调的情况下，必然开大汽轮机调节阀，此时锅炉主汽压力下降。为保持设定的主汽压力，锅炉自动增加燃料量，开大一次风机风量调节阀，开大容量风门，锅炉燃烧加强，主汽温和再热汽温升高，减温水量增大［6］。因此，负荷变化越大，压力变化就越大，减温水量就越大。在升负荷时，保持较小的变化速率和压力变化率，做到超前调整，在规定的时间内升至或降到规定的负荷。

4.2 加强锅炉燃烧调整

1）由于锅炉采用摆动式燃烧器，抬高或压低燃烧器喷口角度可明显改变火焰中心。燃烧器喷口一共6层，除顶二次风喷口上下摆动15°外，其余各层喷口均可上下摆动30°。调整燃燃器摆角是调整汽温的主要方式，当汽温升高时，可减小燃烧器摆角，减少减温水量。

2）多层燃烧器，投上面几层时火焰中心高，投下面几层时火焰中心低。当减温水量过大时，可选择性切除上层的燃烧器，例如切除C磨C2端的两个粉管对应层的燃烧器。

3）当上层燃烧器增加燃烧率时，火焰中心上移；当下几层燃烧器增加燃烧率时，火焰中心下移。当减温水量过大时，可增大A和B磨煤机容量风门的开度，减小C磨煤机容量风门的开度，降低上层燃烧器的燃烧率。通过长期运行调整表明，该调节方式可降低机组减温水量，并降低锅炉排烟温度。

4）适当改变层级配风可改变火焰中心。减小上部二次风量，或增大下部二次风量，会使火焰中心上移。当减温水量过大时，可增大上部二次风量，减小下部二次风量。增大最上二层的消旋风，将火焰压在消旋风以下，降低火焰中心，降低汽温；减少飞灰可燃物，消除烟温偏差。

5）加强受热面吹灰，保证受热面的清洁程度。如果减温水量投入过大，汽温较高时，不仅威胁机组安全运行，还会使整个机组的经济性大大降低。加强对炉膛水冷壁的吹灰，如汽温低，则要加强对过热器和再热器的吹灰，保证其受热面清洁，加强热交换。

4.3 控制制粉系统启停

当磨煤机启停时，锅炉内燃烧工况变化较大。此时如调整不好，极易造成主蒸汽超温，减温水量过大。磨煤机启停，有两个较典型的工况：第一种工况为A和B磨煤机运行，启动C磨煤机；第二种工况为A、B、C磨煤机运行，停止A磨煤机。

1）A和B磨煤机运行，启动C磨煤机。此工况一般发生在升负荷过程中，当启动C磨煤机时，火焰中心上移，容易造成过热汽和再热汽超温，减温水量增大。在开启C磨煤机的过程中，可超前压低喷燃器摆角，同时控制好主蒸汽压力，使主蒸汽压力缓慢升高，避免主蒸汽压力升高过快。

2）A、B、C磨煤机运行，停止A磨煤机。此工况发生在降负荷过程中，为了降低厂用电率，停止A磨煤机运行，即切除下层的两层喷燃器，只保留上面的4层运行，使火焰中心上移。此种工况过热汽温和再热汽温升高，需投大量减温水。

4.4 调节烟气挡板开度

在燃烧比较稳定的情况下，减温水用量较小，一般通过控制过热器和再热器烟气挡板的开度来调节汽温。开大过热器烟气挡板，过热汽温升高，再热汽温降低；开大再热器烟气挡板，过热汽温降低，再热汽温升高。

4.5 其他措施

1）机组正常运行过程中，锅炉燃烧比较稳定，汽温调整应平稳、均匀，操作减温水阀门时不要大开大关，以免引起汽温剧烈波动。在汽温调节的过程中，一级减温作为主要调温手段，二级减温作为备用并保护后屏，三级减温作为细调。在后屏过热器不超温的情况下，一般不用一级、二级减温调整，尽量用三级减温来调节汽温。

2）再热汽温的调节采取控制烟气挡板、调整喷燃器摆角、吹灰等手段进行，尽量不投喷水减温。再热汽减温水每投1 t／h可使机组效率降低0.01%，影响机组的经济性［7］。锅炉在启动初期，产生的蒸汽量少，较小的燃烧变化都会引起汽温大幅度波动，因此在调节燃烧时，一定要兼顾汽温的调整。另外，可利用旁路的开度来调节主蒸汽和再热蒸汽的温度偏差。

3）机组突然甩负荷、受热面大面积结焦、炉底水封失水等异常工况都会引起汽温大幅度波动，尤其是在汽温较低的时候，一定要保证蒸汽的过热度，防止蒸汽带水进入汽轮机，避免发生汽轮机叶片损坏事故［8］。

5 调整效果

通过采取有针对性的调整措施，在AGC模式下，5号和6号锅炉的主蒸汽和再热蒸汽超温现象明显减少，优化调整后锅炉超温情况统计如表2所示。

表2 优化调整后锅炉超温情况统计

根据以往同类机组运行数据统计，锅炉受热面因壁温超温爆管停机大约一周时间，再加上维修费用、机组少发电量损失的效益、机组启停厂用电量的增加、两个细则考核等，经济损失较为严重。通过对5号和6号锅炉频繁出现的蒸汽超温现象进行分析，找出原因并采取有效的调整措施。经优化调整后，5号和6号机组的安全性得到提高，基本上避免了锅炉稳定燃烧过程中过热汽温和再热汽温的长时间超温现象的发生，减少了因超温而产生的经济损失。

6 结语

长时间超温会引起主蒸汽和再热蒸汽管道蠕变而破裂，甚至发生爆管事故，严重影响机组安全运行和发电量完成率。本文分析了某330 MW机组燃煤锅炉出现超温的原因，并采取一系列调整手段进行汽温控制，减少了在AGC模式下主蒸汽和再热蒸汽超温的次数，避免了超温导致锅炉寿命降低甚至爆管，提高了锅炉运行的安全性和经济性，可为同类机组汽温调整提供参考和借鉴。