超臨界直流鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換控制要點探析

趙曉鵬，樊永新，張玉平

（1.寧夏京能寧東發(fā)電有限責任公司；2.北京京能新能源公司寧夏分公司，寧夏 靈武 750400）

超臨界直流鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換控制要點探析

趙曉鵬1，樊永新1，張玉平2

（1.寧夏京能寧東發(fā)電有限責任公司；2.北京京能新能源公司寧夏分公司，寧夏 靈武 750400）

超臨界鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換是鍋爐在啟動過程中一個極為關(guān)鍵的過程，操作中稍有不當將造成金屬壁溫超溫或過熱器進水等問題，嚴重時危及鍋爐設(shè)備安全運行，為實現(xiàn)鍋爐啟動中干濕態(tài)平穩(wěn)、順暢過度，本文通過總結(jié)寧東電廠660MW超臨界直流爐干、濕態(tài)轉(zhuǎn)換的實際操作經(jīng)驗，充分分析干濕態(tài)轉(zhuǎn)換過程中發(fā)生的各類問題，提出鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換的操作要點和注意事項。

超臨界直流鍋爐；干濕態(tài)轉(zhuǎn)換；控制要點

隨著國內(nèi)火電行業(yè)的發(fā)展，600MW級超臨界機組普遍投入使用，超臨界直流鍋爐的具有啟動速度快，具有經(jīng)濟性和可靠性高的特點，但由于超臨界直流鍋爐自身的汽水特性，使得超臨界鍋爐在干、濕態(tài)轉(zhuǎn)換過程存在許多不穩(wěn)定的因素，如在超臨界鍋爐啟動過程中的轉(zhuǎn)態(tài)參數(shù)控制不當，容易發(fā)生鍋爐干、濕態(tài)頻繁轉(zhuǎn)換，引起分離器儲水箱水位波動大，主再熱汽溫波動大，造成鍋爐發(fā)生汽溫、壁溫超溫或過熱器進水甩汽溫等不安全事件，嚴重影響鍋爐的安全運行。根據(jù)寧東電廠660MW超臨界直流鍋爐干、濕態(tài)轉(zhuǎn)換的實際操作經(jīng)驗和出現(xiàn)的問題，全面分析鍋爐啟動過程中干、濕態(tài)轉(zhuǎn)換參數(shù)的控制要點和注意事項，減少鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換過程出現(xiàn)的參數(shù)波動，確保鍋爐的安全運行。

1 設(shè)備概述

寧夏京能寧東發(fā)電公司2X660MW燃煤汽輪發(fā)電空冷機組，鍋爐型號：HG-2210/25.4-YM16，鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈加垂直管直流爐，單爐膛、一次中間再熱、墻式切圓低氮燃燒方式、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐，鍋爐采用緊身封閉方式。主要參數(shù)見表1鍋爐主要參數(shù)表所示。

1.1 鍋爐啟動系統(tǒng)

鍋爐爐膛下部水冷壁及灰斗采用螺旋管圈布置方式，維持爐膛下部水冷壁具有較高的質(zhì)量流速，提高鍋爐在不同工況下水冷壁的冷卻能力，并能有效地減少沿爐膛高度不同的熱偏差，采用螺旋水冷壁提高鍋爐的不同負荷下水動力的穩(wěn)定可靠性；在鍋爐前墻外側(cè)布置采用4個啟動分離器和1個貯水箱，分離器和貯水箱壁厚均勻，在變負荷情況下溫度變化時均有較小的熱應力，適合機組的滑壓運行。鍋爐設(shè)計了大氣式疏水擴容器的啟動系統(tǒng)，布置了足夠容量的大氣式擴容器和疏水箱，提高了鍋爐的啟動速度，減少了機組的啟動時間，鍋爐啟動汽水系統(tǒng)布置簡單、運行可靠性高。

表1 鍋爐主要參數(shù)表

1.2 鍋爐燃燒方式和制粉系統(tǒng)的配置

鍋爐共布置了6層低NOX直流燃燒器，每層4只，采用四面墻布置、切圓燃燒方式，對應6臺ZGM113G-II中速磨煤機的正壓直吹式制粉系統(tǒng)。哈鍋廠采用自主設(shè)計的新型墻式切圓燃燒方式，提高鍋爐沿爐膛水平方向熱負荷分配的均勻性。墻式切圓的燃燒方式，由于一次風煤粉氣流垂直于水冷壁，爐內(nèi)切圓燃燒更穩(wěn)定，且較大的切圓直徑使爐內(nèi)火焰充滿度良好，對于維持爐內(nèi)燃燒的穩(wěn)定性非常有利。在鍋爐主燃燒器上部5.3米處布置4層高位SOFΑ風，二次風采用深度分級布置，有利于降低鍋爐Nox的生成量。

2 寧東電廠超臨界直流鍋爐干、濕態(tài)轉(zhuǎn)換過程分析

總結(jié)以往鍋爐啟動轉(zhuǎn)態(tài)的過程，鍋爐螺旋水冷壁和垂直水冷壁受熱面壁溫會出現(xiàn)不同程度的超溫現(xiàn)象，分析出現(xiàn)水冷壁超溫的原因有以下幾點：

2.1 煤水比失調(diào)

（1）在鍋爐轉(zhuǎn)干態(tài)過程中，機組負荷控制不當增加過快，通常，超臨界直流鍋爐在25%BMCR負荷前為濕態(tài)運行方式，在25%-35%BMCR負荷段即開始轉(zhuǎn)干態(tài)運行，鍋爐轉(zhuǎn)為亞臨界直流運行，當在轉(zhuǎn)態(tài)過程中及剛完成轉(zhuǎn)態(tài)時，如機組負荷不注意控制增加較多時，鍋爐必須增加燃料量以維持蒸發(fā)量與負荷的匹配，鍋爐蒸發(fā)量的增加，容易導致燃煤量增加過快，由于煤粉燃燒完全具有滯后性，同時，直流鍋爐存在熱慣性小的特點，當煤粉完全燃燒產(chǎn)生的熱量釋放后就會出現(xiàn)分離器出口過熱度及鍋爐水冷壁壁溫大幅上升的情況，容易造成鍋爐主汽溫度及受熱面超溫。

（2）如在鍋爐轉(zhuǎn)干態(tài)過程中，出現(xiàn)分離器出口過熱度及主汽溫度變化率較大時，鍋爐減溫水自動投入，以約15-35t/h的流量控制汽溫的快速升高，不僅導致減溫器后各段蒸汽溫度的快速下降，而且由于主汽壓力的升高瞬時使機組負荷增加，引起給水控制發(fā)生擾動，給水自動調(diào)節(jié)跟不上使得給水量瞬間減少，造成分離器出口過熱度和水冷壁壁溫上升較快；由于主蒸汽減溫水取自給水管路，大量的減溫水投入，使得進入水冷壁的給水量減少，加劇了鍋爐實際水煤比的嚴重失調(diào)。

2.2 水冷壁產(chǎn)生壁溫偏差

鍋爐水煤比只是宏觀判斷水冷壁整體的換熱工況，而不能具體體現(xiàn)水冷壁各管道中的工質(zhì)溫度變化情況。由于切圓燃燒鍋爐客觀存在的熱偏差，造成鍋爐四面水冷壁的吸熱偏差而導致循環(huán)流量偏差擴大，進而產(chǎn)生水冷壁流量偏差和吸熱偏差的惡化，反映出水冷壁容易產(chǎn)生壁溫偏差，截取某次鍋爐啟動過程中在轉(zhuǎn)干態(tài)時鍋爐前墻水冷壁壁溫變化趨勢，水冷壁壁溫變化趨勢圖所示。

由圖1曲線可以看出前墻水冷壁壁溫較其它三面墻水冷壁壁溫高出約50-60℃，說明水冷壁在啟動過程中存在壁溫偏差。影響超臨界鍋爐水冷壁壁溫偏差的因素比較復雜，不僅水冷壁局部熱負荷過大引起水冷壁吸熱增強，而且，由于水冷壁各管道流量分配的偏差和換熱偏差的存在，最終產(chǎn)生水冷壁壁溫偏差增大而發(fā)生超溫。

2.3 主蒸汽壓力控制不當

根據(jù)鍋爐廠提供的的鍋爐冷態(tài)啟動曲線啟動曲線（圖2-鍋爐冷態(tài)啟動曲線）來分析 此次鍋爐干、濕態(tài)轉(zhuǎn)換過程，要求在機組負荷帶30%負荷（0-180MW）前應采用定壓運行，主汽壓力應維持在10.3MPa左右，而實際啟動過程中轉(zhuǎn)態(tài)時的壓力為7.98MPa。此次水冷壁前墻壁溫上升較快時的壓力如圖3水冷壁溫度變化趨勢所示。

由圖3可見，此次，發(fā)生水冷壁溫快速升高時的壓力大約為7.98MPa。在冷態(tài)啟動過程中，在低負荷段主汽壓力控制較低，通常主汽壓力低于13MPa，在此壓力下，鍋爐水冷壁管道內(nèi)汽水工質(zhì)的比容差較大，根據(jù)汽水特性，汽水比容差越大其水動力特性的多值性越嚴重，越容易發(fā)生水冷壁換熱偏差增大的情況。

2.4 高壓旁路調(diào)節(jié)閥開度的影響

在啟動階段，高壓旁路調(diào)節(jié)控制不平穩(wěn)或操作幅度過大，造成鍋爐的啟動流量過大，引起進入鍋爐的煤量過多，鍋爐的熱負荷過快，且在整個啟動過程中一般投入運行的制粉系統(tǒng)為#1、#2、#3磨煤機，都是下層磨，造成鍋爐火焰太過集中，造成水冷壁區(qū)域熱負荷過高。

3 鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換時的控制要點

對超臨界直流爐來說，從濕態(tài)運行到干態(tài)運行是機組啟動過程必經(jīng)的一個特殊階段，此過程是鍋爐水冷壁產(chǎn)生蒸汽、工質(zhì)從循環(huán)流動到強制流動的轉(zhuǎn)換過程，是鍋爐啟動過程的重要節(jié)點。結(jié)合寧東電廠660MW超臨界直流鍋爐干、濕態(tài)轉(zhuǎn)換的實際操作經(jīng)驗分析，在鍋爐啟動干濕態(tài)轉(zhuǎn)換時應重點控制以下幾方面：

3.1 干、濕態(tài)轉(zhuǎn)換參數(shù)的選擇

對超臨界直流鍋爐，為保證鍋爐水冷壁在低負荷運行期間有足夠的水循環(huán)流量，最小給水流量不能小于本生流量630t/h；同時，由于啟動分離器的分離能力有限，為防止發(fā)生過熱器管道水塞事故，通常在180-240MW負荷范圍進行轉(zhuǎn)換。

3.2 控制分離器出口蒸汽過熱度

鍋爐轉(zhuǎn)干態(tài)運行后，盡可能控制分離器出口過熱度在10℃左右，當給水與煤量調(diào)整不當發(fā)生水煤比嚴重失調(diào)時，汽水分離器出口的過熱度將快速上升，導致水冷壁管大面積超溫，在冷態(tài)啟動的初期，分離器出口過熱度大于10℃時，水冷壁就會有超溫的危險。所以，鍋爐冷態(tài)啟動初期，主汽壓力在13MPa之前要控制水煤比在6-6.3的范圍內(nèi)，且維持穩(wěn)定不發(fā)生大的波動，控制水煤比的主要方法為：先穩(wěn)定鍋爐給水流量，再通過手動調(diào)節(jié)給煤量，由于在煤油混燒時鍋爐的熱負荷不易控制，需要仔細微調(diào)。

3.3 維持給水流量應穩(wěn)定

轉(zhuǎn)態(tài)過程中維持給水流量650t/h左右，注意汽泵出口流量、轉(zhuǎn)速和壓力的匹配，調(diào)整汽泵再循環(huán)調(diào)門開度時注意給水流量和壓力的變化，以免發(fā)生汽泵進入不穩(wěn)定工作區(qū)，引起給水流量的大幅波動。

3.4 燃料量的調(diào)整應平緩

鍋爐轉(zhuǎn)入干態(tài)運行后，由于煤完全燃燒有較強的滯后性，應根據(jù)升溫、升壓率的變化調(diào)整鍋爐的燃料量，且操作應平緩，根據(jù)實際經(jīng)驗，轉(zhuǎn)干態(tài)后鍋爐總煤量比轉(zhuǎn)態(tài)前增加約20t/h左右。

3.5 合理分配輔助風

通過增加鍋爐一次風壓來提高一次風汽流的剛度，總風量不變的情況下，相應的二次風流量應減少，為防止鄰角一次風火焰的相互沖擊，減少爐內(nèi)火焰刷墻燃燒，四角一次風速偏差應不大于10%。當前墻水冷壁有超溫趨勢時，應開大前墻燃燒器區(qū)域的輔助風擋板，關(guān)小后墻燃燒器區(qū)域的輔助風擋板，將火焰切圓中心向后推移避免發(fā)生水冷壁超溫。

3.6 轉(zhuǎn)干態(tài)前維持較高主汽壓力

根據(jù)汽水的比容特性，當鍋爐主汽壓力越低時，水冷壁內(nèi)的汽水比容差越大，水冷壁管內(nèi)越易產(chǎn)生流量偏差，在機組200MW負荷之前，應盡早通過燃燒調(diào)整將主汽壓力維持在13MPa以上，主汽壓力高有利于平衡水冷壁各管道工質(zhì)的流量偏差，減少水冷壁的吸熱不均，防止超溫。

3.7 提高給水溫度

鍋爐點火前及啟動初期，輔汽對除氧器的加熱能力是有限的，因此提高給水溫度的一個最有效途徑是投入臨機加熱系統(tǒng)，即投入#1機冷再供#2機#2高加加熱汽源，可使#2高加產(chǎn)生約100℃左右溫升，從而較大幅度提高進入鍋爐的給水溫度。而投入臨機加熱系統(tǒng)前，應盡早對該系統(tǒng)充分暖管疏水，保證在鍋爐點火前4小時投入臨機加熱，盡可能地將鍋爐受熱面水冷壁金屬溫度提高到100℃以上。

3.8 合理控制機組冷態(tài)啟動速度

由于鍋爐在冷態(tài)啟動時爐內(nèi)燃燒的不均勻性和不穩(wěn)定性，造成爐內(nèi)熱負荷分布不均勻，因此，必須控制好鍋爐的升溫升壓速率，控制升溫率不大于1.5℃/min，升壓率不大于0.1MPa/min，金屬溫度變化率不大于3℃/min，緩慢平穩(wěn)增加鍋爐燃料量，避免燃燒工況和水動力產(chǎn)生較大的擾動，在低負荷時停留較長時間暖機，這樣有利于穩(wěn)定燃燒和提高主汽壓力。

4 結(jié)束語

超臨界直流鍋爐的干、濕態(tài)轉(zhuǎn)換是機組啟動過程中的重要節(jié)點，在轉(zhuǎn)換過程中，主汽壓力、主汽溫度、過熱度、貯水箱水位及燃料量等參數(shù)的調(diào)整非常重要，控制不當容易發(fā)生鍋爐水煤比失調(diào)，出現(xiàn)鍋爐干濕態(tài)頻繁轉(zhuǎn)換的運行工況，造成主汽溫度、分離器出口過熱度等各主要參數(shù)劇烈波動，威脅鍋爐受熱面的安全運行。對于超臨界鍋爐干、濕態(tài)轉(zhuǎn)換的過程，必須全面考慮轉(zhuǎn)換過程中可能出現(xiàn)的異常和風險，采用合理的、安全的控制策略和操作方式，確保干濕態(tài)轉(zhuǎn)換過程平穩(wěn)順暢，保證鍋爐的安全運行。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.033

趙曉鵬（1973-），男，寧夏青銅峽人，本科，工程師，主要從事火力發(fā)電廠鍋爐運行管理工作。