660 MW超超临界机组锅炉高温再热器壁温超温试验研究

2021-08-06张振杰张家维宋大勇王文生关风一

东北电力技术 2021年7期

张振杰，张家维，宋大勇，王文生，关风一

(1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁沈阳 110006；2. 国家能源集团科学技术研究院有限公司沈阳分公司，辽宁沈阳 110102；3.华电电力科学研究院有限公司，辽宁沈阳 110180)

随着金属材料技术的发展，目前超超临界机组锅炉设计主汽温度达到605 ℃，设计再热汽温达到622 ℃。某电厂3号、4号锅炉为660 MW超超临界参数锅炉，自投产以来，出现高温再热器壁温超温的问题，通过投入减温水降低管壁温度，最终导致再热蒸汽温度偏低[1-2]。本文开展了燃烧调整试验[3-4]，试验表明，通过燃烧器的合理配风，可解决再热器超温和再热蒸汽温度偏低问题[5-7]。

1 设备概况

某电厂锅炉为北京B&W公司生产制造的超超临界参数、螺旋炉膛、一次再热、平衡通风、固态排渣π型锅炉。锅炉主要参数见表1。

表1 锅炉主要参数

过热器由顶棚过热器、包墙过热器、分隔墙过热器、低温过热器、屏式过热器及末级过热器组成。顶棚及包墙过热器布置于炉膛和对流烟道上部，低温过热器位于尾部竖井后烟道内，前屏式过热器位于炉膛上部，后屏过热器位于折焰角上方，末级过热器布置在折焰角上方。在低温过热器出口与前屏过热器入口及前屏过热器出口与后屏过热器入口布置一、二级过热减温器。再热器由低温再热器和高温再热器组成，低温再热器布置在后竖井前烟道内，高温再热器布置在水平烟道内。在低温再热器入口及出口与高温再热器入口布置一、二级再热事故喷水减温器。主汽温度在锅炉湿态运行时主要由一、二级减温水调节，干态运行时由煤水比进行粗调，减温水作为细调。再热汽温正常情况下主要由烟气分配挡板调节，紧急情况下由喷水减温器调节。

锅炉采用前后墙对冲燃烧方式，燃烧系统由Airejet型超低NOx双调风旋流燃烧器、XCL型低NOx双调风旋流燃烧器、OFA喷口等组成。共配有20只Airejet型煤粉燃烧器和10只XCL型煤粉燃烧器，分3层布置在锅炉的前后墙上。其中，20只Airejet 型煤粉燃烧器布置在前、后墙的上层、中层，10只XCL型煤粉燃烧器布置在前、后墙的下层，每层前后排各5只燃烧器。前、后墙下层的10只XCL型煤粉燃烧器配有等离子点火装置。OFA喷口布置在前、后墙最上层燃烧器上方的单独的风箱内，每个OFA风箱内有7只OFA喷口(共14只)。前墙燃烧器自下往上排序为A、B、C,后墙燃烧器自上往下排序为D、E、F。各层燃烧器编号按A侧至B侧排序。

如图1所示，XCL型煤粉燃烧器分内、外二次风通道，内、外层二次风的旋转方向一致。内二次风通道装有一级可调旋转叶片，用于优化燃烧。内二次风轴向叶片的最大开度为60°，最小开度为 20°。燃烧器的外二次风通道内第2级叶片为可调旋转叶片。外调风叶片的最大开度为80°，最小开度为40°。如图2所示， Airejet型煤粉燃烧器内二次风通道内装有固定叶片，设计角度为 20°，可使与煤粉气流外表面相接触的内二次风旋转，促进煤粉的点火和火焰内部的回流。外二次风通道由内套筒和燃烧器外套筒形成。外二次风通道内装有2级叶片。第1级为固定叶片，用于改善进入该通道气流的圆周分布。第2级叶片为可调旋转叶片，用于进一步燃烧优化。外二次风通道的可调叶片调节范围为40°～80°。

图1 XCL燃烧器结构

图2 Airejet燃烧器结构

如图3所示，二次风进入OFA燃烧器后分别进入到 OFA 喷口的中心风区和外二次风区。中心通道的空气为直流风，OFA喷口外环装有可调叶片，叶片的开启范围为 20°～90°。OFA 喷口的风量由调风套筒及调风盘来调节。

图3 OFA燃烧器结构

2 存在问题

机组投运后锅炉出现高温再热器壁温超温，导致再热汽温低于设计值。尤其是投入D磨运行时，再热汽温低于615 ℃。

3 燃烧器风门开度及旋流强度对高温再热器壁温的影响

3.1 主燃烧器外二次风及旋流强度对高温再热器壁温的影响

将E2外二次风叶片角度从50°调到60°，对应的高温再热器壁温有所提升，见图4。

图4 燃烧器外二次风旋流强度对高温再热器壁温的影响

3.2 燃烧器配风方式对高温再热器壁温的影响

将各层3号燃烧器套筒按正塔型配风，高温再热器中部壁温上升，见图5。

图5 燃烧器正塔型配风对高温再热器壁温的影响

3.3 OFA套筒开度对高温再热器壁温的影响

将前后墙4、5、6号OFA套筒开度由全开调至250°，相对应的高温再热器壁温上升，见图6。

图6 OFA套筒开度对高温再热器壁温的影响

3.4 OFA叶片角度对高温受热面壁温的影响

将前后墙4号OFA叶片角度由90°调至50°，相对应的高温再热器壁温升高，见图7。

图7 OFA旋流强度对高温再热器壁温的影响

3.5 OFA中心风对高温再热器壁温的影响

将前墙3、4号OFA中心风开度由250°调至200°，相对应的高温再热器壁温升高，见图8。

图8 OFA中心风对高温再热器壁温的影响

试验发现燃烧器风门及叶片角度变化对高温再热器壁温会产生影响，其根本原因是风门及叶片角度改变使炉膛火焰高度发生变化，各因素对火焰高度的影响分析见表2。

表2 燃烧器风门及叶片角度对炉膛火焰高度的影响

4 高温再热器壁温调整结果

根据表2中对燃烧器叶片角度及风门开度对高温再热器壁温的影响分析，设计了诸多风门开度及叶片角度组合方式进行试验对比，兼顾不同负荷、不同煤质以及炉膛出口NOx排放量，最后选出兼容性好的调整状态作为最终推荐。最终推荐的各燃烧器风门开度及叶片角度见表3和表4。

表3 OFA风门及叶片调整前后状态

表4 燃烧器风门及叶片调整前后状态

兼顾不同煤质、不同负荷、不同磨组合下的调整结果见图9—图13。试验结果表明，调整后高温再热器壁温在控制最高壁温不超过640 ℃的前提下，绝大多数壁温都能保持在620 ℃以上，而调整前的壁温低点甚至低于590 ℃，壁温低点提高了30 ℃，减小了温差，从而保证了再热汽温达到设计值622 ℃，解决了高温再热器壁温高影响再热汽温，尤其是D磨运行时再热汽温只能达到615 ℃的问题。